第一章 4 實驗 用打點計時器測速度課件

4實驗:用打點計時器測速度4實驗:用打點計時器測速度一二三四一、實驗?zāi)康?.了解兩種打點計時器的結(jié)構(gòu)和工作原理。2.會安裝并使用打點計時器。3.理解根據(jù)紙帶測量速度的原理并會測量瞬時速度。4.明確速度—時間圖像的意義,掌握描點法畫圖像的方法,并畫出該實驗中的速度—時間圖像。一二三四一、實驗?zāi)康囊欢亩?、實驗器材電磁打點計時器(或電火花計時器)及紙帶、刻度尺、電源、導(dǎo)線等。一二三四二、實驗器材一二三四三、實驗原理1.兩種打點計時器的原理構(gòu)造(如圖所示)一二三四三、實驗原理一二三四電火花計時器工作時,由于紙帶受到的阻力較小,所以比電磁打點計時器實驗誤差小。打在紙帶上的點,記錄了紙帶運動的時間,如果把紙帶跟物體連在一起,紙帶上的點就相應(yīng)地表示出運動物體在不同時刻的位置。一二三四電火花計時器工作時,由于紙帶受到的阻力較小,所以比電一二三四3.粗略計算瞬時速度如圖所示,D的瞬時速度可以粗略地由包含D點在內(nèi)的兩點間的平均速度來表示,即可以用B、F(或C、E)兩點間的平均速度來代替D點的瞬時速度。2.根據(jù)紙帶分析物體的運動情況并能計算平均速度(1)在紙帶上相鄰兩點間的時間間隔均為0.02s(電源頻率為50Hz),所以點跡密集的地方表示紙帶運動的速度很小。一二三四3.粗略計算瞬時速度2.根據(jù)紙帶分析物體的運動情況并一二三四4.v-t圖像與其畫法為了更直觀地反映物體的運動情況,我們可以用v-t圖像來表示速度隨時間的變化規(guī)律。以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標系,根據(jù)計算出的不同時刻對應(yīng)的瞬時速度值,在坐標系中描點,最后用平滑曲線把這些點連接起來就得到了一條能夠描述速度v與時間t關(guān)系的圖線。一二三四4.v-t圖像與其畫法一二四三四、實驗步驟1.練習(xí)使用打點計時器(1)把打點計時器固定在桌子上,了解它的結(jié)構(gòu)。(2)按照說明把紙帶裝好。(3)接通電源,用手水平地拖動紙帶,紙帶上就打出一行小點,隨后立即關(guān)閉電源。一二四三四、實驗步驟一二四三2.用打點計時器測量瞬時速度(1)取下紙帶,從能夠看清的某個點開始,往后數(shù)出若干點。將數(shù)出的點數(shù)n及這些點劃分出來的間隔數(shù)填入表中。并據(jù)此計算出紙帶從第一個點到第n個點的運動時間t,將結(jié)果填入表中。(2)用刻度尺測量出第一個點到第n個點的距離Δx,并填入表中。(3)根據(jù)紙帶從第一個點到第n個點的運動時間t和第一個點到第n個點的距離Δx,計算出紙帶在時間t內(nèi)運動的平均速度v,并填入表中。一二四三2.用打點計時器測量瞬時速度一二三一、實驗注意事項1.正確安裝復(fù)寫紙,調(diào)節(jié)復(fù)寫紙位置,使紙帶從復(fù)寫紙圓片下穿過。2.將計時器接入50Hz交流電源,電磁打點計時器應(yīng)從交流4V開始,觀察振片振動情況,若振幅較小,再升高電壓至6V。3.接通電源,計時器工作,待1~2s后再拖動紙帶打出點跡。觀察點跡是否清晰,打完點后,立即關(guān)閉電源(打點計時器是按間歇工作設(shè)計的,避免線圈過熱而損壞)。一二三一、實驗注意事項一二三4.在紙帶上打不出點或點跡顏色過淡的情況下,糾正的方法有三種:電源電壓較低,可適當(dāng)調(diào)高;調(diào)整復(fù)寫紙位置或更換復(fù)寫紙;調(diào)整打點計時器的振針高度。5.畫v-t圖像時,橫軸與縱軸單位長度的確定要根據(jù)實驗數(shù)據(jù)的最大值、最小值合理選取,使描繪的圖像能充滿坐標平面的大部分空間。6.畫v-t圖像時,不可以用折線將坐標系中所描繪的點進行連接,而應(yīng)用一條平滑曲線來“擬合”坐標系中所描出的點。這樣,曲線反映的規(guī)律才更接近真實情況。一二三4.在紙帶上打不出點或點跡顏色過淡的情況下,糾正的方法一二三二、誤差分析1.利用平均速度來代替計數(shù)點的瞬時速度帶來系統(tǒng)誤差。為減小誤差,應(yīng)取以計數(shù)點為中心的較小位移Δx來求平均速度。2.分段測量計數(shù)點間的位移x帶來誤差。為減小此誤差,應(yīng)一次性測出各計數(shù)點到起始計數(shù)點O的距離,再分別計算出各計數(shù)點間的距離。一二三二、誤差分析一二三三、數(shù)據(jù)處理1.用打點計時器測量瞬時速度用某段時間內(nèi)的平均速度粗略代表這段時間內(nèi)某點的瞬時速度。所取的時間間隔越接近該點,這種描述方法越準確。如圖所示,測量出包括D點在內(nèi)的B、F兩點間的位移Δx和時間Δt,一二三三、數(shù)據(jù)處理一二三一二三一二三2.用v-t圖像描述物體的速度(1)v-t圖像的畫法:用橫軸表示時間t,縱軸表

