1、14 实验：用打点计时器测速度学习目标1.了解两种打点计时器的结构和工作原理，并学会安装和使用.2.掌握测瞬时速度的方法，会用打出的纸带求瞬时速度.3.会用图象表示速度随时间变化的规律.一、打点计时器及其原理电磁打点计时器 电火花计时器结构示意图打点原理 电磁作用下振针上下周期性振动打点脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴放电打点工作电压 6V 以下低压交流电源 220V 交流电源打点周期(电源频率为 50Hz)0.02s 0.02s阻力来源纸带与限位孔、复写纸的摩擦，纸带与振针的摩擦纸带与限位孔、墨粉纸盘的摩擦，比前者小功能 功能相同，都是计时仪器二、练习使用打点计时器1.实验步骤(1)把打点
2、计时器固定在桌子上并穿好纸带.(2)把打点计时器的两个接线柱接到交流电源上(电源频率为 50Hz，电磁打点计时器接 6V以下低压交流电，电火花计时器接 220V 交流电).(3)先接通电源开关，再用手水平拉动纸带，纸带上就打下一行小点，随后立即关闭电源.(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 n1 个，则纸带的运动时间 t( n1)0.02s.(5)用刻度尺测量出从开始计数的点到最后的点间的距离 x.(6)利用公式 v 计算出纸带在这段时间内的平均速度. x t22.注意事项(1) 打点前，应使物体停在靠近(填“靠近”或“远离”)
3、打点计时器的位置.(2) 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)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.(4)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计数点到起始点 O 之间的距离).三、用打点计时器测量瞬时速度1.原理纸 带 上 某 一 位 置 的 瞬 时 速 度 ， 可 以 粗 略 地 由 包 含 这 一 位 置 在 内 的 一 小 段 位 移 x 内 的 平 均 速度 表 示 ， 即 根 据 v ， 当 t 或 x 较 小 时 ， 用 这 个 平 均 速 度 代 表 纸 带 经 过 该 位 置 的 瞬
4、 时 x t速 度 .如图 1 所示， E 点的瞬时速度可用 D、 F 两点间的平均速度代表，即 vE . x t图 12.数据处理(1)测量：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，如图 2 所示，依次测出各点到 O 点的距离，再算出 OA、 AB、 BC的距离 x1、 x2、 x3.图 2(2)计算：若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、 vB 、 vC 、 vD .x1 x22T x2 x32T x3 x42T x4 x52T(3)列表比较：把数据填入下表，根据数据判断纸带运动速度的变化情况.位置 A
5、B C D E F Gv/(ms1 )3.注意(1)为了减小实验误差， A、 B、 C、 D不一定是连续计时点，比如可以每隔四个点选一个点(称为计数点)，此时两个计数点间的时间间隔 T0.1s.(2)计算计数点的瞬时速度时， x、 t 应取此计数点前、后两个计数点之间的位移和时3间，即 vn .xn xn 12T四、用图象表示速度1.速度时间图象( v t 图象)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，即得到物体运动的 v t 图象.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，但它不是(填
6、“是”或“不是”)物体运动的轨迹.例如，如图 3 所示是某质点做直线运动的 v t 图象.图 3由 v t 图象可知在 04s 内速度随时间不断增大，表示质点做加速运动；在 48s 内速度不随时间变化，表示质点做匀速运动；在 810s 内速度随时间不断减小，表示质点做减速运动.质点在 t0 时刻的速度为 0.在 5s 末的速度大小为 15m/s.一、打点计时器的应用原理及操作例 1 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顺序，将各步骤的字母代号按顺序写在空白处.A.在电磁打点计时器的
7、两接线柱上分别接上导线，导线的另一端分别接在频率为 50Hz 的低压_(选填“交流”或“直流”)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 计算纸带运动的平均速度. x t实验步骤的合理顺序是_.答案 交流 限位孔 复写纸 ( n1)0.02s BAEDCF4解析 A 项中电磁打点计时器应使用低压交流电源；B 项中应将纸带穿过电磁打点计时器的限位孔
8、，并放于复写纸的下方；D 项中纸带上记录的时间 t( n1)0.02s.合理的实验步骤为 BAEDCF.【考点】练习使用打点计时器【题点】打点计时器的原理及使用方法二、瞬时速度的计算和速度时间图象的画法例 2 打点计时器所用电源的频率为 50Hz，某次实验中得到一条纸带，用毫米刻度尺测量的情况如图 4 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.(结果保留两位有效数字)图 4答案 0.35 0.42 0.35解析 由题意知，相邻两点间的时间间隔为 0.02s.A、 C 间的距离为 0.014m.A、 C 间对应的时间为
9、 0.022s0.04s.A、 D 间的距离为 0.025m.A、 D 间对应的时间为 0.023s0.06s由公式 v 得： vAC m/s0.35 m/s， x t 0.0140.04vAD m/s0.42 m/s.0.0250.06B 点的瞬时速度更接近于 A、 C 间的平均速度.【考点】瞬时速度的测量【题点】用打点计时器测速度例 3 某同学在“用打点计时器测速度”的实验中，电源频率为 50Hz，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G 共 7 个计数点.相邻计数点间的距离如图 5 所示，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为 0.
