高一物理必修1第一章运动的描述第4节实验：用打点计时器测速度导学案
【教学目标】
1．了解电磁打点计时器、电火花计时器的基本结构，理解其基本工作原理。 2．经历使用打点计时器的过程，能正确、熟练地使用打点计时器。
3．会根据纸带上的点迹计算物体运动的平均速度。理解用平均速度表示瞬时速度所采用的思想方法，会用这种方法计算瞬时速度。
4．能运用实验数据描绘v-t图象，并会根据画出的图象描绘物体运动速度的变化特点。 【教学重点】
1．要了解打点计时器的使用方法和在实验中的作用 2．要知道如何计算纸带上各点的速度
3．会在v-t坐标系中描点、拟合曲线并描述物体运动的规律 【教学难点】
打点计时器的正确使用和掌握测速度的方法
【自主学习】
一、电磁打点计时器
1．电磁打点计时器是一种能够按照相同的时间间隔，在纸带上连续打点的仪器。它使用交流电源，由学生电源供电，工作电压在 。当电源的频率是50Hz时，它每隔 打一个点。 2．电磁打点计时器的结构如图所示。通电以前，把纸带穿过两限位孔，再把套在轴上的复写纸片压在纸带上面。接通电源后，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便振动起来，带动其上的振针上下振动。这时如果纸带运动，振针就通过复写纸在纸带上留下一行小点。
3．如果把纸带跟物体连在一起，即由物体带动纸带一起运动，纸带上各点之间的距离就表示相应时间间隔中物体的位移。由这些点的位置，就可以了解物体的运动的情况。
二、电火花计时器
1．电火花计时器的计时原理与电磁打点计时器相同，不过在纸带上打点的不是振针和复写纸，而是电火花和墨粉。
2．使用时，墨粉纸套在纸盘轴上，把纸带穿过限位孔如图所示。当接通电源、按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的纸带上就打出一行
点迹。工作电压是 。当电源的频率是50Hz时，它每隔 打一次点。
3．这种计时器工作时，纸带运动时受到的阻力比较小。
三、练习使用打点计时器
1．了解打点计时器的结构，然后把它固定好。 2．安装纸带。
3．启动电源，用手水平拉动纸带，纸带上就打出一行小点。随后立即关闭电源。
4．取下纸带，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，那么n个点的间隔数为n－1个，则纸带的运动时间Δt＝(n－1)×0.02s。
5．用刻度尺测量出第一个点到第n个点的距离Δx。
Δx
6．利用公式v?＝计算出纸带在这段时间内的平均速度。
Δt
7．如图所示，是按实际大小画出的一条纸带，在打出D、G这两个点的时间间隔中，纸带运动的平均速度是多少？
四、用打点计时器测量瞬时速度
1．如果不要求很精确，用D、G两点间计算出的平均速度粗略地代表E点的瞬时速度，也未尝不可。
2．如果把包含E点在内的时间取得小一些，例如，如图所示中的DF，那么根据D、F两点间的位移Δx和时间Δt，算出纸带在这两点间的平均速度v?＝
Δx
，用这个平均速度代表经过E点时的瞬时速度，就会更Δt
准确。
3．如果把包含E点在内的时间取得再小一些，例如，如图所示中的DH，那么根据D、H两点间的位移ΔΔx
x和时间Δt，算出纸带在这两点间的平均速度v?＝，用这个平均速度代表经过E点时的瞬时速度，这是
Δt计算瞬时速度的基本方法。
4．如果把包含E点在内的时间取得过小，例如，如图所示中的DE或EH，那么根据D、E（或E、H）两点间的位移Δx和时间Δt，算出纸带在这两点间的平均速度v?＝
Δx
，用这个平均速度代表经过E点时的瞬Δt
时速度，这样的做法误差就增大了。
5．测量你自己手拉纸带的速度 （1）为了描述速度变化的情况，请根据纸带上的点，每隔0.1s测一次速度，先在纸带上用数字0，1，2…，5标出这些计数点，然后仿照上述办法，测量包含这个点的一段位移Δx，记录在表1中，同时记录对应的时间Δt。
表1手拉纸带在几段时间中的位移和平均速度
位置 Δx/m Δt/s v?/(m/s) 0 1 2 3 4 5 （2）上表中算出的v?是0，1，2…，5各点附近的平均速度，把它们当做计时器打下这些点时的瞬时速度，抄入表2，点0作为计时的开始，t=0。
表2手拉纸带在几个时刻的瞬时速度 位置 t/s v/(m/s) 0 0 1 2 3 4 5 通过表2可以看出手拉纸带运动速度的变化情况。
五、用图像表示速度
1．物体的运动也可以用图象描述。以速度v为纵轴、时间t为横轴在方格纸上建立直角坐标系，根据表2中的v、t数据，在坐标系中描点。如图甲所示是根据某同学的实测数据所描的点，从这些点的走向能够大致看出纸带速度的变化规律。 为了更清晰些，可以用折线把这些点连起来，如图乙所示。然而，速度的实际变化总是比较平滑的，所以，如果用一条平滑曲线来“拟合”坐标系中描出的点，曲线反映的规律会与实际情况更接近，如图丙所示。
2．如图丙所示，描述速度v与时间t关系的图像，叫做速度—时间图像或 。 3．看一看你得到的v-t图象，你的手的运动速度是怎样变化的？
