高考物理实验复习之“打点计时器”

浅析高考物理实验复习之“打点计时器”【摘要】近几年高考物理实验试题中力学部分主要是与打点计时器相关的实验，本文通过“打点计时器”的点连出“力学实验”复习的线，通过一条纸带可以解读各类直线运动、牛顿运动定律、动能定理、机械能守恒定律等动力学的问题。

对于“打点计时器”的考点复习形成复习网络，以提高学生对知识点间联系与运用掌握的优化程度，真正提高课堂复习的实效性，从而才利于学生更快、更好形成系统化的知识网络，提高复习整体的实效性。

【关键词】高考；物理实验；打点计时器物理实验是高考必考内容，按照考查主要知识点可归为：力学实验和电学实验；历年高三复习教学实践中，教师为力学实验复习要求做到深刻性透彻性与学生学习时感到力学实验变化多端、零散之间的矛盾而犯愁。

在高三教学实践中，笔者发现打点计时器仪器——这一重要高中实验仪器复习能将有关的物理量、实验原理、测量方法与之联系起来，如可以测量许多物理量：时间、位移、速度与加速度等；打点计时器还可与牛顿第二定律、动能定理和机械能守恒定律等力学规律相结合考查，考查涵盖了力学实验大部分内容，是高三力学实验复习中尤为重要复习线索，通过“打点计时器”点连出“力学实验”复习的线，以形成复习网络，以提高学生对知识点间联系与运用掌握的优化程度，如：1 根据打点计时器打出的纸带可以测量的物理量例1：（1）下图是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带。

①已知打点计时器电源频率为50Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为___。

②ABCD是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出。

从图中读出A、B两点间距是______；C点对应的速度是____（计算结果保留三位有效数字）。

分析：时间、位移等物理量是可以用通过直接测量得到；速度、加速度等是间接测量物理量。

2 纸带与匀变速运动联系起来，可以探究小车的运动规律例2：在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图1所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G 7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点图中没有画出，电火花计时器接220V、50Hz交流电源.经过测量并计算得到电火花计时器在打B、C、D、E、F各点时物体的瞬时速度如下表：（1）设电火花计时器的周期为T，计算vF的公式为vF=____；（2）根据（1）中得到的数据，以A点对应的时刻为t=0，试在图2所示的坐标系中合理选择好标度，作出v-t图象，利用该图象求物体的加速度a=m/s2；（保留两位有效数字）（3）当时电网中交变电流的频率变为60Hz电压变为210V，但该同学并不知道，那么做实验的这个同学测得的物体加速度的测量值与实际值相比（选填：“偏大”、“偏小”或“不变”）。

高考物理实验1、打点计时器研究匀变速运动【一】实验练习使用打点计时器【实验目的】练习使用打点计时器；学习利用打在纸带上的点研究物体的运动。

【实验原理】电磁打点计时器是一种使用低压交流电源的仪器，它的工作电压为4～6V。

当频率f=50Hz时，每隔0.02s打一次点。

（电火花计时器使用220V交流电源）当运动物体拖着纸带运动时，打点计时器便在纸带上打出一系列点，这些点既记录了发生这些位移所用的时间，也记录了运动物体的位置。

这就给我们定量地研究物体的运动情况提供了方便和可能，计时器的构造如图。

(1)电磁打点计时器(如图) (2)电火花计时器(如图)【实验器材】电磁打点计时器、纸带、复写纸、导线、低压交流电源、刻度尺。

【实验步骤】(1)把打点计时器固定在桌子上，纸带穿过限位孔，把复写纸片套在定位轴上，并且压在纸带上面；(2)在打点计时器的两个接线柱上分别接上导线，两根导线的另外一端分别接到低压交流电源(4～6v 的交流电)的两个接线柱上。

(3)打开电源开关，用手水平地牵拉纸带，纸带被打上了许多小点。

(4)取下纸带，从能看得清的点数起，如果共有N个点，点的间隔数就为N-1个，这段纸带记录的时间：t=0.02s×(N-1)。

(5)用刻度尺测量位移：从开始计时的点起到最后一个点间的距离S。

(6)利用ν=s测量平均速度t(7)在纸带上打出连续的6个点，分别标上记号0，1，2，3，4，5。

相邻的两个点间的距离为S1，S2，S3，S4，S5，若S1=S2=S3=S4=S5，则拉动纸带做匀速直线运动，若不相等则做变速直线运动。

【注意事项】①电磁打点计时器使用的电源是4～6v交流电源；电火花计时器电源220V交流电源；②先接通电源，后释放纸带；③区分直接打的点与计数点。

实验一、研究匀变速直线运动【实验目的】1.掌握应用纸带数据判断物体是否做匀变速直线运动的方法。

2.应用纸带的数据测定匀变速直线运动的瞬时速度、加速度。

了解打点计时器的结构、原理及使用方法．会用纸带求速度及根据v－t图象处理数据．1．打点计时器⑴电磁打点计时器：它是一种记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器。

当接通6 V以下低压交流电源时，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便上下振动起来，位于振片一端的振针就跟着上下振动而打点，这时，如果纸带运动，振针就在纸带上打出一系列点，当交流电源频率为50 Hz时，它每隔0.02 s打一点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔为0.02 s。

⑵电火花计时器：它是利用火花放电在纸带上打出小点而显示点迹的计时仪器。

当接通220 V 交流电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针、墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电，于是在运动纸带上就打出一系列点迹。

当电源频率为50 Hz 时，它也是每隔0.02 s打一次点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔也是0.02 s。