示速度v,建立直角坐標系。根據(jù)測量的數(shù)據(jù)

在坐標系中描點,然后用平滑的曲線把這些點連接起來,即得到如圖所示的v-t圖像。(2)v-t圖像的意義:v-t圖像非常直觀地表示速度隨時間變化的情況,它不是物體運動的軌跡。(3)圖像法是處理實驗數(shù)據(jù)的常用方法。運用圖像處理數(shù)據(jù)有許多優(yōu)點,如可以使物理規(guī)律直觀易懂,可以減小誤差,可以方便地獲得某些未經(jīng)測量或無法直接測量的物理數(shù)據(jù)等。一二三2.用v-t圖像描述物體的速度類型一類型二類型三【例題1】

(多選)使用打點計時器時應(yīng)注意(

)A.無論使用電磁打點計時器還是電火花計時器,都應(yīng)該把紙帶穿過限位孔,再把套在軸上的復(fù)寫紙壓在紙帶的上面B.使用打點計時器時應(yīng)先接通電源,再拉動紙帶C.使用打點計時器拉動紙帶時,拉動的方向應(yīng)與限位孔平行D.打點計時器只能連續(xù)工作較短時間,打點之后要立即關(guān)閉電源解析:電磁打點計時器使用復(fù)寫紙,電火花計時器不用復(fù)寫紙,故A錯;實驗時應(yīng)當(dāng)先接通電源,再拉動紙帶,故B正確;為減小摩擦,拉動紙帶的方向應(yīng)當(dāng)與限位孔平行,故C正確;打點計時器不能長時間連續(xù)工作,故D正確。答案:BCD類型一類型二類型三【例題1】(多選)使用打點計時器時應(yīng)注意類型一類型二類型三題后反思使用打點計時器的注意事項:(1)使用打點計時器打點時,應(yīng)先接通電源,待打點計時器打點穩(wěn)定后,再拉動紙帶。(2)打點前應(yīng)使物體停在靠近打點計時器的位置。(3)打點計時器不能連續(xù)工作太長時間,打點之后應(yīng)立即關(guān)閉電源。(4)對紙帶進行測量時,不要分段測量各段的位移,正確的做法是一次測量完畢(可先統(tǒng)一測量出各個測量點到起始測量點之間的距離)。類型一類型二類型三題后反思使用打點計時器的注意事項:類型一類型二類型三【例題2】

在用打點計時器(電源頻率為50Hz)研究物體做初速度為零的直線運動的某次實驗中,紙帶的記錄如圖所示,圖中前幾個點模糊,因此從A點開始每5個點取一個計數(shù)點,試根據(jù)紙帶求解以下問題:(1)紙帶的哪一端與物體相連?(2)相鄰計數(shù)點間的時間間隔是多少?(3)BD段對應(yīng)的平均速度是多大?(4)打C點時瞬時速度的大小是多少?類型一類型二類型三【例題2】在用打點計時器(電源頻率為50類型一類型二類型三點撥:根據(jù)平均速度和瞬時速度的定義式求解。注意計數(shù)點與計時點的區(qū)別。計時點是打點計時器實際打出的點,而計數(shù)點是測量時從計時點中按一定的標準選出的點。解析:(1)由物體的初速度為零,可判斷紙帶左端與物體相連。(2)由交流電源頻率為50

