1、第4節(jié) 實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度基礎(chǔ)儲(chǔ)備明確原理一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)、原理及使用方法.2 學(xué)會(huì)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量物體的速度.3能利用v t圖象分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，描述物體的運(yùn)動(dòng).二、實(shí)驗(yàn)原理1. 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的原理及使用電火花計(jì)時(shí)器電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器結(jié)構(gòu)圖示工作電壓 打點(diǎn)方式 打點(diǎn)周期 記錄信息止呻沖輸出插止仍脈沖締出220 V交流電周期性產(chǎn)生電火花0.02 s二/冊(cè)帶2耳紙6V以下交流電振針周期性上下振動(dòng)0.02 s位移、時(shí)間2測(cè)平均速度、瞬時(shí)速度的原理：跟運(yùn)動(dòng)物體連在一起的紙帶上打出的點(diǎn)記錄了物體在 不同時(shí)刻的位置，用刻度尺測(cè)出兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移x.打兩個(gè)點(diǎn)的時(shí)間可用t = (n 1) X

2、 0.02 s求得，則平均速度v =云,當(dāng)厶t很短時(shí)，可以認(rèn)為U為t時(shí)刻的瞬時(shí)速度.三、實(shí)驗(yàn)器材電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(或電火花計(jì)時(shí)器)、學(xué)生電源(電火花計(jì)時(shí)器使用 220 V交流電源)、刻 度尺、紙帶、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙等.四、實(shí)驗(yàn)步驟1了解打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)，然后把它固定在桌子上.2 把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)接線柱用導(dǎo)線與6 V的低壓交流電源的接線柱相連接，讓紙帶穿過兩個(gè)限位孔，壓在復(fù)寫紙的下面.3接通電源，用手水平地拉動(dòng)紙帶，紙帶上就打出一行小點(diǎn)，隨后立即關(guān)閉電源.4 取下紙帶，從能看得清的某個(gè)點(diǎn)數(shù)起 ，數(shù)一數(shù)紙帶上共有多少個(gè)點(diǎn)如果共有n個(gè)點(diǎn)，則用 t= 0.02X (n 1)s計(jì)算出紙帶的運(yùn)動(dòng)時(shí)

3、間厶t.x,利用公式v =匸計(jì)算紙帶在這5 用刻度尺測(cè)量一下打下這些點(diǎn)紙帶通過的距離段時(shí)間內(nèi)的平均速度把測(cè)量和計(jì)算的結(jié)果填入表中.、記錄項(xiàng)實(shí)驗(yàn)次數(shù)占八、數(shù)n點(diǎn)劃分出 的間隔數(shù)n 1運(yùn)動(dòng)時(shí)間 t/s位移&/m平均速度1v /(m s-)12五、數(shù)據(jù)處理1. 用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量瞬時(shí)速度(1) 選取一條點(diǎn)跡清晰便于分析的紙帶.(2) 從能夠看清的某個(gè)點(diǎn)開始，每隔四個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔 T=5X 0.02 s= 0.1 s.在紙帶上用 0、A、B、C、D標(biāo)出這些“計(jì)數(shù)點(diǎn)”如圖所示.用刻度尺依次測(cè)出 OA、OB、OC、OD的距離是3、S2、S3、S4，再利用 捲=汁X2 =S2 Si

4、、X3= S3 S2確定出 OA、AB、BC、CD 之間的距離 Xi、X2、X3、X4(3) A、B、C、D各點(diǎn)的瞬時(shí)速度分別為Xi + X2X2 + X3X3 + X4X4 + X5VA=、VB= 2、VC=、VD =2. 用v t圖象描述物體的速度(1) v t圖象的畫法：用橫軸表示時(shí)間t,縱軸表示速度V ,建立直角坐標(biāo)系根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)，然后用平滑的曲線把這些點(diǎn)連接起來，即得到如圖所示的 Vt圖象.(2) v t圖象的意義：v t圖象非常直觀地表示速度隨時(shí)間變化的情況，它不是物體運(yùn)動(dòng)的軌跡.(3) 圖象法是處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的常用方法運(yùn)用圖象處理數(shù)據(jù)有許多優(yōu)點(diǎn)，如可以使物理規(guī)律直觀

