(完整word版)高一必修一打點計時器講義

1、一、教學(xué)目標1、 知道電磁打點計時器和電火花打點計時器的基本構(gòu)造和工作原理2、 知道如何使用打點計時器3、 能通過紙帶上點的位置關(guān)系分析物體的運動，會用打出的紙帶求平均速度、加速度二、重難點根據(jù)紙帶上點的位置，進行數(shù)據(jù)處理，求解物體運動三、知識點梳理1、了解電磁打點計時器和電火花打點計時器的基本構(gòu)造和工作原理（1）電磁打點計時器和電火花打點計時器的構(gòu)造分別如下圖甲、乙所示：復(fù)寫紙紙帶 押片電源描頭(2)電磁打點計時器的工作原理電磁打點計時器是利用電磁原理打點計時的一種儀器，它的工作原理可以用圖1-4-2甲、乙來說明.當線圈中通人的交流電為正半周時，設(shè)電流方向如圖 1-4-2 甲所示，則線圈 中

2、被磁化的鋼制簧片左端為 N 極，永久磁鐵使簧片受到一個向下的力；當交流電轉(zhuǎn)為負半 周時，電流方向如圖 1-4-2 乙所示，簧片左端變?yōu)?S 極，永久磁鐵使簧片受到一個向上的力.隨著交變電流方向的周期性變化，簧片周期性地受到向下、向上的力就振動起來位于簧片一端的振針隨簧片的振動而在復(fù)寫紙上打點如果在復(fù)寫紙下有運動的紙帶，振針就在紙帶上打出了一系列的點交流電源的頻率為 50 Hz 時，它每隔 0.02 s 打一個點，即打 出的紙帶上每相鄰兩點間的時間間隔是 0.02 s.乙(3)電火花計時器的工作原理電火花計時器的原理與電磁打點計時器相同，不過在紙帶上打點的不是振針和復(fù)寫紙，而是電火花和墨粉，它是

3、利用火花放電在紙帶上打出小孔而顯示點跡的計時儀器.使用時，墨粉紙盤套在紙盤軸上，把紙帶穿過限位孔 .當接通電源、按下脈沖輸出開關(guān)時，計時器發(fā)出的脈沖電流經(jīng)放電針、 墨粉紙盤到紙盤軸，產(chǎn)生火花放電，于是在運動的紙帶上就打出一行點跡當電源頻率是 50 Hz 時，也是每隔 0. 02 s 打一次點.2、用打點計時器測速度（1）實驗步驟1把電磁打點計時器固定在桌子上，讓紙帶穿過兩個限位孔，壓在復(fù)寫紙的下面.2把電磁打點計時器的兩個接線柱用導(dǎo)線分別與電源接線柱相連接3打開電源開關(guān)，用手水平地拉動紙帶，紙帶上就打下了許多小點4取下紙帶，關(guān)閉電源從能看得清的某個點數(shù)起，數(shù)一數(shù)紙帶上共有多少小點如果共有 N

4、個點，那么點的間隔數(shù)為（N-1）個，紙帶的運動時間t=0.02（ N-1）s.5用刻度尺測量一下從開始計數(shù)的一點到最后一點間的距離x. X6利用公式 V計算出紙帶在這段時間內(nèi)的平均速度t7在紙帶上取連續(xù)的 6 個點，用刻度尺量出相鄰兩個點間的距離，判斷紙帶的這段運 動是勻速運動還是變速運動判斷依據(jù)是：若連續(xù)兩點間的距離相等，則物體做勻速運動；反之，則做變速運動.（2）實驗數(shù)據(jù)處理1根據(jù)紙帶分析物體的運動情況并計算平均速度A、在紙帶上相鄰兩點的時間間隔均為 0. 02 s（電源頻率為 50 Hz ），所以點跡密集的 地方表示紙帶運動的速度小.XB、 根據(jù) v，求出任意兩點間的平均速度，這里x 可

5、以用直尺測量出兩點間的t距離，t 為兩點間的時間間隔數(shù)與 0. 02 s 的乘積.這里必須明確所求的是哪兩點之間的平 均速度2粗略計算瞬時速度某點 E的瞬時速度可以粗略地由包含 E點在內(nèi)的兩點間的平均速度來表示， 如圖1-4-3 所示，VFVDG或 VEVDFa i -4-3x【說明】在粗略計算 E 點的瞬時速度時，可利用 v公式來求解，但需注意的是，t如果取離 E 點越接近的兩點來求平均速度，這個平均速度越接近E 點的瞬時速度，但是距離過小會使測量誤差增大，應(yīng)根據(jù)實際情況選取這兩個點3、探究小車速度隨時間變化的規(guī)律(1)實驗原理把紙帶跟運動物體連接在一起，并穿過打點計時器，這樣紙帶上的點不但