Hz知,相鄰計時點間的時間間隔為0.02

s,每5個點取一個計數(shù)點,則計數(shù)點間的時間間隔Δt=5T=0.1

s。(3)由紙帶可知xBD=(49.60-12.38)

cm=0.372

2

m。tBD=2Δt=0.2

s(4)C點瞬時速度近似等于BD段的平均速度,故vC=1.861

m/s。

答案:(1)左端

(2)0.1s

(3)1.861m/s

(4)1.861m/s類型一類型二類型三點撥:根據(jù)平均速度和瞬時速度的定義式求解。類型一類型二類型三題后反思此類問題的處理方法:(1)從紙帶上選取一段作為研究過程。(2)找出該段紙帶對應(yīng)的位移Δx,計算出相應(yīng)的時間間隔Δt。類型一類型二類型三題后反思此類問題的處理方法:(1)從紙帶上類型一類型二類型三【例題3】

一條利用打點計時器打出的紙帶如圖所示,0、1、2、3、4、5、6是七個計數(shù)點,每相鄰兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出,各計數(shù)點到0的距離如圖所示。求出打計數(shù)點1、2、3、4、5時對應(yīng)的紙帶的瞬時速度并畫出速度—時間圖像。類型一類型二類型三【例題3】一條利用打點計時器打出的紙帶如類型一類型二類型三點撥:在計算紙帶上某個點的瞬時速度時,可以以該點為中心,對稱地選一段位移Δx,找出通過Δx所用的時間Δt,該點的瞬時速度即的瞬時速度時,一般在該點兩側(cè)取相等的時間Δt,用2Δt內(nèi)的平均速度來代表該點的瞬時速度。建立速度—時間坐標系,根據(jù)所求的瞬時速度,選好標度,確定計時起點(本題以0點為計時起點),描出對應(yīng)時刻的速度,連線畫出v-t圖像。類型一類型二類型三點撥:在計算紙帶上某個點的瞬時速度時,可以類型一類型二類型三解析:1點是0、2間的中間時刻,求出0、2間的平均速度即可認為是1點的瞬時速度,同理2、3、4、5點的瞬時速度也可求出。0和6兩個點的瞬時速度不便求出,然后畫出速度—時間圖像。注意相鄰計數(shù)點間的時間間隔T=0.1

