第一章-4-实验-用打点计时器测速度课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019/9/4,#,4,实验,:,用打点计时器测速度,4实验:用打点计时器测速度,一,二,三,四,一、实验目的,1,.,了解两种打点计时器的结构和工作原理。,2,.,会安装并使用打点计时器。,3,.,理解根据纸带测量速度的原理并会测量瞬时速度。,4,.,明确速度,时间图像的意义,掌握描点法画图像的方法,并画出该实验中的速度,时间图像。,一二三四一、实验目的,一,二,三,四,二、实验器材,电磁打点计时器,(,或电火花计时器,),及纸带、刻度尺、电源、导线等。,一二三四二、实验器材,一,二,三,四,三、实验原理,1,.,两种打点计时器的原理构造,(,如图,所示,),一二三四三、实验原理,一,二,三,四,电火花计时器工作时,由于纸带受到的阻力较小,所以比电磁打点计时器实验误差小。,打在纸带上的点,记录了纸带运动的时间,如果把纸带跟物体连在一起,纸带上的点就相应地表示出运动物体在不同时刻的位置。,一二三四电火花计时器工作时,由于纸带受到的阻力较小,所以比电,一,二,三,四,3,.,粗略计算瞬时速度,如图所示,D,的瞬时速度可以粗略地由包含,D,点在内的两点间的平均速度来表示,即可以用,B,、,F,(,或,C,、,E,),两点间的平均速度来代替,D,点的瞬时速度。,2,.,根据纸带分析物体的运动情况并能计算平均速度,(1),在纸带上相邻两点间的时间间隔均为,0,.,02 s(,电源频率为,50 Hz),所以点迹密集的地方表示纸带运动的速度很小。,一二三四3.粗略计算瞬时速度2.根据纸带分析物体的运动情况并,一,二,三,四,4,.v,-,t,图像与其画法,为了更直观地反映物体的运动情况,我们可以用,v,-,t,图像来表示速度随时间的变化规律。,以速度,v,为纵轴、时间,t,为横轴建立直角坐标系,根据计算出的不同时刻对应的瞬时速度值,在坐标系中描点,最后用平滑曲线把这些点连接起来就得到了一条能够描述速度,v,与时间,t,关系的图线。,一二三四4.v-t图像与其画法,一,二,四,三,四、实验步骤,1,.,练习使用打点计时器,(1),把打点计时器固定在桌子上,了解它的结构。,(2),按照说明把纸带装好。,(3),接通电源,用手水平地拖动纸带,纸带上就打出一行小点,随后立即关闭电源。,一二四三四、实验步骤,一,二,四,三,2,.,用打点计时器测量瞬时速度,(1),取下纸带,从能够看清的某个点开始,往后数出若干点。将数出的点数,n,及这些点划分出来的间隔数填入表中。并据此计算出纸带从第一个点到第,n,个点的运动时间,t,将结果填入表中。,(2),用刻度尺测量出第一个点到第,n,个点的距离,x,并填入表中。,(3),根据纸带从第一个点到第,n,个点的运动时间,t,和第一个点到第,n,个点的距离,x,计算出纸带在时间,t,内运动的平均速度,v,并填入表中。,一二四三2.用打点计时器测量瞬时速度,一,二,三,一、实验注意事项,1,.,正确安装复写纸,调节复写纸位置,使纸带从复写纸圆片下穿过。,2,.,将计时器接入,50 Hz,交流电源,电磁打点计时器应从交流,4 V,开始,观察振片振动情况,若振幅较小,再升高电压至,6 V,。,3,.,接通电源,计时器工作,待,12 s,后再拖动纸带打出点迹。观察点迹是否清晰,打完点后,立即关闭电源,(,打点计时器是按间歇工作设计的,避免线圈过热而损坏,),。,一二三一、实验注意事项,一,二,三,4,.,在纸带上打不出点或点迹颜色过淡的情况下,纠正的方法有三种,:,电源电压较低,可适当调高,;,调整复写纸位置或更换复写纸,;,调整打点计时器的振针高度。,5,.,画,v,-,t,图像时,横轴与纵轴单位长度的确定要根据实验数据的最大值、最小值合理选取,使描绘的图像能充满坐标平面的大部分空间。,6,.,画,v,-,t,图像时,不可以用折线将坐标系中所描绘的点进行连接,而应用一条平滑曲线来,“,拟合,”,坐标系中所描出的点。这样,曲线反映的规律才更接近真实情况。,一二三4.在纸带上打不出点或点迹颜色过淡的情况下,纠正的方法,一,二,三,二、误差分析,1,.,利用平均速度来代替计数点的瞬时速度带来系统误差。为减小误差,应取以计数点为中心的较小位移,x,来求平均速度。,2,.,分段测量计数点间的位移,x,带来误差。为减小此误差,应一次性测出各计数点到起始计数点,O,的距离,再分别计算出各计数点间的距离。,一二三二、误差分析,一,二,三,三、数据处理,1,.,用打点计时器测量瞬时速度,用某段时间内的平均速度粗略代表这段时间内某点的瞬时速度。所取的时间间隔越接近该点,这种描述方法越准确。,如图所示,测量出包括,D,点在内的,B,、,F,两点间的位移,x,和时间,t,一二三三、数据处理,一,二,三,一二三,一,二,三,2,.,用,v,-,t,图像描述物体的速度,(1),v,-,t,图像的画法,:,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,即得到如图所示的,v,-,t,图像。,(2),v,-,t,图像的意义,:,v,-,t,图像非常直观地表示速度随时间变化的情况,它不是物体运动的轨迹。,(3),图像法是处理实验数据的常用方法。运用图像处理数据有许多优点,如可以使物理规律直观易懂,可以减小误差,可以方便地获得某些未经测量或无法直接测量的物理数据等。