⑶电火花计时器工作时，纸带运动时受到阻力小，比电磁打点计时器实验误差小。

⑷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。

说明：电磁打点计时器和电火花计时器的原理基本一样，打点的时间间隔都是0.02 s，所以今后的叙述中不再区分，统称打点计时器。

电磁打点计时器是利用电磁感应原理，其结构如图甲所示；电火花计时器是利用火花放电在纸带上打点的，其结构如图乙所示。

2．原理及使用电火花计时器 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测量速度的原理跟运动物体边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△x 。

打两个点的时间可用s n t 02.0)1(⨯-=∆求得，则平均速度tx v ∆∆=，当△t 很短时，可以认为tx ∆∆为t 时刻的瞬时速度。

【实验器材】打点计时器、学生电源、刻度尺、纸带、复写纸、导线、坐标纸．【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． 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最后的点间的距离Δx .6、利用公式tx v ∆∆=-计算出纸带在这段时间内的平均速度。

《打点计时器测速度》一、实验题1.一位同学在实验室使用打点计时器：电磁打点计时器和电火花打点计时器所使用的是______ 电源填交流直流，电磁打点计时器的工作电压是______ V，电火花打点计时器的工作电压是______ 当电源频率是50Hz时，它每隔______ s打一次点．如研究物体作自由落体运动的实验，有下列器材可供选择：铁架台、重锤、电火花打点计时器及碳粉、纸带若干、220V交流电源、天平、秒表其中不必要的两种器材是：______ ，缺少的一种器材是：______ ．如图为测定匀变速直线运动的加速度实验中得到一段纸带，是一次实验中记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻记数点间的时间间隔为，该小车运动的加速度______ ，计数点D的瞬时速度______ ．2.打点计时器是使用交流电工作的仪器，若交流电的频率为50Hz，如图为由打点所得到的一条纸带．打点计时器打点的时间间隔为______ s；从发生的位移大小为______cm；从的平均速度为______保留2位有效数字．3.是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带．已知使用电火花计时器，它的工作电压是________ 。

打点计时器电源频率为，则纸带上打相邻两点的时间间隔为__________s。

、B、C、D是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出，则计数点之间的时间间隔是________s。

从图中读出A、B两点间距________注意读有效数字；C点对应的速度是________，匀变速直线运动的加速度为________。

下列说法正确的是A使用时应当先放小车，让其运动起来，再接通电源B也可使用干电池作为打点计时器的电源C每打完一条纸带，要及时切断打点计时器的电源D对纸带处理时，要从3条纸带中选择一条点迹清晰的纸带进行处理4.如图所示的四条纸带，是某同学练习使用打点计时器得到的纸带纸带的左端先通过打点计时器从点迹的分布情况可以断定：纸带______是匀速通过打点计时器的，纸带______是越走越快的，纸带______是开始越走越快，后来又越走越慢的．若所用电源的频率是50Hz，图中D纸带，从A点通过计时器到B点通过计时器，历时______ s，位移为______ m，这段时间内纸带运动的平均速度是______ ，BC 段的平均速度是______ ，AD段的平均速度是______ ．5.电磁打点计时器和电火花打点计时器都是使用_____电源的____仪器，电磁打点计时器的工作电压是______V，当电源频率是时，它每隔______打一次点，现在用打点计时器测定物体的速度，当电源频率低于50Hz时，如果仍按频率为的时间间隔打一次点计算，则测出的速度数值_____填“大于”、“小于”或“等于”频率为50Hz时测出的速度的值。

高三物理打点计时器练习题计时器是物理实验中常用的仪器，在物理学习中有着重要的作用。

它可以精确测量物体运动的时间，帮助我们研究物理现象和规律。

下面是几道高三物理打点计时器练习题，通过解答这些题目，可以深入理解计时器的使用方法和物理概念。

（一）问题1：在一辆汽车上放置一个计时器，小车从起点出发后，通过一个直线轨道做匀速直线运动，计时器记录下小车的运动时间为t 秒。

已知计时器分辨率为0.01秒，那么小车在过程中应该有多少段匀速运动？解析：根据计时器的分辨率为0.01秒，可以推断出小车在运动过程中，每经过0.01秒计时器才会记录一个时间点。

所以，在过程中匀速运动的次数为t/0.01。

（二）问题2：用计时器测量一根直线轨道上自由下落的钢球运动时间，计时器记录为t秒。

已知计时器误差为0.1%，设计一个实验方法，利用计时器测量钢球自由下落的加速度。

解析：根据自由下落的运动规律和计时器的误差，我们可以设计如下实验方法：1. 首先，确定钢球下落的起始点和终点，并设置一个刚好能够容纳钢球的容器。

2. 将计时器放置在起始点，并将钢球释放。

3. 同时开始计时器并让钢球自由下落，当钢球触底时停止计时。

4. 记录下计时器的运动时间t。

5. 重复以上实验步骤多次，取多组数据，并计算平均值。

6. 利用钢球自由下落的运动规律，根据公式s=0.5gt^2，其中s为下落距离，g为重力加速度。

7. 根据计时器记录的运动时间t和下落距离s的关系，可以求解出重力加速度g。

通过这种方法，利用计时器记录运动时间并结合下落距离，可以间接地测量出钢球自由下落的加速度。

（三）问题3：一朵被风吹动的云从观测点A飘移到观测点B的时间为t秒。

为了精确测量云的飘移速度，利用计时器的数据，我们进行了以下实验。

实验一：用一台计时器测量云在过程中每经过1秒钟的整点时间A、B之间的距离。

实验二：用一台计时器测量云在过程中每经过0.5秒钟的时间A、B之间的距离。

实验三：用一台计时器测量云在过程中每经过0.1秒钟的时间A、B之间的距离。