s,即v1=0.195

m/s,v2=0.40

m/s,v3=0.61

m/s,v4=0.69

m/s,v5=0.70

m/s。橫坐標表示時間,縱坐標表示速度,建立直角坐標系。根據(jù)前面計算出的

結(jié)果在直角坐標系中描點,然后用平滑

的曲線連接各點得到速度—時間圖像

如圖所示。答案:0.195m/s

0.40m/s

0.61m/s

0.69m/s

0.70m/s

圖像見解析類型一類型二類型三解析:1點是0、2間的中間時刻,求出0、2類型一類型二類型三題后反思(1)求出對應(yīng)于不同時刻的瞬時速度,然后以運動方向為正方向建立坐標系,描點并用平滑曲線擬合就得到了描述物體運動的v-t圖像。(2)對所給出的v-t圖像,v的正、負表示速度的方向,縱坐標的絕對值表示物體運動的快慢,即速率。類型一類型二類型三題后反思(1)求出對應(yīng)于不同時刻的瞬時速度4實驗:用打點計時器測速度4實驗:用打點計時器測速度一二三四一、實驗?zāi)康?.了解兩種打點計時器的結(jié)構(gòu)和工作原理。2.會安裝并使用打點計時器。3.理解根據(jù)紙帶測量速度的原理并會測量瞬時速度。4.明確速度—時間圖像的意義,掌握描點法畫圖像的方法,并畫出該實驗中的速度—時間圖像。一二三四一、實驗?zāi)康囊欢亩嶒炂鞑碾姶糯螯c計時器(或電火花計時器)及紙帶、刻度尺、電源、導(dǎo)線等。一二三四二、實驗器材一二三四三、實驗原理1.兩種打點計時器的原理構(gòu)造(如圖所示)一二三四三、實驗原理一二三四電火花計時器工作時,由于紙帶受到的阻力較小,所以比電磁打點計時器實驗誤差小。打在紙帶上的點,記錄了紙帶運動的時間,如果把紙帶跟物體連在一起,紙帶上的點就相應(yīng)地表示出運動物體在不同時刻的位置。一二三四電火花計時器工作時,由于紙帶受到的阻力較小,所以比電一二三四3.粗略計算瞬時速度如圖所示,D的瞬時速度可以粗略地由包含D點在內(nèi)的兩點間的平均速度來表示,即可以用B、F(或C、E)兩點間的平均速度來代替D點的瞬時速度。2.根據(jù)紙帶分析物體的運動情況并能計算平均速度(1)在紙帶上相鄰兩點間的時間間隔均為0.02s(電源頻率為50Hz),所以點跡密集的地方表示紙帶運動的速度很小。一二三四3.粗略計算瞬時速度2.根據(jù)紙帶分析物體的運動情況并一二三四4.v-t圖像與其畫法為了更直觀地反映物體的運動情況,我們可以用v-t圖像來表示速度隨時間的變化規(guī)律。以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標系,根據(jù)計算出的不同時刻對應(yīng)的瞬時速度值,在坐標系中描點,最后用平滑曲線把這些點連接起來就得到了一條能夠描述速度v與時間t關(guān)系的圖線。一二三四4.v-t圖像與其畫法一二四三四、實驗步驟1.練習(xí)使用打點計時器(1)把打點計時器固定在桌子上,了解它的結(jié)構(gòu)。(2)按照說明把紙帶裝好。(3)接通電源,用手水平地拖動紙帶,紙帶上就打出一行小點,隨后立即關(guān)閉電源。一二四三四、實驗步驟一二四三2.用打點計時器測量瞬時速度(1)取下紙帶,從能夠看清的某個點開始,往后數(shù)出若干點。將數(shù)出的點數(shù)n及這些點劃分出來的間隔數(shù)填入表中。并據(jù)此計算出紙帶從第一個點到第n個點的運動時間t,將結(jié)果填入表中。(2)用刻度尺測量出第一個點到第n個點的距離Δx,并填入表中。(3)根據(jù)紙帶從第一個點到第n個點的運動時間t和第一個點到第n個點的距離Δx,計算出紙帶在時間t內(nèi)運動的平均速度v,并填入表中。一二四三2.用打點計時器測量瞬時速度一二三一、實驗注意事項1.正確安裝復(fù)寫紙,調(diào)節(jié)復(fù)寫紙位置,使紙帶從復(fù)寫紙圓片下穿過。2.將計時器接入50Hz交流電源,電磁打點計時器應(yīng)從交流4V開始,觀察振片振動情況,若振幅較小,再升高電壓至6V。3.接通電源,計時器工作,待1~2s后再拖動紙帶打出點跡。觀察點跡是否清晰,打完點后,立即關(guān)閉電源(打點計時器是按間歇工作設(shè)計的,避免線圈過熱而損壞)。一二三一、實驗注意事項一二三4.在紙帶上打不出點或點跡顏色過淡的情況下,糾正的方法有三種:電源電壓較低,可適當(dāng)調(diào)高;調(diào)整復(fù)寫紙位置或更換復(fù)寫紙;調(diào)整打點計時器的振針高度。5.畫v-t圖像時,橫軸與縱軸單位長度的確定要根據(jù)實驗數(shù)據(jù)的最大值、最小值合理選取,使描繪的圖像能充滿坐標平面的大部分空間。6.畫v-t圖像時,不可以用折線將坐標系中所描繪的點進行連接,而應(yīng)用一條平滑曲線來“擬合”坐標系中所描出的點。這樣,曲線反映的規(guī)律才更接近真實情況。一二三4.在紙帶上打不出點或點跡顏色過淡的情況下,糾正的方法一二三二、誤差分析1.利用平均速度來代替計數(shù)點的瞬時速度帶來系統(tǒng)誤差。為減小誤差,應(yīng)取以計數(shù)點為中心的較小位移Δx來求平均速度。2.分段測量計數(shù)點間的位移x帶來誤差。為減小此誤差,應(yīng)一次性測出各計數(shù)點到起始計數(shù)點O的距離,再分別計算出各計數(shù)點間的距離。一二三二、誤差分析一二三三、數(shù)據(jù)處理1.用打點計時器測量瞬時速度用某段時間內(nèi)的平均速度粗略代表這段時間內(nèi)某點的瞬時速度。所取的時間間隔越接近該點,這種描述方法越準確。如圖所示,測量出包括D點在內(nèi)的B、F兩點間的位移Δx和時間Δt,一二三三、數(shù)據(jù)處理一二三一二三一二三2.用v-t圖像描述物體的速度(1)v-t圖像的畫法:用橫軸表示時間t,縱軸表

示速度v,建立直角坐標系。根據(jù)測量的數(shù)據(jù)

