1、 第四节 实验：用打点计时器测速度知识、技能聚焦：考点 1：仪器构造（1）图 1.4-1 为电磁打点计时器的构造图 , （2）图 1.4-2 为电火花计时器的构造图考题 1：根据图所示的打点计时器构造图，指出各主要部件的名称：_，_，_， _，_，_，_，_，_精析：根据教材中关于打点计时器构造的详细介绍可以知道图中各部分的名称分别为：_接线柱，线圈，振片，永久磁铁，振针，限位孔，复写纸，定位轴，纸带考点 2：仪器原理中学物理实验室中常用的打点计时器分为两种电磁打点计时器和电火花计时器。电磁打点计时器是一种记录运动物体在一定时间内发生位移的仪器，它使用低压交流电源，由学生电源供电，工作电压在
2、10v 以下。电磁打点计时器中有一个线圈，振片就插在其中（参阅教材图 1.41） 。当线圈接上交流电源时，振片就被反复磁化，一会儿相当于磁铁的N 极，一会儿又相当于磁铁的 S 极。这样，在永久磁铁(极性不变 )的作用下，振片便振动起来，带动其上的振针上下振动而打点。当电源的频率是 50Hz 时，它每隔 0.02s 打一个点，通电前把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面。这时，如果把纸带跟运动的物体连在一起，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。电火花计时器则是通过发出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（参阅
3、教材图 1.42） ，电火花将墨粉盘上的墨粉蒸发到纸盘上，从而打出一系列的点。这种计时器工作时，纸带运动时受到的阻力比较小，实验误差也就比较小。考题 2：电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，当电源的频率为 50Hz 时，打点计时器每隔 打一个点，当交流电的频率低于 50Hz 时，如果仍按 50Hz 的时间间隔打一个点计算，则测出的速度数值将比物体的真实数值 。精析：本题考查电磁打点计时器的使用及测量原理。当交流电的频率为 50Hz 时，打点计时器每隔 0.02s 打一个点，当交流电的频率低于 50Hz 时，打点计时器打一次点的时间间隔 t将大于 0.02s，即 t 时间内的位移我们用
4、0.02s 的位移计算（ = ），因此测出的速度将vst比真实值偏大。答案：0.02;偏大小结：要理解打点计时器测物体速度的原理。考点 3：对原理的深刻理解在实验中，往往会遇到这样的一些问题：纸带上打出的不是圆点，而是一些短线，如考题 3 图所示；或者是打的点有的清晰，有的模糊，问可能的原因是什么。在纸带上打不出点或点迹颜色过淡情况下，纠正的对策大致有三种：电源电压较低（4V）时，可适当调高；调整复写纸位置，或更换复写纸；调整打点计时器。考题 3：一同学在练习使用打点计时器时，纸带上打出的不是圆点，而是如图所示的一些短线，这可能是因为( ) A 打点计时器错接在直流电源上B 电源电压不稳定C
5、电源频率不稳定 D 振针压得过紧 精析：当打点计时器振片一端的振针与复写纸片的距离过大时，这时打点针可能够不着复写纸片，我们可能看到时有时无的点痕，也可能完全没有点痕。当振针距离复写纸片间隙过小，每一个打点周期内就会有较长一段时间接触并挤压在复写纸上，这样就变成了一段一段的小线段，所以在使用打点计是器前要检查一下振针到复写纸片的距离是否适中，否则就要作适当的调整。答案：D思路、方法指路（或导航）考点 4：如何在纸带上打点并用打点计时器测量平均速度电磁打点计时器需接 4V6V 的交流电源，开启电源让打点计时器工作（从交流 4V 开始，观察振片振动情况，若振片振幅过小，再升高电压至 6V） ，待
6、1s2s 让振片振动稳定后再拖动纸带打出点来。电火花计时器可直接连接 220V 的交流电源，按下脉冲输出开关，即可在纸带上打点。不管是哪一种打点计时器，当电源频率是 50Hz 时，打点的时间间隔都是 0.02s。因打点计时器是按间歇工作设计的，打完点后应立即关闭电源，以避免仪器过热而损坏。为了测量打点计时器在打出某两个点的时间间隔中纸带运动的平均速度，可以用毫米刻度尺量出这两点间的距离x（注意测量值应估读到 0.1mm） ，数出这两点间点迹的间隔数 n，则打这两点的时间间隔t =0.02ns（如有 5 个点迹间隔时，t =0.1s） ，即可由算出平均速度。v考题 4：某次打点计时器在纸带上依次