5、易懂，可以減小誤差，可以方便地獲得某些未經(jīng)測(cè)量或無法直接測(cè)量的物理數(shù)據(jù)等.,應(yīng)取該計(jì)數(shù)六、誤差分析1利用平均速度來代替計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度會(huì)帶來系統(tǒng)誤差為減小誤差點(diǎn)前、后兩計(jì)數(shù)點(diǎn)來求平均速度.2分段測(cè)量計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移 X帶來誤差減小此誤差的方法是一次測(cè)量完成，即一次測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到起始計(jì)數(shù)點(diǎn) O的距離，再分別計(jì)算出各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離.3作v t圖象不用坐標(biāo)紙、尺子，坐標(biāo)單位選定的不合理，作圖粗糙帶來誤差.七、注意事項(xiàng)1.實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定好，以免拉動(dòng)紙帶時(shí)晃動(dòng)，并要先輕輕試?yán)垘В瑧?yīng) 無明顯的阻滯現(xiàn)象.2使用計(jì)時(shí)器打點(diǎn)時(shí)，應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)穩(wěn)定后，再拉動(dòng)紙帶.3. 手拉動(dòng)紙帶時(shí)速度

6、應(yīng)快一些，以防點(diǎn)跡太密集.4. 使用電火花計(jì)時(shí)器時(shí)，應(yīng)注意把紙帶正確穿好，墨粉紙盤位于紙帶上方，使用電磁 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，應(yīng)讓紙帶穿過限位孔，壓在復(fù)寫紙下面.5. 為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，計(jì)數(shù)點(diǎn)要每隔T= 0.1 S選一個(gè)，即每隔四個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) ， 而計(jì)算計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度時(shí) ， x、At應(yīng)取此計(jì)數(shù)點(diǎn)前、后兩個(gè)點(diǎn)之間的位移和時(shí)間 ，即vXn + Xn+ 12T6打點(diǎn)計(jì)時(shí)器不能連續(xù)工作太長(zhǎng)時(shí)間，打點(diǎn)之后應(yīng)立即關(guān)閉電源.7 對(duì)紙帶進(jìn)行測(cè)量時(shí)，不要分段測(cè)量各段的位移 ，正確的做法是一次測(cè)量完畢 (可先統(tǒng) 一測(cè)量出各個(gè)測(cè)量點(diǎn)到起始測(cè)量點(diǎn)0之間的距離)讀數(shù)時(shí)應(yīng)估讀到毫米的下一位.&計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間 t搞錯(cuò)，n個(gè)

7、計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為t = (n 1)x 0.02 s,而非 盤=n x 0.02 s.熱點(diǎn)實(shí)驗(yàn)典例解讀*老麗玉*典旃惑悟*崟割實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作例I (2017溫州高一檢測(cè))用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可測(cè)紙帶運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和位移下面是沒有按 操作順序?qū)懙牟煌暾膶?shí)驗(yàn)步驟，按照你對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，在各步驟空白處填上適當(dāng)?shù)膬?nèi)容，然后按實(shí)際操作的合理順序，將各步驟的字母代號(hào)按順序?qū)懺诳瞻滋?A 在電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩接線柱上分別接上導(dǎo)線，導(dǎo)線的另一端分別接在低壓(選填“交流”或“直流”)電源的兩個(gè)接線柱上.B 把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌子上，讓紙帶穿過 ,并壓在下面.C 用刻度尺測(cè)量從計(jì)時(shí)開始點(diǎn)到最后一個(gè)點(diǎn)間的距離x.D

