1、4實驗:用打點計時器測速度,一,二,三,四,一、實驗目的 1.了解兩種打點計時器的結構和工作原理。 2.會安裝并使用打點計時器。 3.理解根據紙帶測量速度的原理并會測量瞬時速度。 4.明確速度時間圖象的意義,掌握描點法畫圖象的方法,并畫出該實驗中的速度時間圖象。,一,二,三,四,二、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、導線等。,一,二,三,四,三、實驗原理 1.兩種打點計時器的原理構造(如圖),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

2、地表示出運動物體在不同時刻的位置。,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。,一,二,三,四,4.v-t圖象與其畫法 為了更直觀地反映物體的運動情況,我們可以用v-t圖象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,根據計算出的不同時刻對應的瞬時速度值,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關系的圖線。,一,二,四,三,四、實驗步驟 1.練習使用打點計時器 (1)把打點計時器固定在桌子上,了解

3、它的結構。 (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,隨后立即關閉電源。,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。并據此計算出紙帶從第一個點到第n個點的運動時間t,將結果填入表中。 (2)用刻度尺測量出第一個點到第n個點的距離x,并填入表中。 (3)根據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x,計算出紙帶在時間t內運動的平均速度v,并填入表中。,一,二,三,一、實驗注意事項 1.正確安裝復寫紙,調節(jié)復寫紙位置,使紙帶從

4、復寫紙圓片下穿過。 2.將計時器接入50 hz交流電源,電磁打點計時器應從交流4 v開始,觀察振片振動情況,若振幅較小,再升高電壓至6 v。 3.接通電源,計時器工作,待12 s后再拖動紙帶打出點跡。觀察點跡是否清晰,打完點后,立即關閉電源(打點計時器是按間歇工作設計的,避免線圈過熱而損壞)。,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,可適當調高;調整復寫紙位置或更換復寫紙;調整打點計時器的振針高度。 5.畫v-t圖象時,橫軸與縱軸單位長度的確定要根據實驗數(shù)據的最大值、最小值合理選取,使描繪的圖象能充滿坐標平面的大部分空間。 6.畫v-t圖象時,不

5、可以用折線將坐標系中所描繪的點進行連接,而應用一條平滑曲線來“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。,一,二,三,二、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,應取以計數(shù)點為中心的較小位移x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。,一,二,三,一,二,三,2.用v-t圖象描述物體的速度 (1)v-t圖象的畫法:用橫軸表示時間t,縱軸 表示速度v,建立直角坐標系。根據測量的 數(shù)據在坐標系中描點,然后用平滑的曲線 把這些點連接起來,即得到如圖

6、所示的v-t圖象。 (2)v-t圖象的意義:v-t圖象非常直觀地表示速 度隨時間變化的情況,它不是物體運動的軌跡。 (3)圖象法是處理實驗數(shù)據的常用方法。運用圖象處理數(shù)據有許多優(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測量或無法直接測量的物理數(shù)據等。,類型一,類型二,類型三,【例題1】 一同學在使用電磁打點計時器時,紙帶上的點不是圓點而是一些短線,產生這一現(xiàn)象的原因可能是() a.接在直流電源上b.電源電壓不穩(wěn) c.電源頻率不穩(wěn)d.打點針壓得過緊 解析:接在直流電源上的打點計時器不會工作,選項a錯誤;打點與電壓是否穩(wěn)定無關,點痕輕重與電壓有關,選項b錯誤;頻率不同打的

7、點仍為圓點,選項c錯誤;打點針壓得過緊,針和紙帶接觸時間長,打出一些短線,選項d正確。 答案:d 題后反思明確電磁打點計時器的原理是關鍵。,類型一,類型二,類型三,【例題2】 某次實驗時打出的紙帶如圖所示,打點計時器每隔0.02 s 打一個點,圖中o點為第一個點,a、b、c、d為每兩點選定一個計數(shù)點。根據圖中標出的數(shù)據,問:打a、d點時間間隔內紙帶的平均速度有多大?打b點時刻紙帶的瞬時速度有多大?你能算出打od點時間間隔內紙帶的平均速度嗎? 點撥:根據平均速度和瞬時速度的定義式求解。注意計數(shù)點與計時點之間的區(qū)別。計時點是打點計時器實際打出的點,而計數(shù)點則是測量時從計時點中按一定的標準選出的點。

8、,類型一,類型二,類型三,解析:ad段的平均速度 當時間間隔很短時,可以用平均速度代替瞬時速度,故b點的瞬時速度 無法算出od段的平均速度,因為不知道od間有多少個點,因而不知道od段的時間間隔。 答案:231.25 cm/s212.50 cm/s不能算出od段的平均速度,類型一,類型二,類型三,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時對應的紙帶的瞬時速度并畫出速度時間圖象。,類型一,類型二,類型三,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 出速度時間圖象。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。 以o點為坐標原點,橫坐標表示時間,縱坐標表示速度,建立直角坐標系。根據前面計算出的結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象如圖所示。 答案:0.195 m/s0.40 m/s0.61 m/s0.69 m/s