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第四节实验：用打点计时器测速度自学导引：一、认识打点计时器1、打点计时器是一种2、电磁打点计时器1）结构：2）工作电压是，当电源是50Hz时，每隔打一个点。
3)工作原理:当接通电源时，在的作用下，便振动起来，带动上下振动,这时如果纸带运动，就通过在纸上留下一行小点．4)电磁打点计时器使用方法:①固定:安装好复写纸并将打点计时器固定在桌子边缘或铁架台上。
②穿:将穿过限位孔与墨粉纸盘。
③定:将打点计时器接入50Hz交流电源，电压从4 V开始，观察振动情况，若振动片振幅较小再升高电压至6 V。
④接:启动电源，然后拖动纸带（或释放物体）打出点,观察点迹是否 .⑤关:打完点后，立即电源5）注意事项：①工作电流为②工作电压为以下③实验前检查打点的稳定性和清晰程度④使用时应先，待打点计时器稳定时再拉动纸带或释放物体⑤手拉动时，速度应适当一些，以防打的点迹太密集3、电火花打点计时器1)结构：2）工作电压是，3）工作原理：使用时，套在纸盘轴上，把纸带穿过限位孔．接通交流电源，按下开关时，计时器发出的脉冲电流经、到纸盘轴，产生放电．当电源是50Hz时，它每隔打一个点。
4、电火花计时器使用方法:①固定:安装好并将打点计时器固定在边缘或铁架台上。
②穿:将纸带穿过与③定:将打点计时器接入交流电源。
④接:启动电源，然后拖动（或释放物体打出点并观察点迹是否清晰.⑤关:打完点后，立即关闭电源二、练习使用打点计时器实验目的：利用打出的纸带研究物体的运动实验器材：实验步骤：(1)将电火花计时器固定在上，检查是否已经正确地套在纸盘轴上。
(2)把纸带装好(3)把电火花计时器的电源插头插在的交流电源上。
(4)按下，用手水平地拉动，纸带上就打出一行小点，随后立即电源．快乐体验:1．接通电源与释放纸带（或物体），这两个操作时刻之间的关系应当是 ( ) A．先接通电源，后释放纸带 B．先释放纸带，后接通电C．释放纸带的同时接通电源 D．先接通电源或先释放纸带都可以2.打出的点迹不够清晰的原因可能是？A：电源电压偏低B：永磁体磁性不足C：振针位置过高D：复写纸陈旧3．一学生在练习使用打点计时器时，纸带上打出的不是圆点，而是一些短线，你能告诉他可能的原因吗?( )A．打点计时器错接在直流电源上 B．电源电压过低C．打点计时器使用的电压过高 D．振针到复写纸片的距离太小4.对纸带上的点迹说法正确的是？( )A：点迹记录了物体运动的时间。
1.4实验：用打点计时器测速度[目标定位] 1.了解两种计时器的结构和工作原理，并学会安装和使用.2.掌握测瞬时速度的方法，会用打出的纸带求瞬时速度.3.会用图象表示速度随时间变化的规律．一、了解打点计时器1．作用及分类打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，当电源频率为50 Hz时，它每隔0.02_s打一次点，打点计时器和纸带配合，可以记录物体运动的时间及在一段时间内的位移，供高中学生实验用的计时器有电磁打点计时器和电火花计时器两种．2．电磁打点计时器(1)工作电压：6_V以下的交流电源；(2)原理：接通交流电源后，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便振动起来，带动其上的振针上下振动．这时，如果纸带运动，振针就通过复写纸在纸带上留下一行小点．3．电火花计时器(1)工作电压：220_V交流电源；(2)原理：当接通电源、按下脉冲输出开关时，计时器发出的静脉电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的纸带上打出一行点迹．4．两种计时器误差比较电火花计时器使用中运动阻力极小，因而系统误差较小．想一想：计时器打点时，计时器和纸带之间的摩擦会对物体的运动造成影响，用哪种打点计时器做实验时，实验误差更小呢？答案因为电火花打点计时器是靠电火花和墨粉来打点的，所以对纸带的运动带来的阻力很小，使系统误差更小．二、用打点计时器测量平均速度根据v＝ΔxΔt可求出任意两点间的平均速度，其中Δx是纸带上两点间的距离，Δt是这两点间的时间间隔．想一想：如果纸带上的点迹分布不均匀，点迹密集的地方表示运动的速度较大还是较小？