8、.切斷電源，取下紙帶，如果共有 n個(gè)清晰的點(diǎn)，則這段紙帶記錄的時(shí)間厶t =Ap ?t4禺cm5.20 cm5.99 cm6.80 cm7.62 cm(1) 在實(shí)驗(yàn)中，使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)應(yīng)先 再(選填“釋放紙帶”或“接通電源”).(2) 每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有個(gè)點(diǎn)沒有標(biāo)出.(3) 試根據(jù)紙帶上各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，每隔0.10 s測(cè)一次速度，計(jì)算出打下B、C、DXBC + XAB解析(3)vb =0.479 m/s；Vd =XCD + XBC2t = 0.400 m/s；Vc =2tXDE + XcD心60 m/S.三個(gè)點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度，并將各個(gè)速度值填入下表.VbVcVdVeVf數(shù)值(m/s)0.6

9、400.721將B、C、D、E、F各個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)速度標(biāo)在圖乙直角坐標(biāo)系中，并畫出小車的瞬時(shí)速度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖線.如圖所示.0百OS0.40,3 ii:i:ii:HI &lia0.30.40.5- 一 口|-|1|!|4円5 IES1H口詈I Bailia ai i ii iiil Ii!e !I I IBH|I I III I II II EllllJl答案接通電源釋放紙帶(2)4 (3)0.4000.479 0.560見解析圖方I祛I(lǐng)技巧求瞬時(shí)速度：取包含該點(diǎn)的盡可能短的時(shí)間間隔,應(yīng)用“極限”的思想求物體的瞬時(shí)速度.如若要求紙帶上B點(diǎn)的速度，通常是求出B點(diǎn)前、后相鄰兩點(diǎn)A、C間的平均速度

10、， 以此來代替B點(diǎn)的瞬時(shí)速度.（2）圖象法：圖象法是處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的常用方法 ，運(yùn)用圖象處理數(shù)據(jù)有很多優(yōu)點(diǎn) ，但在 利用數(shù)據(jù)作圖的過程中，由于存在偶然誤差，畫線時(shí)有些數(shù)據(jù)點(diǎn)要舍掉，以減小實(shí)驗(yàn)誤差.畫 圖象時(shí)應(yīng)把握以下三點(diǎn)： 建立坐標(biāo)系時(shí)，坐標(biāo)原點(diǎn)、坐標(biāo)軸表示的物理量及單位都要標(biāo)注清楚. 畫速度一時(shí)間圖象時(shí)，要用平滑的曲線將各個(gè)點(diǎn)連接起來，不能畫折線. 標(biāo)度的選取要適當(dāng)，盡量讓圖象占據(jù)坐標(biāo)系的大部分空間.類型二實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新例用如圖所示的計(jì)時(shí)裝置可以近似測(cè)出氣墊導(dǎo)軌上滑塊的瞬時(shí)速度，已知固定在滑塊上的遮光條的寬度為 4.0 mm,遮光條經(jīng)過光電門的遮光時(shí)間為0.040 s,則滑塊經(jīng)過光電門位置時(shí)的

11、速度大小為（）A. 0.10 m/sC. 4.0 m/sB. 100 m/sD . 0.40 m/s解析遮光條經(jīng)過光電門的遮光時(shí)間很短,所以可以把遮光條經(jīng)過光電門的平均速度當(dāng)作滑塊經(jīng)過光電門位置時(shí)的瞬時(shí)速度，即v =半=4040m/s= 0.10 m/s, A正確.答案A根據(jù)遮光條的寬度 x和測(cè)出的時(shí)間 t,就可以算出遮光條通過光電門的平均速度由于遮光條的寬度 x很小，因此可以認(rèn)為，這個(gè)平均速度就是滑塊通過光電門的瞬時(shí)速度本題屬于實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新.隨堂演練鞏固提升1. （2017鄭州一中高一檢測(cè)）電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種使用交流電源的計(jì)時(shí)儀器，根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，不經(jīng)計(jì)算，通過測(cè)量可以從紙帶上