10、1s.(本题计算结果均保留 3 位有效数字)图 5(1)在实验中，使用打点计时器时应先_再_(填“释放纸带”或“接通电源”).5(2)每两个计数点间还有_个点没有标出.(3)试根据纸带上各个计数点间的距离，每隔 0.1s 测一次速度，计算出打下 B、 C、 D 三个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入下表.vB vC vD vE vF数值(m/s) 0.640 0.721(4)将 B、 C、 D、 E、 F 各个时刻的瞬时速度标在图 6 直角坐标系中，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线.图 6答案 (1)接通电源 释放纸带 (2)4 (3)0.400 0.479 0.560 (4)见解
11、析图解析 (1) 在实验中，使用打点计时器时应先接通电源，再释放纸带.(2) 每两个计数点间还有 n 1 14 个点没有标出. t T 0.1s0.02s(3)vB m/s0.400 m/s；3.62 4.3810 220.1vC m/s0.479 m/s；4.38 5.2010 220.1vD m/s0.560 m/s.5.20 5.9910 220.1(4)图线如图所示：【考点】用图象表示速度【题点】用图象表示速度61.(练习使用打点计时器)(多选)在“用打点计时器测速度”的实验中，除重物(小车)、纸带外，还需选用的仪器是( )A.秒表 B.刻度尺 C.速度计 D.交流电源答案 BD解析
12、由打点计时器在纸带上打下的点的间隔数可知任意两点间的时间间隔，故不需要秒表，选项 A 错误；再利用刻度尺测出两点间的距离就可进一步求出平均速度，故不需要速度计而要使用刻度尺，选项 B 正确，C 错误；打点计时器要使用交流电源工作，选项 D 正确.【考点】练习使用打点计时器【题点】打点计时器的原理及使用方法2.(练习使用打点计时器)(多选)在“用打点计时器测速度”的实验中，若打点周期为0.02s，下列说法正确的是( )A.先接通电源，后拉动纸带B.先拉动纸带，后接通电源C.电火花计时器使用 6V 以下的交流电源D.连续 n 个计时点间的时间间隔为( n1)0.02s答案 AD解 析 使 用 打
13、点 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 ，A 正 确 ， B 错 误 ； 电 火 花 计 时 器 的 工 作 电 压 是 220 V 交 流 电 ， C 错 误 ； 每 相 邻 的 两 个 计 时点 间 的 时 间 间 隔 为 0.02 s， 连 续 n 个 计 时 点 间 有 n 1 个 时 间 间 隔 ， 故 时 间 为 (n 1)0.02 s， D 正 确 .【考点】练习使用打点计时器【题点】打点计时器的原理及使用方法3.(练习使用打点计时器)如图 7 所示是一位同学使用打点计时器得到的两条纸带，他将
14、两条纸带(甲、乙)上下并排放在一起进行比较，在图中 A、 B 两点之间，两条纸带(甲、乙)运动的时间之比是( )图 7A.11B.21 C.12D.无法比较7答案 B解析 设纸带上每打出两个相邻点所经历的时间为 T，所以纸带甲、乙上 A、 B 两点间时间之比为 ，选项 B 正确.t1t2 10T5T 21【考点】练习使用打点计时器【题点】打点计时器的原理及使用方法4.(瞬时速度的测量)用气垫导轨和数字计时器能更精确地测量物体的瞬时速度.如图 8 所示，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光板通过第一个光电门的时间为 t10.29s，通过第二个光电门的时间为 t20.1
15、1s，已知遮光板的宽度为 3.0cm，则滑块通过第一个光电门的速度为_，通过第二个光电门的速度为_.图 8答案 0.10m/s 0.27 m/s解析 由于滑块经过光电门时遮光板的挡光时间较短，所以滑块经过光电门的速度可用遮光板挡光时间内的平均速度表示.经过第一个光电门的速度 v1 m/s0.10 m/s，经过第二个光电门的d t1 3.010 20.29速度 v2 m/s0.27 m/s.d t2 3.010 20.11【考点】瞬时速度的测量【题点】用传感器测量速度5.(瞬时速度的测量)在“用打点计时器测速度”的实验中，打点计时器使用的交流电的频率为 50Hz，记录小车运动的纸带如图 9 所示
16、，在纸带上选择 0、1、2、3、4、5 共六个计数点，相邻两计数点之间还有四个点未画出，纸带旁并排放着带有最小分度为 1mm 的刻度尺，0 点跟“0”计数点对齐，由图可以读出三个计数点 1、3、5 跟 0 点的距离并填入表格中.图 98距离 x1 x2 x3测量值/cm计算小车通过计数点“2”的瞬时速度为 v2_m/s.答案 1.20 5.40 12.00 0.21解析 x11.20cm， x25.40cm， x312.00cm.每两个相邻计数点间的时间间隔T0.10s， v2 102 m/s0.21 m/s.x132T 5.40 1.2020.10【考点】瞬时速度的测量【题点】用打点计时器测
17、量速度6.(用图象表示速度)如图 10 所示是一条打点计时器打出的纸带，电源频率为50Hz,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.图 10(1)求出 2、4 计数点的瞬时速度并填入表格.v1 v2 v3 v4 v5数值(m/s) 0.20 0.61 0.70(2)在图 11 坐标纸中画出质点的速度时间图象.图 11答案 (1)0.40 0.69 (2)见解析图解析 (1)两计数点间的时间间隔是 T0.1sv2 m/s0.40 m/sx132T 9.0 1.010 220.1v4 m/s0.69 m/sx352T 22.8 9.010 220.19(2)根据(1)表格中数据在直角坐标系中描点，然后连线得到图象如图所示.【考点】用图象表示速度【题点】用图象表示速度
