.7/7教學目標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系分析物體的運動,會用打出的紙帶求平均速度、加速度重難點根據(jù)紙帶上點的位置,進行數(shù)據(jù)處理,求解物體運動知識點梳理了解電磁打點計時器和電火花打點計時器的基本構造和工作原理〔1電磁打點計時器和電火花打點計時器的構造分別如下圖甲、乙所示：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,設電流方向如圖1-4-2甲所示,則線圈中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;當交流電轉為負半周時,電流方向如圖1-4-2乙所示,簧片左端變?yōu)镾極,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寫紙上打點.如果在復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50Hz時,它每隔0.02s打一個點,即打出的紙帶上每相鄰兩點間的時間間隔是0.02s.〔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寫紙,而是電火花和墨粉,它是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50Hz時,也是每隔0.02s打一次點.用打點計時器測速度實驗步驟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,壓在復寫紙的下面.②把電磁打點計時器的兩個接線柱用導線分別與電源接線柱相連接.③打開電源開關,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個點,那么點的間隔數(shù)為<N-1>個,紙帶的運動時間=0.02〔N-1s.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.⑥利用公式計算出紙帶在這段時間內(nèi)的平均速度.⑦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.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0.02s<電源頻率為50Hz>,所以點跡密集的地方表示紙帶運動的速度小.B、根據(jù),求出任意兩點間的平均速度,這里可以用直尺測量出兩點間的距離,為兩點間的時間間隔數(shù)與0.02s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,或[說明]在粗略計算E點的瞬時速度時,可利用公式來求解,但需注意的是,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記錄了物體的運動時間,而且相應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.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在打紙帶I時的基礎上減少一個鉤碼,仍按上述方法打出紙帶III.⑥整理器材.〔3實驗數(shù)據(jù)的處理①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=0.1s.②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x1、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,…<為相鄰兩個計數(shù)點之間的時間間隔>將各計數(shù)點對應的時刻及瞬時速度填人下表中: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…所對應的速度分別是v1、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.從結果看,真正參與運算的只有v1和,中間各點的瞬時速度在運算中都未起作用.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。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,科學的是方法三,不過較繁瑣一點.典型例題[例1]如圖1-4-13所示的四條紙帶,是某同學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是開始越走越快,后來又越走越慢的。若所用電源的頻率是50Hz,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0.27m,這段時間內(nèi)紙帶運動的平均速度是6.75m/s,BC段的平均速度是11.00m/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50Hz,則相鄰兩點間的時間間隔為0.02s,從A點到B點有兩段時間間隔,所以時間為0.04s,位移為0.27m,這段時間的平均速度為,代入數(shù)值得平均速度為6.75m/s.BC段的位移為22cm,即0.22m,所用時間為0.02s,代入上式得平均速度為11.00m/s,而AD段的位移為63cm,即0.63m,所用時間為0.08s,代入上式得平均速度為7.88m/s.[答案]A,CBD0.040.276.7511.007.88[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=1.40cm,x2=1.90cm,x3=2.38cm,x4=2.88cm,x5=3.39cm,x6=3.87cm.在打點計時器打出點1,2,3,4,5時,小車的速度分別為v1=16.50cm/s,v2=21.40cm/s,v3=26.30cm/s,v4=31.35cm/s,v5=36.30cm/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]<1>相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔T=0.02×5s=0.1s則〔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.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50Hz,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1.40cm、3.55cm、6.45cm、10.15cm、14.55cm、19.70cm.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/s2.<結果保留三位有效數(shù)字>圖1－11解析：v4＝eq\f<x5－x3,2t>＝eq\f<14.55－6.45×10－2,0.2>m/s＝0.405m/sx1′＝0.0140m,x2′＝x2－x1＝0.0215mx3′＝x3－x2＝0.0290mx4′＝x4－x3＝0.0370mx5′＝x5－x4＝0.0440mx6′＝x6－x5＝0.0515ma＝eq\f<x4′＋x5′＋x6′－x1′＋x2′＋x3′,9t2>＝eq\f<0.0370＋0.0440＋0.0515－0.0140＋0.0215＋0.0290,0.09>m/s2≈0.756m/s2.答案：0.4050.756課后作業(yè)1、如圖是某同學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)．AAB1.20CDE1.90cm2.402.38[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．[解析]AB段的平均速度為BC段的平均速度為CD段的平均速度為DE段的平均速度為在誤差范圍內(nèi),可認為,則物體先加速,后勻速2、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？OOAB1.30CDEFG3.456.3410.0814.4019.55單位:cm圖1－4[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是2.15cm、2.89cm、3.74cm、4.32cm、5.15cm,說明紙帶作加速運動．A、F間紙帶運動的平均速度為B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．3、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＝0.1s.圖1－13<1>在圖1－14所示的坐標系中作出小車的v－t圖線．<2>將圖線延長與縱軸相交,交點的速度大小是________cm/s,此速度的物理意義是____________________