高中物理1.4实验用打点计时器测速度学案必修1

教育资源 【课前预学】

第1课时 设计实验方案

1．电磁打点计时器是一种使用_________(交流?直流?)电源的________仪器，它的工作电压是________伏特。当电源频率是50赫兹时，它每隔________s打一次点。如果每打5个取一个计数点，即相邻两个计数点间的时间间隔为________秒。

2．根据打点计时器打出的纸带，我们可以从纸带上直接得到的物理量是( ) A．时间间隔 B．位移 c．加速度 D．平均速度。 3.使用打点计时器时应注意 （ ）

A．无论使用电磁打点计时器还是电火花计时器，都应该把纸带穿过限位孔，再把套

在轴上的复写纸片压在纸带的上面

B．使用打点计时器时应先接通电源，再拉动纸带

C．使用打点计时器在拉动纸带时，拉动的方向应与限位孔平行 D．使用打点计时器时应将打点计时器先固定在桌子上 4.如图所示，根据打点计时器打出的纸带判断哪条纸带表示物体做匀速运动 （ ）

A B

C D

5.如图1－4－13所示是一条利用打点计时器打出的纸带，求A点的瞬时速度．

【预学疑难】

【课堂探究】

一、电磁打点计时器

电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，如图1－4－1所示.工作电压为4 V～6 V.当电源的频率是50 Hz时，它每隔0.02 s打一次点.通电以前，把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面.当接通电源时，线圈产生的交变磁场使振动片（由弹簧钢制成）磁化，振动片的一端位于永久磁铁的磁场中.由于振动片的磁极随着电流方向的改变而不断变化，在永久磁铁的磁场作用下，振动片将上下振动，其振动周期与线圈中的电流变化周期一致，即为0.02 s.位于振片一端的振针就跟着上下振动起来.这时，如果纸带运动，振针就在纸带上打出一系列小点.

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教育资源 图1－4－1 电磁打点计时器

【交流与讨论】

电磁打点计时器使用低压交流电源工作，大家想一想能不能使用直流电源，为什么？

二、电火花计时器

电火花计时器电火花计时器的外形如图1－4－2所示，它可以代替电磁打点计时器使用，也可以与简易电火花描迹仪配套使用.

图1－4－2

使用时电源插头直接插在交流220 V插座内，将裁成圆片（直径约38 mm）的墨粉纸盘的中心孔套在纸盘轴上，将剪切整齐的两条普通有光白纸带（20 mm×700 mm）从弹性卡和纸盘轴之间的限位槽中穿过，并且要让墨粉纸盘夹在两条纸带之间.这样当两条纸带运动时，也能带动墨粉纸盘运动，当按下脉冲输出开关时，放电火花不至于始终在墨粉纸盘的同一位置而影响到点迹的清晰度.也可以用上述尺寸的白纸带和墨粉纸带（位于下面）做实验，还可以用两条白纸带夹着一条墨粉纸带做实验；墨粉纸可以使用比较长的时间，一条白纸带也可以重复使用，应注意降低实验成本.

【交流与讨论】

问题：从原理上考虑，电火花计时器跟电磁打点计时器相比，哪个更好些，误差可能会更小？

问题：打点计时器能记录哪些信息？

三、注意事项：

①打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点，如遇到打出的是短横线，应调整一下振针距复写纸片的高度使之增大一点。

②使用计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器稳定后，再释放纸带。 ③释放物体前，应使物体停在靠近打点计时器的位置。

④使用电火花计时器时，应注意把两条白纸带正确穿好，墨粉纸盘夹在两纸带之间，使用电磁打点计时器时，应让纸带通过限位孔，压在复写纸下面。 典型例题

例1．电磁打点计时器的打点周期取决于（ ） A.交流电压的高低 B.交流电的频率

C.永久磁铁的磁性强弱 D.振针与复写纸间的距离

例2．电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，根据打点计时器打出的纸带，我们可以从纸带上直接得到的物理量是（ ）