6、記錄了物體 的運動時間，而且相應(yīng)地表示運動物體在不同時刻的位置， 研究這些點的情況，就可以了 解物體的運動情況.(2)實驗步驟1把附有滑輪的長木板放在實驗臺上， 并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木 板上沒有滑輪的一端，連接好電路如圖 2-1-1 所示.2把一條細繩拴在小車上，使細繩跨過滑輪，下面掛上合適的鉤碼 放手后，看小車 能否在木板上平衡地加速滑行，然后把紙帶穿過打點計時器，并把紙帶的一端固定在車的 后面.3使小車停在打點計時器處，先接通電源，后釋放小車讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一列小點，取下紙帶，將此紙帶記錄為紙帶I.4增加一個鉤碼，按上述方法打出紙帶 II.5在

7、打紙帶 I 時的基礎(chǔ)上減少一個鉤碼，仍按上述方法打出紙帶III.6整理器材.剝劫養(yǎng) M 4 車紙帯維也灤(3)實驗數(shù)據(jù)的處理紙帶的選取從三條紙帶上選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開頭一些比較密集的點，在后邊便于測量的地方找一個開始點來確定計數(shù)點.為計算方便和減小誤差，通常用連續(xù)打五個點的時 間作為時間間隔，即 T=0.1 s.采集數(shù)據(jù)的方法如圖 2-1 -2 所示，不直接測量兩個計數(shù)點間的距離，而是要先量出各個計數(shù)點到計時零點的距離 XI、X2、X3、X4然后再計算出相鄰的兩個計數(shù)點的距離.3速度的計算方法各計數(shù)點的瞬時速度用平均速度來代替，即將各計數(shù)點對應(yīng)的時刻及瞬時速度填人下表中124560.

8、 1 0.2 0. 30.50.6速韋(m，“ JR、4、由紙帶求加速度的方法由圖 2-1-5 所示的紙帶各計數(shù)點 1,2,3,4,5 所對應(yīng)的速度分別是 vi、V2、V3、V4、V5，T 為計數(shù)點間的時間間隔.方法一:依各相鄰計數(shù)點間的加速度求.X2X32 t( t 為相鄰兩個計數(shù)點之間的時間間隔AJI,= X,= XjL 筍，加j -玄沙 A* 一 勺、山勺=-Xi，S2-1 -2X1x2從結(jié)果看，真正參與運算的只有 vi和V，中間各點的瞬時速度在運算中都未起作n 1方法二:逐差法求分別以 1,4,2,5 ,3 ,6,等點的速度計算加速度，即這樣可使各點的瞬時速度都參與了運算， 可減小誤差

9、。比較兩種方法，方法二”比方 法一”好，一般不用方法一。方法三：由圖象求加速度由多組數(shù)據(jù)描繪出 v-t 圖象，v-t 圖象的直線斜率即為物體運動的加速度.三種方法中，最準確，科學(xué)的是方法三，不過較繁瑣一點四、典型例題【例 1】 如圖 1-4-13 所示的四條紙帶，是某同學(xué)練習使用打點計時器得到的紙帶（紙帶的左端先通過打點計時器）從點 跡的分布情況可以斷定：紙帶A、C是勻速通過打點計時器的，紙帶B是越走越快的，紙帶D 是開始卜T|十伽)12.00 15.0022,0014.0012.00圖1一4亠13戒血逾度的平均值a.+ 皿丁 +4 *+（叫*1-. ）一斷ffi2-i-55 4 的卡吟 (u

10、x+ Vj - Ifj) +U二_a39F（t +v5+ %）亠（叭 + $ 性二97 B _越走越快，后來又越走越慢的。若所用電源的頻率是50 Hz ,圖中 D 紙帶，從 A 點通過計時器到 B 點通過計時器，歷時0.04s,位移為 027m,這段時間內(nèi)紙帶運動的平均速度是 6.75 m/ s , BC 段的平均速度是 11.00 m/s , AD 段的平均速度是7.88m/s (保留兩位小數(shù)).【解析】速度是單位時間內(nèi)物體所通過的位移。紙帶上每相鄰兩點間的時間間隔相等，因此物體勻速運動時，相鄰兩.點間的距離相等，所以 A,C 紙帶是勻速通過打點計時器的； B 紙帶相鄰兩點間距離越來越大，則

11、速度越來越大，因此B 紙帶是越來越快地通過打點計時器的；D 紙帶相鄰兩點間的距離先變大，后變小，說明速度先變大后變小，因此D紙帶是開始越來越快，后來又越來越慢。所用電源的頻率是50 Hz,則相鄰兩點間的時間間隔為 0. 02 s,從 A 點到 B 點有兩段時間間隔，所以時間為 0. 04 s 位移為 0. 27 m，這段時間的平均速度為 vx，代入數(shù)值得平均速度為 6. 75 m/s. BC 段的位移為 22 cm,即 t0. 22 m，所用時間為 0.02s,代入上式得平均速度為 11.00 m/s,而 AD 段的位移為 63 cm, 即 0. 63m 所用時間為 0.08s，代入上式得平均

12、速度為 7. 88 m/s.答案A , C B D 0. 040. 27 6. 75 11.00 7. 88【例 2】在探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，從 0 點開始每 5 個點取 1 個計數(shù)點的紙帶如圖 2-1-8 所示，其中，0,1,2 ,3 ,4 ,5 ,6 都是計數(shù)點。測得 x1=1.40 cm , x2=1.90 cm , x3= 2.38 cm,x4=2. 88 cm，x5=3. 39 cm，x6=3. 87 cm.(1)在打點計時器打出點1,2,3,4,5 時，小車的速度分別為V1= 16.50 cm/s,v2= 21.40cm/s,v3=26.30cm/s,v4=31.