六、实验注意事项
1．电源电压要符合要求电磁打点计时器应使用6V以下交流电源；电火花计时器使用220V交流电源。 2．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。
3．使用打点计时器时，应先接通电源，待打点计时器稳定后，再释放纸带。 4．释放物体前，应使物体停在靠近打点计时器的位置。
5．使用电火花计时器时，应注意把两条纸带正确穿好，墨粉纸盘夹在两条纸带之间；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。
【课堂练习】
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
2．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，则这段距离（ ）
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
3．如图所示，打点计时器所用电源的频率为50Hz，某次实验中得到的一条纸带，用毫米刻度尺测量情况如图所示，纸带在A、C间的平均速度为 m/s，在A、D间的平均速度为 m/s，B点的瞬时速度更接近于 m/s，C点的瞬时速度更接近于 m/s。
4．关于接通电源和释放纸带（物体）的次序，下列说法正确的是（ ） A．先接通电源，后释放纸带 B．先释放纸带，后接通电源
C．释放纸带同时接通电源 D．先接通电源或先释放纸带都可以
5．电磁打点计时器和电火花计时器都是使用 电源的仪器，电磁打点计时器的工作电压是 ，电火花计时器的工作电压是 V，其中 实验误差较小。当电源频率是50Hz时，它每隔 s打一次点。 6．根据打点计时器打出的纸带，我们可以不利用公式计算就能直接得到或直接测量得到的物理量是（ ） A．时间间隔 B．位移 C．平均速度 D．瞬时速度
7．当纸带与运动物体连接时，打点计时器在纸带上打出点痕，下列说法正确的是（ ） A．点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或某段时间内的位移 C．点在纸带上的分布情况，反映了物体的形状 D．点在纸带上分布情况反映了物体的运动情况
8．利用打点计时器打出的纸带（ ） A．能准确地求出某点的瞬时速度 B．只能粗略地求出某点的瞬时速度 C．能准确地求出某段时间内的平均速度
D．可以任意地利用某段时间内的平均速度代表某点的瞬时速度 9．如图所示为某质点做直线运动的速度—时间图象，下列说法正确的是（ ） A．质点始终向同一方向运动
B．在运动过程中，质点运动方向发生变化 C．前2s内做加速直线运动 D．后2s内做加速直线运动
10．如图所示是一个物体的v-t图象，从以下三个方面说明它的速度是怎样变化的？
（1）物体是从静止开始运动还是具有一定的初速度？ （2）运动的方向是否变化？
（3）速度的大小是否变化？怎样变化？
11．如图所示，打点计时器所用电源的频率为50Hz，某次实验中得到的一条纸带，及毫米刻度尺测量情况如图所示，纸带在A、C间的平均速度______m/s，在A、D间的平均速度为______m/s，B点的瞬时速度更接近于 m/s，C点的瞬时速度更接近于 m/s。
12．如图所示为某次实验时打出的纸带，打点计时器每隔0.02s打一个点，图中O点为第一个点，A、B、C、D为每隔两个间隔选定的计数点。根据图中标出的数据，打A、D点时间内纸带的平均速度有多大？打B点时纸带的瞬时速度有多大？计算的依据是什么？你能算出打O、D点时间内纸带的平均速度吗？为什么
13．在实验中，某同学得到一张打点清晰的纸带如图所示，要求测出D点的瞬时速度。本实验采用包含D点在内的一段间隔中的平均速度来粗略地代表D点的瞬时速度，下列几种方法中最准确的是（ ） A．vD=AF/Δt1，Δt1=0.10sB．vD=BE/Δt2，Δt2=0.06s C．vD=CF/Δt3，Δt3=0.06sD．vD=CE/Δt4，Δt4=0.04s
【教学反思】
参考答案： 【课堂练习】 1．B 2．C
3．0.35m/s，0.42m/s，0.35m/s，0.53m/s 4．A
5．交流，6V以下，220V，电火花计时器，0.02s 6．AB 7．ABD 8．BC 9．BD 10．（1）具有一定的初速度；（2）在t3时刻运动的方向发生了变化；（3）0-t1加速运动，速度增大，t1-t2匀速运动，速度不变，t2-t3减速运动，t3以后物体做反方向加速运动。 11．0.415m/s，0.455m/s，0.415m/s，0.495m/s
12．2.31m/s，2.13m/s，依据瞬时速度计算方法B点的瞬时速度更接近于AC段的平均速度，不能因为无法确定O到D的运动时间。 13．D
高一物理人教版必修1 第一章运动的描述第4节实验：用打点计时器测速度导学案