在坐標系中描點,然后用平滑的曲線把這些點連接起來,即得到如圖所示的v-t圖像。(2)v-t圖像的意義:v-t圖像非常直觀地表示速度隨時間變化的情況,它不是物體運動的軌跡。(3)圖像法是處理實驗數(shù)據(jù)的常用方法。運用圖像處理數(shù)據(jù)有許多優(yōu)點,如可以使物理規(guī)律直觀易懂,可以減小誤差,可以方便地獲得某些未經(jīng)測量或無法直接測量的物理數(shù)據(jù)等。一二三2.用v-t圖像描述物體的速度類型一類型二類型三【例題1】

(多選)使用打點計時器時應(yīng)注意(

)A.無論使用電磁打點計時器還是電火花計時器,都應(yīng)該把紙帶穿過限位孔,再把套在軸上的復(fù)寫紙壓在紙帶的上面B.使用打點計時器時應(yīng)先接通電源,再拉動紙帶C.使用打點計時器拉動紙帶時,拉動的方向應(yīng)與限位孔平行D.打點計時器只能連續(xù)工作較短時間,打點之后要立即關(guān)閉電源解析:電磁打點計時器使用復(fù)寫紙,電火花計時器不用復(fù)寫紙,故A錯;實驗時應(yīng)當(dāng)先接通電源,再拉動紙帶,故B正確;為減小摩擦,拉動紙帶的方向應(yīng)當(dāng)與限位孔平行,故C正確;打點計時器不能長時間連續(xù)工作,故D正確。答案:BCD類型一類型二類型三【例題1】(多選)使用打點計時器時應(yīng)注意類型一類型二類型三題后反思使用打點計時器的注意事項:(1)使用打點計時器打點時,應(yīng)先接通電源,待打點計時器打點穩(wěn)定后,再拉動紙帶。(2)打點前應(yīng)使物體停在靠近打點計時器的位置。(3)打點計時器不能連續(xù)工作太長時間,打點之后應(yīng)立即關(guān)閉電源。(4)對紙帶進行測量時,不要分段測量各段的位移,正確的做法是一次測量完畢(可先統(tǒng)一測量出各個測量點到起始測量點之間的距離)。類型一類型二類型三題后反思使用打點計時器的注意事項:類型一類型二類型三【例題2】

在用打點計時器(電源頻率為50Hz)研究物體做初速度為零的直線運動的某次實驗中,紙帶的記錄如圖所示,圖中前幾個點模糊,因此從A點開始每5個點取一個計數(shù)點,試根據(jù)紙帶求解以下問題:(1)紙帶的哪一端與物體相連?(2)相鄰計數(shù)點間的時間間隔是多少?(3)BD段對應(yīng)的平均速度是多大?(4)打C點時瞬時速度的大小是多少?類型一類型二類型三【例題2】在用打點計時器(電源頻率為50類型一類型二類型三點撥:根據(jù)平均速度和瞬時速度的定義式求解。注意計數(shù)點與計時點的區(qū)別。計時點是打點計時器實際打出的點,而計數(shù)點是測量時從計時點中按一定的標準選出的點。解析:(1)由物體的初速度為零,可判斷紙帶左端與物體相連。(2)由交流電源頻率為50

Hz知,相鄰計時點間的時間間隔為0.02

s,每5個點取一個計數(shù)點,則計數(shù)點間的時間間隔Δt=5T=0.1

s。(3)由紙帶可知xBD=(49.60-12.38)

cm=0.372

2

m。tBD=2Δt=0.2

s(4)C點瞬時速度近似等于BD段的平均速度,故vC=1.861

m/s。

答案:(1)左端

(2)0.1s

(3)1.861m/s

(4)1.861m/s類型一類型二類型三點撥:根據(jù)平均速度和瞬時速度的定義式求解。類型一類型二類型三題后反思此類問題的處理方法:(1)從紙帶上選取一段作為研究過程。(2)找出該段紙帶對應(yīng)的位移Δx,計算出相應(yīng)的時間間隔Δt。類型一類型二類型三題后反思此類問題的處理方法:(1)從紙帶上類型一類型二類型三【例題3】

一條利用打點計時器打出的紙帶如圖所示,0、1、2、3、4、5、6是七個計數(shù)點,每相鄰兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出,各計數(shù)點到0的距離如圖所示。求出打計數(shù)點1、2、3、4、5時對應(yīng)的紙帶的瞬時速度并畫出速度—時間圖像。類型一類型二類型三【例題3】一條利用打點計時器打出的紙帶如類型一類型二類型三點撥:在計算紙帶上某個點的瞬時速度時,可以以該點為中心,對稱地選一段位移Δx,找出通過Δx所用的時間Δt,該點的瞬時速度即的瞬時速度時,一般在該點兩側(cè)取相等的