答案较小三、用打点计时器测量瞬时速度纸带上某一位置的瞬时速度，可以粗略地由包含这一位置在内的一小段位移Δx内的平均速度表示，即根据v＝ΔxΔt，当Δt或Δx较小时，用这个平均速度代表纸带经过该位置的瞬时速度．如图141所示，E点的瞬时速度可用D、F两点间的平均速度代表，即v E＝Δx Δt .图141想一想：在上图中，用DF 段和DG 段求出的平均速度，哪一个更接近E 点的瞬时速度？答案 因为当Δt 或Δx 较小时，求得的平均速度更接近某点的瞬时速度，所以DF 段求出的平均速度更接近E 点的瞬时速度．四、用图象表示速度速度时间图象(v t 图象)：用来描述速度随时间变化关系的图象，图象上的点反映某一时刻的瞬时速度．想一想：利用图象处理实验数据的好处是什么？答案 用图象法处理数据更直观、更具体、更方便．五、实验器材：电火花打点计时器(或电磁打点计时器)、220 V 交流电源(电磁打点计时器使用学生电源)、刻度尺、纸带、墨粉纸盘(复写纸)、导线、坐标纸一、实验步骤1．了解电火花计时器的结构，然后把它固定在桌子上，纸带穿过限位孔，把纸带放到墨粉纸盘的下面．2．把计时器接到220 V 的交流电源上．3．接通电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一行小点，随后立即关闭电源．4．取下纸带，从能看得清的某个点数起，数一数纸带上共有多少个点．如果共有n 个点，则用Δt ＝0.02×(n －1) s 计算出纸带的运动时间Δt .5．用刻度尺测量一下打下这些点纸带通过的距离Δx ，利用v ＝Δx Δt计算纸带在这段时间内的平均速度．把测量和计算的结果填入表中．二、数据处理1．利用打点计时器测量瞬时速度(1)取一条点迹清晰的纸带便于分析测量．(2)从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、…，如图142所示，测出各点到O点的距离，算出OA、AB、BC、……的距离x1、x2、x3、…….图142打点计时器打点的周期为T.(3)A、B、C、D、……各点的瞬时速度分别为v A＝x1＋x2 2T、v B＝x2＋x32T、v C＝x3＋x42T、v D＝x4＋x52T、…….把数据填入下表，根据数据判断纸带是否做匀速运动.图1432．图象法表示速度(1)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143所示的v t图象．(2)v t图象的意义v t图象非常直观地反映了速度随时间变化的情况，但它并不是物体运动的轨迹．三、注意事项1．使用电火花打点计时器时，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．2．使用打点计时器时，应使物体停在靠近打点计时器的位置．3．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之后，再拉动纸带；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O之间的距离)．5．区别计时点和计数点：计时点是打点计时器在纸带上打出来的点；计数点是从计时点中选出来的具有代表性的点，一般相邻两个计数点之间还有若干个计时点．计数点一般不是从第一计时点开始的，而是选择点迹清晰、与相邻的计时点间距适中的点开始．6．区别打点周期和计时周期：打点周期：两个相邻的计时点的时间间隔，即交流电源的周期，一般为0.02 s；计数周期：两个相邻的计数点的时间间隔，若相邻两个计数点之间还有(n－1)个计时点，则计数周期为T＝0.02n s.例1(2013～2014桂林高一期中)用打点计时器可测纸带运动的时间和位移．下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤，按照你对实验的理解，在各步骤空白处填上适当的内容，然后按实际操作的合理步骤，将各步骤的字母代号顺序写在空白处．A．在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线，导线的另一端分别接在低压________(填“交流”或“直流”)电源的两个接线柱上．