13、35cm/s,v5=36.30 cm/s;(2)在平面直角坐標系中作出小車運動的v-t 圖象;(3) 分析小車的速度隨時間變化的規(guī)律.【解析】相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔T=0.02 5s=0. 1 s 則圖2-1x1x2- 一16.50cm/s,2Tv4 “31.35cm/s,2TV1吐心21.40cm/s, 2Tv5X536.30cm/s.52TV2V3“ &26.30cm/s2T(2)以時間 t 為橫軸，速度 v 為縱軸，建立直角坐標系.根據(jù)以上計算出來的各計數(shù)時刻的速度值，用描點法即可作出小車運動的，v-t 圖象，如圖 2-1-9 所示.(3) 由圖可知，描繪小車運動的 v-t

14、圖象是一條向上傾料的直線，可判斷小車的速度是隨時間均勻增加的.【點評】(1)處理紙帶時，一定要分清計時點和計數(shù)點的區(qū)別，搞清計數(shù)點之間的時間間隔 T;(2)小車的速度隨時間均勻增加，意味著其加速度恒定.五、課堂練習在 測定勻變速直線運動的加速度”的實驗中，用打點計時器記錄紙帶運動的時間，計時 器所用電源的頻率為 50 Hz,如圖 1 11 所示是一次實驗得到的一條紙帶，紙帶上每相鄰 的兩計數(shù)點間都有四個點未畫出，按時間順序取0、1、2、3、4、5、6 七個計數(shù)點，用刻度尺量出 1、2、3、4、5、6 點到 0 點的距離分別為 1.40 cm、3.55 cm、6.45 cm、10.15 cm、1

15、4.55 cm、19.70 cm.由紙帶數(shù)據(jù)計算可得計數(shù)點4 所代表時刻的瞬時速度大小為V4=_m/s,小車的加速度大小 a=_ m/W.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)圖 1 11elX5X314.556.45X102解析：V4= 2t =02m/s= 0.405 m/sX1= 0.0140 m, x2= x2x1= 0.0215 mx3= x3 x2= 0.0290 mX4= X4 x3= 0.0370 mx5= x5 x4= 0.0440 mX6= X6 x5= 0.0515 mX4+ X5+ X6 X1+ X2+ X39F0.0370+ 0.0440+ 0.0515 0.0140+ 0.021

16、5+ 0.02900.090.756 m/sa=m/s212 3 4 5答案：0.405 0.756六、課后作業(yè)1、如圖是某同學(xué)用打點計時器研究某物體運動規(guī)律時得到的一條紙帶.根據(jù)圖中的數(shù)據(jù),計算物體在 AB 段、BC 段、CD 段和 DE 段的平均速度大小，判斷物體運動的性質(zhì).【答案】物體在 AB 段、BC 段、CD 段和 DE 段的平均速度大小分別是 19.0cm/s 60cm/s、60cm/s、59.5cm/s,物體運動的性質(zhì)是先加速，后勻速.、1 90【解析】AB 段的平均速度為 v1一 cm/s 19.0cm/s0.1、2 40BC 段的平均速度為 V2cm/s 60cm/s0.04

17、、 1 20CD 段的平均速度為 v3cm/s 60cm/s0.022 38DE 段的平均速度為 V4cm/s 59.5cm/s0.042、某次實驗用打點計時器交流電的頻率為 50Hz,紙帶的記錄如圖 1-4 所示，圖中 O 點為 紙帶的第一個點，接下來的前幾個點模糊，因此從 A 點開始每打五個點取一個計數(shù)點，推測 紙帶的運動是加速還是減速？在打出 A、F 這兩點的時間間隔中，紙帶運動的平均速度是 多大？ B 點的瞬時速度為多大？【解析】從 A 點開始每打五個點取一個計數(shù)點， 計數(shù)點間只有 5 個間隔，則計數(shù)點間 運動的總時間為 t=0.02 5s=0.1s,每隔 0.1s 紙帶運動的位移分別

18、是 2.15cm、2.89cm、3.74cm、4.32cm、5.15cm，說明紙帶作加速運動.H 1k1cm*_ 2.38 -*2.40亠1.20 “在誤差范圍內(nèi)，可認為v460cm/s，則物體先加速，后勻速BCDEt 0.1 5B 點的瞬時速度可以用 AC、AD、AE 或 AF 段的平均速度表示，其中 AC 段的平均 速度最接近 B 點瞬時速度._ AC 6.34 1.30 門，vBvAC50.4cm/ st0.13、如圖所示為一次記錄小車運動情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E、F、G 為相鄰的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點的時間間隔 T= 0.1 s.出 51.901 2.站丄 2.883 朋 丄 $血 onS * x 月 盤 廣。左FG W圖 1- 13(1)在圖 1- 14 所示的坐標系中作出小車的 vt 圖線.將圖線延