高中物理课件 实验：用打点计时器测速度

结构 图示
电火花计时器
电磁打点计时器
工作电压
220 V交流电
6 V交流电
打点方式 周期性产生电火花 振针周期性上下振动
打点周期
记录信息
0.02 s
位移、时间
0.02 s
(2)跟运动物体连在一起的纸带上打出的点记录了物体 在不同时刻的位置，用刻度尺测出两个计数点间的位移 Δx， 打两个点的时间可用 Δt＝(n－1)×0.02 s 求得，则平均速度 Δx Δx v＝ ，当 Δt 很短时，可以认为 为 t 时刻的瞬时速度。 Δt Δt
其高度与传感器A等高。测量时A向B同时发射一个红外
线脉冲和超声波脉冲 ( 即持续时间极短的一束红外线和一束超 声波)，B 盒收到红外线脉冲时开始计时，收到超声波脉冲时计 时停止。将接收传感器 B 探测到的红外线、超声波到达的时间 差等数据输入计算机，利用专门软件可以分析小车的位移与时 间的关系。 将这些位移和对应的时间差再利用计算机进行处理， 就可以分析小车的速度随时间的变化。根据小车的两个位置变 Δx 化可求得 Δx，两位置的时间差为 Δt，则小车速度 v＝ Δt 。
③匀速直线运动的v－t图像： 匀速直线运动的v－t图像是与时 间轴平行的直线。
从匀速直线运动的v－t图像中不
仅可以看出速度的大小，并且可以求 出位移。根据位 移公式x＝vt，在v－t图像中就对应着边长分别为v0 和t0的一个矩形面积，如图1－4－3中阴影的部分。 图1－4－3
六、注意事项 (1)实验前，应将打点计时器固定好，以免拉动纸带 时晃动，并要先轻轻试拉纸带，应无明显的阻滞现象。
实验理论指导
第 一 章
第 ４ 节
题型一
典题案例导析
题型二 题型三
知能演练提升
一、实验目的 (1)了解打点计时器的结构、原理及使用方法。 (2)学会用打点计时器测量物体的速度。 (3)能利用v－t图像分析实验数据，描述物体的运动。
二、实验原理
(1)打点计时器的原理及使用： 电火花计时器 电磁打点计时器
(4)取下纸带，从能看得清的某个点开始，往后数出 若干个点，如果共有n个点，那么n个点的间隔数为n－1 个，则纸带的运动时间Δt＝(n－1)×0.02 s。 (5)用刻度尺测量出从开始计数的点到第n个点间的 距离Δx。
Δx (6)利用公式 v＝ Δt 计算出纸带在这段时间内的平均速度。 (7)把纸带上能看得清的某个点作为起始点 O，以后的点 分别标上 A、 B、 C、 D„作为“计数点”， 如图 1－4－1 所示， 依次测出 O 到 A、A 到 B、B 到 C„之间的距离 x1、x2、x3„。
定的不合理，作图粗糙带来误差。
八、它案设计(常用测速度的方法) 除用打点计时器测速度外，还可用以下的方法进行
测量：
1．借助传感器用计算机测速度 如图1－4－4是一种运动传感器的原理图，这个系统 由A、B两个小盒子组成。A盒装有红外线发射器和超声 波发射器，B盒装有红外线接收器和超声波接收器，将A
盒固定在运动物体(小车)上，B盒固定在某一位置并调整
来求平均速度。 (2)分段测量计数点间的位移x带来误差。减小此误差 的方法是一次测量完成，即一次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。
(3)计数点间的时间Δt搞错。几个计数点间的时 间间隔为Δt＝(n－1)×0.02 s，而非Δt＝n×0.02 s。
(4)作v－t图像不用坐标纸、尺子，坐标单位选
Байду номын сангаас
三、实验器材
电磁打点计时器(或电火花计时器)、纸带、刻度尺、 导线、复写纸片、低压交流电源(频率是50 Hz，电火花计 时器使用220 V交流电源，频率也为50 Hz)。 四、实验步骤 (1)把电磁打点计时器固定在桌子上，纸带穿过限位
孔，把复写纸套在定位轴上，并且压在纸带上面。
(2)把电磁打点计时器的两个接线柱接到6 V的低压 交流电源上。 (3)接通电源开关，用手水平拉动纸带，使它在水平 方向上运动，纸带上就打下一系列点。
(6)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。 (7)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O之间的距离)。读数时应估读到毫米的下一位。
七、误差分析 (1)利用平均速度来代替计数点的瞬时速度自身带来系
统误差。为减小误差，应取以计数点为中心的较小位移Δx
(2)使用计时器打点时，应先接通电源，待打点计时
器打点稳定后，再拉动纸带。 (3)手拉动纸带时速度应快一些，以防点迹太密集。 (4)使用电火花计时器时，应注意把纸带正确穿好， 墨粉纸盘位于纸带上方；使用电磁打点计时器时，应让纸
带穿过限位孔，压在复写纸下面。
(5)使用电磁打点计时器时，如打出的点较轻或是短线， 应调整振针距复写纸的高度。
图 1－4－1
五、数据处理 (1)打点计时器打点的周期为 T，则 A、B、C、D„ x1＋x2 x2＋x3 各点的瞬时速度分别为：vA＝ 、vB＝ 、vC＝ 2T 2T x3＋x4 x4＋x5 、vD＝ „。 2T 2T
把数据填入下表，根据数据判断纸带是否做匀速运动。 位置 (xn＋xn＋1)/(m) v/(m/s) A B C D E F
图1－4－4
2．利用光电门测瞬时速度
实验装置如图1－4－5所示， 使一辆小车从一端垫高的木板上 滑下，木板旁装有光电门，其中 A管发出光线，B管接收光线。当 固定在车上的遮光板通过光电门 时，光线被阻挡，记录仪上可以直接读出光线被阻挡的
图1－4－5
时间。这段时间就是遮光板通过光电门的时间。根据遮
光板的宽度 Δx 和测出的时间 Δt，就可以算出遮光板 Δx 通过光电门的平均速度( v ＝ Δt )。 由于遮光板的宽度 Δx 很 小，因此可以认为，这个平均速度就是小车通过光电门的 瞬时速度。
(2)利用v－t图像分析物体的运动：
①v－t图像： 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1－4－2所示
的v－t图像。 ②v－t图像的意义：
图1－4－2
v－t图像非常直观地反映了速度随时间变化的情况，它 并不是物体运动的轨迹。