B．把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过________(填“插孔”或“限位孔”)，并压在________(填“白纸”或“复写纸”)下面．C．用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离Δx.D．切断电源，取下纸带，如果共有6清晰的点，则这段纸带记录的时间Δt＝________.E．打开电源开关，再用手水平地拉动纸带，纸带上打下一系列小点．F．利用公式v＝ΔxΔt计算纸带运动的平均速度．实验步骤的合理顺序是________．解析打点计时器使用交流电；把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过限位孔，并压在复写纸下面；若打6个点，则有(6－1)个时间间隔，故这段纸带记录的时间Δt＝0.02×(6－1)s＝0.1 s；实验步骤的排列一般要先安装器材然后进行实验的思路进行，故实验步骤的合理顺序是：BAEDCF.答案交流限位孔复写纸0.1 s BAEDCF例2(2013～2014海南文昌高一段考)某同学在“用打点计时器测速度”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A 、B 、C 、D 、E 、F 、G 共7个计数点．其相邻点间的距离如图144所示，每两个相邻的测量点之间的时间间隔为0.10 s ．(本题计算结果均保留3位有效数字)图144(1) 在实验中，使用打点计时器操作步骤应先________再________(选填“释放纸带”或“接通电源”)．(2) 每两个计数点间还有________个点没有标出．(3) 试根据纸带上各个计数点间的距离，每隔0.10 s 测一次速度，计算出打下B 、C 、D 三个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入下表．(4)将B 、C 、D 、E 、F 各个时刻的瞬时速度标在图145直角坐标系中，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线．图145解析 (1) 在实验中，使用打点计时器操作步骤应先接通电源，再释放纸带；(2) 每两个计数点间还有n ＝Δt ΔT－1＝0.10.02－1＝4个点没有标出． (3)v B ＝（3.62＋4.38）×10－22×0.1m/s ＝0.400 m/s ； v C ＝（5.20＋4.38）×10－22×0.1m/s ＝0.479 m/s ； v D ＝（5.20＋5.99）×10－22×0.1m/s ＝0.599 m/s. (4)图线如下：答案(1)接通电源释放纸带(2)4(3)0.4000．4790.559(4)见解析例3如图146所示是某质点做直线运动的v t图象，试回答：(1)AB、BC、CD段质点分别做什么运动？(2)质点在5 s末的速度多大？解析(1)根据题中v t图象可知在AB段速度随时间不断增加，所以AB段表示质点做加速运动；在BC段速度不随时间而变化，所以BC段表示质点做匀速运动；在CD段速度随时间不断减少，所以CD段表示质点做减速运动．(2)质点在5 s末的速度由题中v t图象可知是15 m/s.答案(1)AB段表示质点做加速运动；BC段表示质点做匀速运动；CD段表示质点做减速运动．(2)15 m/s。
《打点计时器测速度》教学设计
山东省利津县第一中学毛建军
【教材分析】
打点计时器是高中一个重要的计时仪器，计时的同时还能记录物体的运动情况，这对高一新生来说是全新的。
通过对打点计时器的了解，掌握其使用方法。
平均速度和瞬时速度是本节的难点，教材用极限的思想，从平均速度过渡到瞬时速度。
加强对瞬时速度的理解，拉近物理与生活、模型与实际的距离，培养学生从不同角度看同一问题的素养和学生的发散思维。
用图像表示物理量的变化，在生活中是十分常见的方法，本书在这方面加强了很多。
在过去教材中“用平滑曲线把点连起来”改换为“根据所描点子”的分布和走向尝试用条曲线来“拟合”这些测量点，即将验证性实验换为探究性实验，思路不一样、逻辑线索不一样。
此外，让学生体会图象在反映两物理量关系时的优越性。