,一二三2.用v-t图像描述物体的速度,类型一,类型二,类型三,【例题,1,】,(,多选,),使用打点计时器时应注意,(,),A.,无论使用电磁打点计时器还是电火花计时器,都应该把纸带穿过限位孔,再把套在轴上的复写纸压在纸带的上面,B.,使用打点计时器时应先接通电源,再拉动纸带,C.,使用打点计时器拉动纸带时,拉动的方向应与限位孔平行,D.,打点计时器只能连续工作较短时间,打点之后要立即关闭电源,解析,:,电磁打点计时器使用复写纸,电火花计时器不用复写纸,故,A,错,;,实验时应当先接通电源,再拉动纸带,故,B,正确,;,为减小摩擦,拉动纸带的方向应当与限位孔平行,故,C,正确,;,打点计时器不能长时间连续工作,故,D,正确。,答案,:,BCD,类型一类型二类型三【例题1】(多选)使用打点计时器时应注意,类型一,类型二,类型三,题后反思,使用打点计时器的注意事项,:,(1),使用打点计时器打点时,应先接通电源,待打点计时器打点稳定后,再拉动纸带。,(2),打点前应使物体停在靠近打点计时器的位置。,(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测量点到起始测量点之间的距离,),。,类型一类型二类型三题后反思使用打点计时器的注意事项:,类型一,类型二,类型三,【例题,2,】,在用打点计时器,(,电源频率为,50 Hz),研究物体做初速度为零的直线运动的某次实验中,纸带的记录如图所示,图中前几个点模糊,因此从,A,点开始每,5,个点取一个计数点,试根据纸带求解以下问题,:,(1),纸带的哪一端与物体相连,?,(2),相邻计数点间的时间间隔是多少,?,(3),BD,段对应的平均速度是多大,?,(4),打,C,点时瞬时速度的大小是多少,?,类型一类型二类型三【例题2】在用打点计时器(电源频率为50,类型一,类型二,类型三,点拨,:,根据平均速度和瞬时速度的定义式求解。注意计数点与计时点的区别。计时点是打点计时器实际打出的点,而计数点是测量时从计时点中按一定的标准选出的点。,解析,:,(1),由物体的初速度为零,可判断纸带左端与物体相连。,(2),由交流电源频率为,50,Hz,知,相邻计时点间的时间间隔为,0,.,02,s,每,5,个点取一个计数点,则计数点间的时间间隔,t=,5,T=,0,.,1,s,。,(3),由纸带可知,x,BD,=,(49,.,60,-,12,.,38),cm=0.372,2,m,。,t,BD,=,2,t=,0,.,2,s,(4),C,点瞬时速度近似等于,BD,段的平均速度,故,v,C,=,1,.,861,m/s,。,答案,:,(1),左端,(2)0,.,1 s,(3)1,.,861 m/s,(4)1,.,861 m/s,类型一类型二类型三点拨:根据平均速度和瞬时速度的定义式求解。,类型一,类型二,类型三,题后反思,此类问题的处理方法,:(1),从纸带上选取一段作为研究过程。,(2),找出该段纸带对应的位移,x,计算出相应的时间间隔,t,。,类型一类型二类型三题后反思此类问题的处理方法:(1)从纸带上,类型一,类型二,类型三,【例题,3,】,一条利用打点计时器打出的纸带如图所示,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。求出打计数点,1,、,2,、,3,、,4,、,5,时对应的纸带的瞬时速度并画出速度,时间图像。,类型一类型二类型三【例题3】一条利用打点计时器打出的纸带如,类型一,类型二,类型三,点拨,:,在计算纸带上某个点的瞬时速度时,可以以该点为中心,对称地选一段位移,x,找出通过,x,所用的时间,t,该点的瞬时速度即,的瞬时速度时,一般在该点两侧取相等的时间,t,用,2,t,内的平均速度来代表该点的瞬时速度。,建立速度,时间坐标系,根据所求的瞬时速度,选好标度,确定计时起点,(,本题以,0,点为计时起点,),描出对应时刻的速度,连线画出,v,-,t,图像。,类型一类型二类型三点拨:在计算纸带上某个点的瞬时速度时,可以,类型一,类型二,类型三,解析,:,1,点是,0,、,2,间的中间时刻,求出,0,、,2,间的平均速度即可认为是,1,点的瞬时速度,同理,2,、,3,、,4,、,5,点的瞬时速度也可求出。,0,和,6,两个点的瞬时速度不便求出,然后画出速度,时间图像。注意相邻计数点间的时间间隔,T=,0,.,1,s,即,v,1,=,0,.,195,m/s,v,2,=,0,.,40,m/s,v,3,=,0,.,61,m/s,v,4,=,0,.,69,m/s,v,5,=,0,.,70,m/s,。,横坐标表示时间,纵坐标表示速度,建立直角坐标系。根据前面计算出的,结果在直角坐标系中描点,然后用平滑,的曲线连接各点得到速度,时间图像,如图所示。,答案,:,0,.,195 m/s,0,.,40 m/s,0,.,61 m/s,0,.,69 m/s,0,.,70 m/s,图像见解析,类型一类型二类型三解析:1点是0、2间的中间时刻,求出0、2,类型一,类型二,类型三,题后反思,(1),求出对应于不同时刻的瞬时速度,然后以运动方向为正方向建立坐标系,描点并用平滑曲线拟合就得到了描述物体运动的,v,-,t,图像。,(2),对所给出的,v,-,t,图像,v,的正、负表示速度的方向,纵坐标的绝对值表示物体运动的快慢,即速率。,类型一类型二类型三题后反思(1)求出对应于不同时刻的瞬时速度,