A．时间间隔 B．位移 C．加速度 D．平均速度

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【当堂检测】

1.图为打点计时器打出的一条纸带，从纸带上看，打点计时器出的毛病是…………( )

A.打点计时器接在直流电源上 B.电源电压不够大 C.电源频率不够大 D.振针压得过紧

2.在“用打点计时器测速度”的实验中，某次实验中的纸带如图1－4－4所示，取O为起点

位置，每隔5个间隔为一个计数点，实验使用的电源是50 Hz的低压交流电源，其中OA＝0.60 cm，OB＝2.40 cm，OC＝9.60 cm．则ＢC距离是________cm，在BC段的平均速度v＝________m／s．

图1—4—4

第2课时：学生分组实验并记录、分析数据，得出结论

四．练习使用打点计时器

[交流与讨论]

问题1．电磁打点计时器中怎样安放复写纸和纸带的位置?

问题2．振针打的点不清晰或打不出点可能是哪些原因?怎样调整?

问题3．开启电源打点完毕后要及时关闭电源，这样做有什么好处?

问题４：处理纸带时，从能够看清的某个点开始，往后数出若干个点。如果数出n个点，这些点划分出来的时间间隔数是多少?

问题５：怎样根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度?

五、用打点计时器测量瞬时速度

示例：如图1—4—5，测量出包括E点在内的D，F两点间的位移△x和时间△t，算出纸带在这两点间的平均速度v=△x/△t，用这个平均速度代表纸带经过E点时的瞬时速度．

△x/△t可以大致表示E点的瞬时速度，D、F两点离E点越近，算出的平均速度越接近正点的瞬时速度．然而D，F两点距离过小则测量误差增大，应该根据实际情况选取这两个点．

六、用图象表示速度

提问：刚才我们从表2中的数据可以粗略看出我们自己手拉纸带运动的速度变化情况，

图1—4—5

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教育资源 图象是表示变化规律的好方法，我们可以用图象来描述物体的速度变化情况，那么怎样用图象来表示物体运动的速度呢?请同学们先看课文并回答．

典型例题

例1．电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，当电源频率为50 Hz时，振针每隔0.02 s在纸带上打一个点，现在用此打点计时器测定物体的速度，当电源的频率低于50 Hz时，数据计算仍然是按照每隔0.02 s打一个点来处理的．则测出的速度数值与物体的实际速度相比，是偏大还是偏小?为什么?

例2．如图1－4－6所示，是一条利用打点计时器打出的纸带，0、1、2、3、4、5、6是七个计数点，每相邻两个计数点之间还有四个点未画出，各计数点到0的距离如图所示．求出各计数点的瞬时速度并画出速度一时间图线．

图1－4－6

【当堂检测】

1．关于计数点的下列说法中，哪些是正确的? ( ) A．用计数点进行测量计算，既方便，又可减小误差。 B．相邻计数点间的时间间隔应是相等的。 C．相邻计数点间的距离应当是相等的。

D．计数点是从计时器打出的实际点中选出来，相邻计数点间点痕的个数相等。 2．本实验中，关于计数点间时间间隔的下列说法中正确的有 ( ) A．每隔四个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0．10秒。 B．每隔四个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔是O．08秒。 C．每隔五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0．08秒。 D．每隔五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0．10秒。 E．每五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0．08秒。 3．打点计时器振针打点的周期，决定于： ( ) A．交流电压的高低。 B．交流电的频率。

C．永久磁铁的磁性强弱。 D．振针与复写纸的距离。

1.4实验：用打点计时器测速度（学生用）

班级： 姓名： 学号：

课后提升

1．关于打点计时器的使用，下列说法中正确的是( )

A．打点计时器应用低压交流电源，交流电频率为50Hz； B．纸带必须穿过限位孔，并注意把纸带压在复写纸的上面；

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教育资源 C．要先通电，后释放纸带，纸带通过后立即切断电源； D．为减小摩擦，每次测量应先将纸带理顺。