本节内容从知识到能力要求均很高，特别对刚入高中的新生来说有难度，更具有吸引力和挑战性。
【教学目标】
一、知识与技能
（1）会使用打点计时器；
（2）会用点计时器测瞬时速度；
（3）理解速度──时间图象。
二、过程与方法
（1）培养学生良好实验习惯，体会实验在物理学发展中的作用；
（2）感受计时器的发展历程；
（3）了解极限思想在处理模型和实际中的作用。
三、情感态度与价值观
通过对平均速度和瞬时速度的理解，让学生感受物理逻辑之美；通过实验培养学生的合作、善于交流、勇与修正自己错误的意识。
【教学内容】
1．打点计时器的使用，使学生明确为什么引入打点计时器、打点计时器的优越性，感受计时器的发展历程。
2．从极限和微分的角度理解平均速度和瞬时速度的关系，同一现象多角度多方位观察。
3．V－t图像的获得和理解，以及在反映物理量和处理实验数据的优越性，能将图像和实际运动情况一一对应。
【教学过程】
一、打点计时器
1．打点计时器的引入
问：同学们能说一下你知道有哪些计时仪器吗？
学生回答，相互补充。
肯定学生的回答，同时指出人类对计时的研究经过了漫长的过程。
进行情感态度价值观的教育。
展示：古代日晷、漏滴、手表（钟表）、秒表、原子钟、视频片段007用脉波，结合对车速的估计和身体倾斜方向估测被绑架后方位，渗透打点计时器的原理。
7000多年前人类发明日晷，约5000多年前，古希腊人发明最早的计时工具──滴漏。
公元前1500年，中国人修改这个装置，使它变成了水漏的形状。
到了13世纪末，意大利米兰的工程师率先在一个塔楼里建造了世界上最早的机械打钟。
1656年，荷兰物理学家惠更斯造出了世界上第一个有摆的钟（很精确）。
1820年，瑞士研制出第一个可将秒分离出来、又可随时停下来的钟。
而世界上最早的手表是于1790年在日内瓦制成的，但是并不完整，直到1902年，第一只机械手表才终于问世，1946年美国物理学家利比首创了原子钟的原理。
两年之后，在华盛顿国家标准局诞生了第一台原子钟。
原子钟靠计算铯原子或者氨原子的天然振动来计时，准确性相当高，300年中的误差不到1秒。
也许我们目前还不能预见到今后计时工具的发展状况，就象从前的人类想象不到原子钟一样。
但我们可以肯定地说，随着人类的进步，计时工具也一定会不断革新发展，因为不论到什么时候，人类都需要了解时间，需要了解时间的流逝。
我这有两个秒表，请三位同学上来共同做一个实验测平均速度，一个同学用手握隹直尺自由落体（短时间），另两位同学分别用秒表计时，计算平均速度对比展示。
问：谁能说一下造成结果差别很大的原因是什么？
同学回答总结：精确度小，人反应有快慢。
为了解决这个问题，我们引入一个新的计时仪器──打点计时器。
2．原理及构造（动画演示）从初中学生熟悉的电磁铁介绍其工作原理。
3．打点计时器的使用
学生分组实验，指导学生实验，同时分别选几条无点、点密、不在一直线上等有代表性的纸带，用展台展示。
问：造成这些情况的原因可能是哪些？
学生思考讨论总结回答。
问：纸带都记录和反映了什么信息？
学生回答老师总结：记录运动的时间和相应位移，反映物体的运动的快慢。
问：你能总结一下使用打点计时器应注意哪些事项吗？
学生回答、相互补充总结：低压交流电源、纸带和复写纸的顺序等。
问：我们能否根据纸带求出物体运动的速度？试计算。
二、平均速度和瞬时速度
问：同学们计算出的速度是平均速度还是瞬时速度？能否计算打某点的瞬时速度？
结合以下三个提示理解平均速度和瞬时速度的关系：
A．匀速运动中平均速度和瞬时速度相等。
B．盆中的水面是平的而海平面是弯曲的。
C．教材第二十三页第一段及旁批
问：你是怎样理解平均速度和瞬时速度关系的？
学生回答，老师进一步解释极限思想（例如可认为人的身高在一天内是不变的），渗透学习物理模型的意义。
问：请同学们根据你的理解，求出连续8个点的瞬时速度，填入表格中。
时刻
速度
三、v—t图像
如果我们以纵轴代表速度，横轴为时间，请同学们将表格中的数据填入坐标纸上，参照教材第二十四页第二段，处理这些点。
问：同学们能从v—t图像得到哪些信息？
学生讨论总结：能直观反映物体运动速度与时间的变化关系，能反映物体运动的方向。
让学生体会图象在反映两物理量时的直观性。
渐渐培养学生从图象获取信息的能力。