12、直接得到的物理量是（）A .時(shí)間間隔B .位移C.平均速度D .瞬時(shí)速度解析：選B.時(shí)間間隔可以通過數(shù)紙帶上所打點(diǎn)的個(gè)數(shù)經(jīng)過計(jì)算得出位移可以通過測(cè) 量紙帶上所打點(diǎn)之間的距離得出而平均速度或者瞬時(shí)速度都是依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過計(jì)算得出.故應(yīng)選B.2. （多選）關(guān)于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的原理和使用方法，下列說法中正確的是（）A .打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接交流電源，交流頻率通常為 50 HzB如果紙帶上相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間有四個(gè)點(diǎn)，則相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔是0.08sC.如果打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下的點(diǎn)先密集后稀疏，則說明紙帶的速度由小變大D .電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在 220 V電源上，電火花計(jì)時(shí)器接在 6 V電源上解析：選AC

13、.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用交流電，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用 6 V以下的低壓交流電源；電火花計(jì)時(shí)器使用 220 V交流電源，相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔是0.02 s.3. （多選）（2017濱州高一檢測(cè)）對(duì)以下實(shí)驗(yàn)、儀器描述正確的是（）A 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花計(jì)時(shí)器都使用交流電源B 測(cè)量研究小車瞬時(shí)速度的實(shí)驗(yàn)中，為防止開始時(shí)紙帶上點(diǎn)跡過于密集，要先使小車運(yùn)動(dòng)，再給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電C.頻閃照片中，某一段物體成像較密集，說明這一階段運(yùn)動(dòng)相對(duì)較快D 氣墊導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)，使滑塊與導(dǎo)軌間有一層薄的空氣層，大大減小了滑塊運(yùn)動(dòng)中所受的阻力解析：選AD.實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)先接通電源，后釋放紙帶，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；頻閃照片中，物體成像密集，說明物體運(yùn)動(dòng)

14、較慢,選項(xiàng)C錯(cuò)誤.4如圖所示,氣墊導(dǎo)軌上滑塊經(jīng)過光電門時(shí),其上的遮光條將光遮住，電子計(jì)時(shí)器可自動(dòng)記錄遮光時(shí)間厶t.測(cè)得遮光條的寬度為x,用普近似代表滑塊通過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度.為使 石更接近瞬時(shí)速度，正確的措施是（）A .換用寬度更窄的遮光條B .提高測(cè)量遮光條寬度的精確度C.使滑塊的釋放點(diǎn)更靠近光電門D .增大氣墊導(dǎo)軌與水平面的夾角解析：選A.篇表示的是 At時(shí)間內(nèi)的平均速度，遮光條的寬度 x越窄，則記錄遮光時(shí)間At越小，云越接近滑塊通過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度，選項(xiàng)A正確.5. 在做用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度的實(shí)驗(yàn)時(shí)，要用到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種計(jì)時(shí)儀器，其電源頻率為50 Hz,常用的“電磁打點(diǎn)計(jì)

15、時(shí)器 ”使用的電壓是 V的(選填“直流電”或“交流電”)，它每隔s打一個(gè)點(diǎn).(2)接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源和讓紙帶開始運(yùn)動(dòng)，這兩個(gè)操作之間的時(shí)間順序關(guān)系是A 先接通電源，再讓紙帶運(yùn)動(dòng)B 先讓紙帶運(yùn)動(dòng)，再接通電源C.讓紙帶運(yùn)動(dòng)的同時(shí)接通電源D 先讓紙帶運(yùn)動(dòng)或先接通電源都可以在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)定物體的速度，當(dāng)電源頻率低于 50 Hz時(shí)，如果仍按50 Hz的時(shí)間間隔打一個(gè)點(diǎn)計(jì)算，則測(cè)出的速度數(shù)值將比物體的真實(shí)數(shù)值 .解析：(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作電壓是6 V以下的交流電，一般是46 V 打點(diǎn)間隔為交流電的頻率的倒數(shù)，當(dāng)電源的頻率是50 Hz時(shí)，打點(diǎn)周期是0.02 s.(2) 使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，應(yīng)先接通電源