2．运动物体拉动穿过打点计时器的纸带，纸带上打下一系列小点，打点计时器打下的点直接记录了（ ）

A．物体运动的时间； B．物体在不同时刻的位置； C．物体在不同时刻的速度； D．物体在不同时间内的位移。

3．手拖动纸带经过打点计时器后，在纸带上留下的点中有6个连续清晰的点，测出这6个点的第1点到第6点的距离为18cm，则（ ）

A．手运动的平均速度为0.03m/s B．手运动的平均速度为1.5m/s C．手运动的平均速度为1.8m/s D．手运动的平均速度为180m/s

4．在使用电磁打点计时器时，有时发现计时器的打点周期不稳定，其原因可能是

A．交流电源的电压不稳定 B．交流电源的频率不稳定

C．巳永久磁铁的磁性太弱 D．振片的固有频率与交流电源的频率有偏差 5．根据打点计时器打好的纸带，可以从纸带上直接得到的物理量是（ ）

A．时刻 B．时间 C位置 D．位移 E．平均速度

6．根据打点计时器打好的纸带，通过适当的计算可以得到的物理量是（ ）

A．时刻 B．时间 C位置 D．位移 E．平均速度

7．打点计时器在纸带上打出点痕，下列关于纸带上的点打点计时器在纸带上打出点痕，下列关于纸带上的点。（ ）

A．痕记录了物体运动的时间

B．点痕记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移 C．点在纸带上的分布情况，反映了物体的质量和形状 D．点在纸带上的分布情况，反映了物体的运动情况

8．某同学用电磁打点计时器做实验时，在纸带上留下的不是圆点，而是一列短线，这可能是因为 ( )

A．打点计时器错接在直流电源上；B．电源频率不稳定；

C．打点的振针压得过紧； D．打点的振针压得过松。

9．用打点计时器可测纸带运动的时间和位移．下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤，按照你对实验的理解，在各步骤空白处填上适当的内容，然后按实际操作的合理步骤，将各步骤的字母代号顺序写在空白处．

A．在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线，导线的另一端分别接在低压 电源的两个接线柱上。

B．把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过 ，并压在 下面。 C．用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离?x。

D．切断电源，取下纸带，如果共有n个清晰的点，则这段纸带记录的时间?t? 。

E．打开电源开关，再用手水平地拉动纸带，纸带上打下一系列小点。

F．利用公式v??x?t计算纸带运动的平均速度。

实验步骤的合理顺序是 10．使用打点计时器时，下列问题对实验的影响是什么？

（1）错接在直流电源上，影响是 （2）电源频率不稳，影响是 （3）打点针压得太紧，影响是 （4）电源电压不稳，影响是

5

教育资源 （5）振针过长，影响是 11．美国著名短跑运动员卡尔·刘易斯曾以9.86s跑完100m．在这次赛跑中，从起跑点算起每10m所用时间分别是：1.88s、1.08s、0.92s、0.89s、0.84s、0.84s、0.84s、0.83s，最后20m用了1.74s．从这组数据可以算出，他跑完100m的平均速度是______m/s，平均速度最小的是第______个10m，平均速度最大的是第________个10m。 12．如图1所示，是某人练习使用打点计时器得到的纸带，纸带的右端后通过打点计时器．从点痕的分布情况可以断定纸带的运动情况是 。若所用电源频率为50Hz，从打下A点到打下D点，共13点，历时 s，位移为 m，这段时间内纸带运动的平均速度是 m/s．BD段的平均速度是 m/s。

13．电火花打点计时器使用交流 V电源工作，它是利用 在纸带上打出一行点迹的计时仪器．工作电源频率是50Hz，如果用它测量时，实验者不知工作电压的

频率变为60Hz，仍按50Hz的频率计算，这样算出的速度值与物体速度的真实值相比是 （填“偏大”或“偏小”）。

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