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1.4 实验:用打点计时器测速度 S


第四节 用打点计时器测速度

【学习目标】
1.了解打点计时器的计时原理,理解纸带中包含的物体运动的信息(时间、位移) 。 2.理解根据纸带测量速度的原理并测量瞬时速度。 3.明确速度-时间图像的物理意义,描点法画图像的方法。

【重难点】
能根据纸带计算物体运动的瞬时速度。用描点法描述物体的速度-时间图像
<

br />【基础知识】
1、实验目的 用打点计时器测速度 2、实验器材 电磁打点计时器(或电火花计时器) ,木板, 3、打点计时器的介绍 电磁打点计时器是一种使用交流电的计时仪器.工作 电压为 .当电源频率为 50Hz 时, 打点计时器每隔 , , , ,导线。

打一个点.通电前把纸带穿过限位孔并压在复写纸的下面. 通电时,线圈产生的交变磁场使振动片磁化,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,在永久磁铁的作用下,振动片将上下振 动.其振动周期与线圈中交流 电的周期一致,即为 0.02s. 如果纸带运动振动片一端的振针就会在纸带上打出一系列 的点.

思考 1:电磁打点计时器用低压交流电源工作,能不能用直流电源呢,为什么?

电火花打点计时器可以代替电磁打点计时器使用.与电磁打点计时器不同的是:电火花打点计时器的
1

工作电压是

.使用时将电源插头直接插在交流 220V 插座内就可以了.电火花打点计时器用墨粉和

电火花打点.墨粉盘夹在两条纸带之间,当按下脉冲输出开关时会产生高温电火花,高温电火花可以使墨粉 汽化在纸带上.当输入交流电的频率是 50Hz 时,电火花打点计时器也每隔 的两面可以重复使用,注意降低实验成本. 打一个点.实验是纸带

思考 2:从原理上讲两种打点计时器哪中误差更小,为什么?

问题 1:电磁打点计时器中怎样安放复写纸和纸带? 总结: .

问题 2:振针打的点不清晰或打不出点可能有哪些情况?怎样调节? 总结: 1. 2. 3.

4. 5.

问题 3: 为什么要先打开电源让打点计时器先工作 1—2s 再松手打纸带?可不可以先松手再打开打点计时器 的电源? 总结:

问题 4:打点计时器打完点后要及时关闭电源,这样做有什么好处? 总结:

问题 5:处理纸带时从某个能看清楚的点开始,往后数出 n 个点,这些点之间的时间间隔应该怎样确定? 总结:

2

问题 6: 怎样根据纸带上的点迹计 总结:

算纸带的平均速度?

刚学了哪些基础知识点 呢?让我们一起来填一 填。 知识回顾 电磁打点计时器是一种使用 的计时仪器,工作电压为 ,当接通电源时,在线圈和

永久磁铁的作用下,振片便振动起来,振针也就跟着上下振动。如果电源的频率为 50Hz,振针就会通过复 写纸每隔 在纸带上打出一个小点。

电火花计时器 使用时,

套在纸盘轴上,并夹在两条白纸带之间,接通

交流电源,按

下脉冲输出开关时,计时器发生的脉冲电流经接正极的放电针、墨粉纸盘到接负极的纸盘轴,产生火花放 电。当电源的频率是 50Hz 时,每隔 在纸带上打一个点。

打在纸带上的点,记录了纸带运动的 示出运动物体在不同时刻的 然后用手水平

,如果把纸带跟物体连在一起,纸带上的点就相应地表 ,

。 把打点计时器固定在桌子上, 然后把纸带装好, 先启动 电源。

纸带,纸带上打出一行小点,然后立即

4、 用打点计时器测瞬时速度 用打过点的纸带, 如图。 根据量出的 A、 间的距离 ?x 和时间间隔 ?t , D 算出 A、 间的平均速度 D 用这个速度代表纸带经过 A 点时的 平均速度代表某点的瞬时速度会 。

v?

?x ?t 。

,如果 ?t 再小一些(如 A、C 之间或 A、B 之间) ,用

5. 用图象表示速度 (1)质点运动的速度可以用图象来表示。在平面直角坐标系中,用纵轴表示速度,用横轴表示时间, 将各个时刻的速度用 是速度一时间图象或 v-t 图象 在坐标平面上表示出来。然后用 把这些点连接起来 ,这就

3

图 1-4-3

图 1-4-4

(2)v-t 图象的意义 v-t 图象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. (3)匀速直线运动的 v-t 图象 (1)匀速直线运动的 v-t 图象是与时间轴平行的直线, 如图 1-4-4 所示, 直线 a、 分别表示 va=4 m/s, b vb=8 m/s.

1-4-5 (2)从匀速直线运动的 v-t 图象中不仅可以看出速度的大小, 并且可以求出位移, 根据位移公式 x=vt, 在 v-t 图象中就对应着边长分别为 v 和 t 的一个矩形面积,如图 1-4-5 中画斜线的部分.

经典例题 1. 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,用毫米刻度尺测量的 情况如图所示,纸带在 A、C 间的平均速度为 点的瞬时速度更接近于 m/s。 m/s,在 A、D 间的平均速度为 m/s,B

2. 下列关于打点计时器的说法中正确的是 A. 打点计时器使用直流电源 B. 打点计时器使用交流电源





C. 使用打点计时器打出的纸带相邻两个点的时间间隔为 0.02s D. 使用打点计时器打出的纸带相邻两个点的时间间隔为 0.1s 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打点计时器,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
4

C. 使用打点计时器时,拉动纸带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. 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

针对练习: 1. 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 ( )

2. 在测定速度的实验中,使用打点计时器测量小车速度,实验得到一条纸带如图所示,0、1、2、3?? 是选用的计数点,每相邻的计数点间还有 3 个打出点没有在图上标出。图中还画出了某次实验将米尺靠在 纸带上进行测量的情况,图中所给的测量点的读数分别是 、 、 和 。

3. 在“用打点计时器测速度”的实验中,某次实验中的纸带如图所示,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 50Hz 的低压交流电源,其中 OA=0.60cm,OB=2.4cm,OD=9.60cm。 已知物体在相等时间内位移的增量相同。则 OC 距离是 (图中单位为 cm) cm;在 B 计数点处的瞬时速度

vB =

m/s。

5

4. 用接在 50Hz 交流电源上的打点计时器,测定小车的运动情况。某次实验中得到一条纸带,如图所示, 从比较清晰的点起,每五个打印点取一个记数点,分别标明 0、1、2、3??,量得 0 与 1 两点间距离 x1 =30mm,2 与 3 两点间的距离 x2=48mm,则小车在 0 与 1 两点间平均速度为 v1 = 两点间的平均速度 v 2 = m/s。据此可判定小车做 。 m/s,在 2 与 3

如图示是某次实验打出的纸带,在纸带上找出连续的 6 个点,分别标上 0、1、2、3、4、5,用直尺测量出 两个相邻点间距离 x1、x2、x3、x4、x5,并把它们填入表格中.根据这些数据:(所用打点计时器的打点周 期为 0.02s) (1)运用你所学过的知识判断纸带的这段运动情况; (2)求各点的瞬时速度,并画出速度-时间图象。

图 1.2-1

x
/ cm

x1
0.8

x2
1.0

x3
0.9

x4
1.0

x5
0.6

6


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