16、，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作，再讓紙帶運(yùn)動(dòng)使打點(diǎn)計(jì)時(shí) 器在上面打出點(diǎn)跡，故A項(xiàng)正確.(3) 當(dāng)交流電的頻率低于 50 Hz時(shí)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打一次點(diǎn)的時(shí)間間隔t將大于0.02 s,利用公式V =管計(jì)算時(shí)，t取0.02 s時(shí)比真實(shí)值偏小，因此測(cè)出的速度將比真實(shí)值偏大.答案：(1)46 交流電 0.02(2)A(3)偏大6. (2017蚌埠高一檢測(cè))某同學(xué)在做“練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器”實(shí)驗(yàn)時(shí)打出的紙帶如圖所 示，每?jī)牲c(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)沒有畫出來，圖中上面的數(shù)字為相鄰兩點(diǎn)間的距離，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 的電源頻率為50 Hz.円丄4*嚴(yán).15.10V -a()2IP3* :F57(1) 相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間為 s.打計(jì)數(shù)點(diǎn)4時(shí)

17、紙帶的速度 V4=m/s.(保留三位有效數(shù)字)解析：(1)每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間有5個(gè)打點(diǎn)間隔，所以T= 5 X 0.02 s= 0.1 s.0.11 + 0.129(2) 打計(jì)數(shù)點(diǎn)4時(shí)的瞬時(shí)速度近似等于3、兩點(diǎn)間的平均速度，所以V4=m/s2 X 0.1胡.20 m/s.答案：(1)0.1(2)1.207用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計(jì)時(shí)器更能精確地測(cè)量物體的瞬時(shí)速度如圖所示，滑塊在牽引力作用下先后通過兩個(gè)光電門，配套的數(shù)字毫秒計(jì)記錄了遮光板通過第一個(gè)光電門的時(shí)間為 ti= 0.29 s,通過第二個(gè)光電門的時(shí)間t2= 0.11 s,已知遮光板的寬度為3.0 cm ,分別求滑塊通過第一個(gè)光電門和第二個(gè)光電門的速度大

18、小.腿光板和光源* Mff円塑導(dǎo)-軌示意圖解析：由于滑塊經(jīng)過光電門時(shí)遮光板的擋光時(shí)間較短，所以滑塊經(jīng)過光電門的速度可用 遮光板擋光時(shí)間內(nèi)的平均速度表示.經(jīng)過第一個(gè)光電門的速度大小d 3.0 X 10-vi =瓦=029 m/sQ.10 m/s,經(jīng)過第二個(gè)光電門的速度大小23.0 X 10-2m/s0.27 m/s.答案：0.10 m/s 0.27 m/s&如圖所示是用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)瞬時(shí)速度實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的一條紙帶的一部分，從0點(diǎn)開始依照打點(diǎn)的先后依次標(biāo)為 0、1、2、3、4、5、6現(xiàn)在量得0、1間的距離X1= 5.18 cm, 1、 2 間的距離 X2 = 4.40 cm , 2、3 間的距離 X3= 3.62 cm , 3、4 間的距離 X4 = 2.78 cm , 4、5 間 的距離X5= 2.00 cm, 5、6間的距離X6= 1.22 cm（頻率為50 Hz）.（1）根據(jù)上面記錄，計(jì)算打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打1、2、3、4、5點(diǎn)時(shí)的速度（保留兩位小數(shù)）并填在下表中.位置12345_ 1v/(m s-)（2）根據(jù)（1）中表格，在圖中畫出小車的速度圖象.解析：（1）某點(diǎn)的瞬時(shí)速度可以用該點(diǎn)為中間時(shí)刻的一段時(shí)間內(nèi)的平均