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高中物理 第一章 运动的描述 第4节 实验:用打点计时器测速度课件 新人教版必修1_图文

第第 一4 章节 实验理论指导 典题案例导析 知能演练提升 K12课件 题型一 题型二 题型三 1 K12课件 2 K12课件 3 K12课件 4 一、实验目的 (1)了解打点计时器的结构、原理及使用方法。 (2)学会用打点计时器测量物体的速度。 (3)能利用v-t图像分析实验数据,描述物体的运动。 K12课件 5 二、实验原理 (1)打点计时器的原理及使用: 电火花计时器 电磁打点计时器 结构 图示 K12课件 6 电火花计时器 电磁打点计时器 工作电压 220 V交流电 6 V交流电 打点方式 周期性产生电火花 振针周期性上下振动 打点周期 0.02 s 0.02 s 记录信息 位移、时间 (2)跟运动物体连在一起的纸带上打出的点记录了物体 在不同时刻的位置,用刻度尺测出两个计数点间的位移 Δx, 打两个点的时间可用 Δt=(n-1)×0.02 s 求得,则平均速度 v=ΔΔxt ,当 Δt 很短时,可以认为ΔΔxt 为 t 时刻的瞬时速度。 K12课件 7 三、实验器材 电磁打点计时器(或电火花计时器)、纸带、刻度尺、 导线、复写纸片、低压交流电源(频率是50 Hz,电火花计 时器使用220 V交流电源,频率也为50 Hz)。 四、实验步骤 (1)把电磁打点计时器固定在桌子上,纸带穿过限位 孔,把复写纸套在定位轴上,并且压在纸带上面。 (2)把电磁打点计时器的两个接线柱接到6 V的低压 交流电源上。 (3)接通电源开关,用手水平拉动纸带,使它在水平 方向上运动,纸带上就打下一系列点。 K12课件 8 (4)取下纸带,从能看得清的某个点开始,往后数出 若干个点,如果共有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)×0.02 s。 (5)用刻度尺测量出从开始计数的点到第n个点间的 距离Δx。 K12课件 9 (6)利用公式 v=ΔΔxt 计算出纸带在这段时间内的平均速度。 (7)把纸带上能看得清的某个点作为起始点 O,以后的点 分别标上 A、B、C、D…作为“计数点”,如图 1-4-1 所示, 依次测出 O 到 A、A 到 B、B 到 C…之间的距离 x1、x2、x3…。 图 1-4-1 K12课件 10 五、数据处理 (1)打点计时器打点的周期为 T,则 A、B、C、D… 各点的瞬时速度分别为:vA=x12+Tx2、vB=x22+Tx3、vC= x32+Tx4、vD=x42+Tx5…。 把数据填入下表,根据数据判断纸带是否做匀速运动。 位置 ABCDEF (xn+xn+1)/(m) v/(m/s) K12课件 11 (2)利用v-t图像分析物体的运动: ①v-t图像: 用横轴表示时间t,纵轴表示速度v, 建立直角坐标系。根据测量的数据在坐 标系中描点,然后用平滑的曲线把这些 点连接起来,即得到如图1-4-2所示 的v-t图像。 图1-4-2 ②v-t图像的意义: v-t图像非常直观地反映了速度随时间变化的情况,它 并不是物体运动的轨迹。 K12课件 12 ③匀速直线运动的v-t图像: 匀速直线运动的v-t图像是与时 间轴平行的直线。 从匀速直线运动的v-t图像中不 仅可以看出速度的大小,并且可以求 图1-4-3 出位移。根据位 移公式x=vt,在v-t图像中就对应着边长分别为v0 和t0的一个矩形面积,如图1-4-3中阴影的部分。 K12课件 13 六、注意事项 (1)实验前,应将打点计时器固定好,以免拉动纸带 时晃动,并要先轻轻试拉纸带,应无明显的阻滞现象。 (2)使用计时器打点时,应先接通电源,待打点计时 器打点稳定后,再拉动纸带。 (3)手拉动纸带时速度应快一些,以防点迹太密集。 (4)使用电火花计时器时,应注意把纸带正确穿好, 墨粉纸盘位于纸带上方;使用电磁打点计时器时,应让纸 带穿过限位孔,压在复写纸下面。 K12课件 14 (5)使用电磁打点计时器时,如打出的点较轻或是短线, 应调整振针距复写纸的高度。 (6)打点计时器不能连续工作太长时间,打点之后应立 即关闭电源。 (7)对纸带进行测量时,不要分段测量各段的位移,正 确的做法是一次测量完毕(可先统一测量出各个测量点到起 始测量点O之间的距离)。读数时应估读到毫米的下一位。 K12课件 15 七、误差分析 (1)利用平均速度来代替计数点的瞬时速度自身带来系 统误差。为减小误差,应取以计数点为中心的较小位移Δx 来求平均速度。 (2)分段测量计数点间的位移x带来误差。减小此误差 的方法是一次测量完成,即一次测出各计数点到起始计数 点O的距离,再分别计算出各计数点间的距离。 K12课件 16 (3)计数点间的时间Δt搞错。几个计数点间的时 间间隔为Δt=(n-1)×0.02 s,而非Δt=n×0.02 s。 (4)作v-t图像不用坐标纸、尺子,坐标单位选 定的不合理,作图粗糙带来误差。 K12课件 17 八、它案设计(常用测速度的方法) 除用打点计时器测速度外,还可用以下的方法进行 测量: 1.借助传感器用计算机测速度 如图1-4-4是一种运动传感器的原理图,这个系统 由A、B两个小盒子组成。A盒装有红外线发射器和超声 波发射器,B盒装有红外线接收器和超声波接收器,将A 盒固定在运动物体(小车)上,B盒固定在某一位置并调整 其高度与传感器A等高。测量时A向B同时发射一个红外 K12课件 18 线脉冲和超声波脉冲(即持续时间极短的一束红外线和一束超 声波),B 盒收到红外线脉冲时开始计时,收到超声波脉冲时计 时停止。将接收传感器 B 探测到的红外线、超声波到达的时间 差等数据输入计算机,利用专门软件可以分析小车的位移与时 间的关系。将这些位移和对应的时间差再利用计算机进行处理, 就可以分析小车的速度