7、打出 A、 B、 C、 D、 E、 F 等一系列的点，测得距离AB=11.0mm, AC=26.5mm, AD=40.0mm, AE=48.1mm, AF=62.5mm。通过计算说明在打 A、 F点的时间间隔内，纸带是否做匀速直线运动。如果是，则求速度；如果不是，则求平均速度。已知打点时间间隔为 0.02s。精析： AB=11.0mm, BC=AC AB=15.5mm, CD=AD AC=13.5mm, DE=AE AD=8.1mm, EF=AF AE=14.4mm, 各段距离不等，说明在打 A、 F 点的时间间隔内，纸带不是做匀速直线运动。 m/s=0.625m/s。502.163tFv点评
8、：物体做匀速直线运动的判据是：在相等的时间间隔内，物体的位移均相等。考点 5：用打点计时器测量瞬时速度为了测量打点计时器在打出某个点时纸带运动的瞬时速度，可以测量包括该点在内的两点间的平均速度，用来代替瞬时速度。这两点离该点越近，平均速度越接近该点的瞬时速度。然而，两点距离过小则测量误差增大，须根据实际情况选取这两个点。考题 5：如图 123 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 为每隔两点选定的计数点。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 点时刻纸带的瞬时速度有多大？计算的依据是什么？你能算
9、出打 O、D 点时间内纸带的平均速度吗？为什么？解析：AD 段的平均速度320.5.14ADtvcm/s=231.25cm/s。当时 间间隔很短时，可以用平均速度代替瞬时速度， 故 B 点的瞬时速度.ACBtcm/s=212.50cm/s。无法算出 OD 段的平均速度，因为不知道 O、D间有多少 个点，因而不知道 OD 段的时间间隔。点评： 注意计数点与计时点之间的区别。计时点是打点计时器实际打出的点，而计数点则是测量时从计数点中按一定的标准选出的点。探究延伸展望考点 6：如何描绘速度时间图象？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，根据每隔 0.1s 测得的速度值在坐
10、标系中描点，然后用平滑的曲线将这些点连接起来，就得到了描述纸带运动的速度时间图象（v t 图象） ，简称速度图象。运用图象可以更直观地反映变化的规律。考题 6：图 124 是两个匀速直线运动的位移图象。哪条直线所表示的运动的速度大?各是多大？解析：直线比较陡，其斜率大，故直线所表示的运动的速度大。以 v1、 v2 分别表示直线 、直线所表示的运动的速度，则 m/s=1m/s, m/s=2m/s。61tx362tx点评：根据匀速直线运动的位移图象，除了已知位移可求时间，已知时间可求位移外，还可根据图线的斜率求得速度。探究拓展要点整理与解答教材第 23 页思考与讨论栏目解答：（1）可用刻度尺测量出
11、比较清晰的两端点间的距离，用这段距离除以两点间的时间间隔，即为纸带的平均速度。（2）点迹密集的地方表示运动的速度较小。图 123x/mt/s654321O 1 2 3 4 5 6图 124教材第 24 页说一说栏目解答：百米赛跑时运动员的速度是有变化的，运动员从静止开始，速度很快增大，冲刺阶段的速度达到最大。没有受过训练的同学跑百米，他在起始阶段速度增大的过程要长些，最大速度也比不过运动员，到终点时速度还可能有下降趋势，v t 图象的形状是不同的。教材第 25 页做一做原理的提示：本节教材的“做一做”栏目介绍了两种运动传感器，一种是利用了对红外线、超声波的发射和接收，另一种则是单纯利用了对超声
12、波的发射和接收，均把物体运动的位移、时间转换成电信号，经过计算机的运算，显示物体运动的速度，甚至自动绘出运动的 v t 图象。认真读一下教材图 1.4-7 和 1.4-9，对于了解这两种传感器测速度的原理很有必要，有条件的话请动手测一测。1. 气垫导轨和数字计时器气垫导轨(参阅教材图 1.4-10)通过从小孔喷出的气体，在滑块与导轨间形成气垫，大大减小了滑块运动的阻力，可提高实验的精确度。数字计时器通过光源、感光器和滑块上所装遮光条的相互配合（参阅教材图 1.4-11） ，让电子电路自动记录遮光时间，通过数码屏显示出来。根据遮光条的宽度和遮光时间，可以算出滑块经过时的速度。严格地讲，这样测得的
13、速度是滑块经过时的平均速度，但由于滑块经过时间很短，可以将这一平均速度代表滑块到达光束处的瞬时速度。课本习题解答与提示1. 解答 电磁打点计时器引起的误差较大。因为电磁打点计时器打点瞬时要阻碍纸带的运动。2. 解答 （1）纸带左端与重物相连。 （2）A 点和右方邻近一点的距离x=7.010 -3m ，时间t=0.02s，可以认为 A 点速度 v= =0.35m/sxt3. 解答 （1）甲物体有一定的初速度，乙物体初速度为零。（2）甲物体速度大小不变，乙物体先匀加速、匀速、最后匀减速运动。（3）甲、乙物体运动方向都不改变。4. 解答 纸带速度越大，相邻两点的距离也越大。纸带速度与相邻两点时间无关。
