计时器实验：用打点计时器测速度

§4实验用打点计时器测速度

【学习目标】

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※1、 了解电磁打点计时器和电火花计时器的构造、差异及功能。 ※

※2、掌握打点计时器的使用方法。 ※

※3、学会从纸带上获取时间和位移等实验数据信息实行处理测定物体的运动速度。 ※

※4、学会建立物体运动的v-t图像。 ※

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【合作探究】

 〖重点、难点、疑点探究〗

一、打点计时器及其工作原理

1. 电磁打点计时器及其工作原理

电磁打点计时器是一种记时仪器。它使用交流电源它的工作电压是为 。当电

源频率是 Hz它每隔 s打一次点。 电磁打点计时器的构造如图1-4-1所示。

图1-4-1 乙

图1-4-2

电磁打点计时器的工作原理可用图1-4-2甲、 乙来说明。

当纸圈通过如图1-4-2甲中方向的电流时振动片便被磁化成为一个右端为N极的磁铁永久磁铁使振片受到一向下的力当交流电转为负半周时电流的方向如图乙所示振片右端为S极永久磁铁使振片受到一向上的力随着交流电的方向的周期性变化振动片便产生与电源频率同步的振动。适当调整振动片的长度可使振幅最大。振动片悬空端的尖钉起着打点作用随着振动片的振动尖钉也周期性地快速打击下面的垫板打点周期为0.02秒。复写纸起着色作用当纸带由运动物体拖带着从钉尖与复写纸下通过时便被打上了一系列小点从而记录了这个物体的运动情况。纸带上每相邻两点的间隔为一个打点周期任意两点的距离为运动物体在相对应时间内的位移。

2.电火花打点计时器

(1)电火花计时器结构图如图1。

(2) 电火花打点计时器工作原理

电火花打点计时器是利用火花放电使墨粉在纸带上打出墨点而显出点迹的一种计时仪器.给电火花打点计时器接 V电源按下脉冲输出开关计时器发出的脉冲电流接正极的放电针和墨粉纸盘到接负极的纸盘轴产生火花放电于是在纸带上打出一系列的点而且在交流电的每个周期放电一次所以电火花打点计时器打出点间的时间间隔等于交流电的周期 当电源频率为50赫兹时它每隔0.02S打一次点. 主要构成壳体脉冲发生器

脉冲输出开关纸盘轴。 电火花打点计时器比电磁打点计时器的误差小。原因是 电火花打点计时器所受的阻力 电磁打点计时器。

使用电磁打点计时器需要与学生电源配套使用 因为电学仪器在使用中受诸多因素的影响即使使用前一调好的电磁计时器学生实验也易出现故障常会使实验教师忙得焦头烂额降低了可靠性可信度也降低了课堂效率。而使用电火花计时器直接接入照明电源 2-5分钟即可打出纸带。提升了课堂效率。传统的打点计时器打点时振针必然对纸带产生冲击和摩擦这个冲击和摩擦既影响了纸带的正常运动也影响了振针的运动故实验误差较大。而电火花计时器采用高压脉冲放电放电针与纸带不接触不干扰纸带的运动故误差很小。电磁打点计时器输入电压为4~6伏特交流电压。电大花计时器外接电压为交流220伏。打点周期等于交流电周期都为0.02秒。电火花计时器各方面都优于电磁打点计时器具有操作简单准确性好可信度高等特点。

例1.在使用打点计时器时 

A.应先接通电源再让纸带运动 B.应先让纸带运动再接通电源

C.让纸带运动的同时接通电源 D.先让纸带运动或先接通电源都能够

二、用打点计时器测量平均速度

实验步骤

1把打点计时器固定在桌子上按照要求装好纸带。

2打点计时器接交流电源。

3接通电源用手水平地拉动纸带纸带上被打出一系列小点随后立即关闭电源。

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t=0.02(n-1)s。

5用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离。

6利用公式vx计算纸带在这段时间内的平均速度。t

三、用打点计时器测量瞬时速度

在选择测量点0 1 2 „„时每隔0. 1s选择一个较好这样做方便计算在选择位移Δx时应包含上面这个点的一段位移。

用平均速度v越短平均速度越接近瞬时速度误差越小。

例2.如图144所示打点计时器所用电源频率为50Hz某次实验中得到的一条纸

带用毫米刻度尺测量情况如图所示纸带在A、 C间的平均速度为 m/s在A、 D间的平均速度为 m/s B点的瞬时速度更接近于 m/s。

四、用图象表示速度

在直角坐标系中用横轴表示时间用纵轴表示物体运动的速度。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 即得到物体的速度—时间图象(v—t图象)。v—t图象更直观的反映了运动质点的速度随时间的变化情况。其中匀速直线运动的v—t图象是一条平行于时间轴的直线表示质点的速度大小和方向都不随时间变化。从v—t图象中不仅可以看出运动质点在不同时刻的速度及变化情况而且可以求出位移。据匀速直线运动的位移公式x=vt,在v—t图象中对应着边长分别为v和t的一块长矩形的面积如图145。图中甲在4s内位移为40m,表示甲沿正方向发生40m位移。 图中乙在4s内位移为20m,表示乙沿负方向发生了20m的位移。

例3.如图1-4-7所示为甲、 乙两物体运动的v-t图象 由图象可知( )

A、 甲做速度变化的运动 乙做匀速直线运动

B、 甲、 乙两物体在t=0时刻的位置不一样

C、 甲、 乙两物体在t=2s时相遇

D、 在t=2s时两物体具有相同的速度

1 、实验桌上放上下列器材其中用来做“用打点计时器测速度”的实验的器材有_________________________填字母代号

A、秒表 B、 电磁打点计时器 C、天平 D、砝码 E、钩码 F、低压直流电源G、低压交流电源 H、刻度尺 I、三角板 J、导线 K、纸带 L、复写纸片 M、小车连有细绳

2、如图1-3-11所示是一辆汽车在平直公路上从甲地到乙地然后返回的x-t图象。根据图象简述汽车的运动过程并作出v-t图象。

【巩固提升】

1、 电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器根据打点计时器打出的纸带我们可用从纸带上不需运算可直接得到的物理量是( )

A、时间间隔 B、位移 C、加速度 D、平均速度

2、打点计时器所用的电源是50Hz的交流电其相邻两点的时间间隔是T若纸带共打出N个点纸带上记录的时间为t则下列各式正确的是 

A、 T=0.1s t=N B、 T=0.05s t=(N-1)T

C、 T=0.02s t=(N-1)T D、 T=0.05s t=NT

3、打点计时器振针打点的周期决定于( )

A、交流电压的高低 B、交流电的频率

B、永久磁铁的磁性强弱 C、 电流的强弱

D.质点甲、 乙之间的距离一定越来越大且在t=4s末二者相距16m 图1-4-7