1.4 實驗：用打點計時器測速度.ppt

中國作為世界四大文明古國之一 發(fā)明計時器的歷史很悠久 從古至今你知道哪些計時器 導入新課 1 4實驗 用打點計時器測速度 第一章運動的描述 知識與技能了解兩種打點計時器的結(jié)構(gòu)和工作原理 會安裝并使用打點計時器 理解根據(jù)紙帶測量速度的原理并測量瞬時速度 明確速度 時間圖象的意義 描點法畫圖象的方法 并畫出該實驗中的速度 時間圖象 教學目標 過程與方法通過對紙帶的處理過程培養(yǎng)學生獲取信息 處理信息的能力 體會處理問題的方法 領悟如何間接測一些不能直接測量的物理量的方法 通過畫速度 時間圖象培養(yǎng)學生用圖象法處理數(shù)據(jù)的能力 體驗數(shù)學工具在物理發(fā)展中的作用 體驗實驗中理性思維的重要 既要動手 更要動腦 情感 態(tài)度與價值觀感覺打點計時器的巧妙設計思路 體會物理原理在解決實際問題中的指導作用 增強將物理知識應用于生活實際的意識 經(jīng)歷實驗過程 體驗科學實驗過程的艱辛與喜悅 并樂于探索自然界的奧妙 培養(yǎng)學生敢于創(chuàng)新和實事求是的科學態(tài)度和科學精神 重點打點計時器的使用 由紙帶計算物體運動的瞬時速度 畫物體的速度 時間圖象 教學重難點 難點對紙帶上記錄的原始數(shù)據(jù)進行處理 測定瞬時速度 畫出v t圖象 并通過圖象來分析物體的運動情況 1 電磁打點計時器2 電火花計時器3 練習使用打點計時器4 用打點計時器測量瞬時速度5 用圖象表示速度 本節(jié)導航 1 電磁打點計時器 1 電磁打點計時器 參數(shù) 使用交流電源 學生電源 工作電壓在6V以下電源的頻率50Hz每隔0 02s打一個點 周期 計時儀器 線圈 振片 振針 永久磁鐵 底座 構(gòu)造 線圈 永久磁鐵 振片 振針 限位孔 復寫紙等 紙帶 構(gòu)造 接線柱 線圈 振片 振針 永久磁鐵 限位孔 定位軸 復寫紙原理 電磁鐵與永久磁鐵相互作用 注意事項 交流 電壓6V 先通電等待1 2s后拖動紙帶或釋放物體 先切斷電源后拾取紙帶 電磁打點計時器 2 電磁打點計時器工作原理 平均速度 0 1 2 工作原理圖 電磁打點計時器原理 被交變磁場磁化的振片在永久磁鐵的作用下振動 振針打在復寫紙上使紙帶上打出一系列的點 1 電磁打點計時器使用的是直流電還是交流電 其工作電壓為多少 2 我國交流電的頻率為50Hz 使用這種電源時 每隔多長時間打一個點 即相鄰兩個點之間的時間間隔是多少 3 說出電磁打點計時器的構(gòu)造 工作原理 如圖1 4 1所示 4 解釋電火花計時器的工作原理 如圖1 4 2所示 它與電磁打點計時器相比 哪一種誤差小 原因是什么 5 打點計時器的打點周期取決于什么因素 6 打點計時器打出的紙帶可以記錄哪些信息 思考與討論 紙帶上打下的點記錄了哪些信息 數(shù)點能獲得什么 測量兩點間距離獲得什么 2 電火花計時器 電火花計時器 1 電火花計時器 基本結(jié)構(gòu) 構(gòu)造 電源插頭 脈沖輸出開關(guān) 正負脈沖輸出 放電針 墨粉紙盤 紙盤軸原理 脈沖電流經(jīng)放電針 墨粉紙盤到紙盤軸 產(chǎn)生火花放電 蒸發(fā)墨粉落在紙帶上 頻率50Hz 周期0 02s用途 計時注意事項 交流 電壓220V 先通電等待1 2s后拖動紙帶或釋放物體 先切斷脈沖輸出開關(guān)后拾取紙帶 電源插頭 脈沖輸出開關(guān) 放電針 墨粉紙盤 紙盤軸 電火花打點計時器使用220V交流電源 當電源頻率為50Hz時 每隔0 02s打一次點 工作原理 當接通電源 按下脈沖輸出開關(guān)時 計時器發(fā)出的脈沖電流經(jīng)過放電針 墨粉紙盤到紙盤軸 產(chǎn)生火花放電 于是在運動的線帶上就打出一行點跡 電火花計時器 工作原理圖 2 兩種計時器的比較 都使用交流電源 但工作電壓不同 工作原理不同 電磁打點計時器使用振針和復寫紙打點 電火花打點計時器使用電火花和墨粉打點 電火花打點計時器工作時 紙帶運動時受到的阻力比較小 實驗誤差也就較小 打在紙上的點 記錄了紙帶的運動時間 如果把紙帶和運動的物體連接在一起 紙帶上的點就相應地表示出運動物體在不同時刻的位置 研究紙帶上的點子之間的間隔 就可以了解運動物體在不同時間里發(fā)生的位移 從而了解物體的運動情況 電火花計時器構(gòu)造 電源插頭 脈沖輸出開關(guān) 正負脈沖輸出 放電針 墨粉紙盤 紙盤軸原理 脈沖電流經(jīng)放電針 墨粉紙盤到紙盤軸 產(chǎn)生火花放電 蒸發(fā)墨粉落在紙帶上 頻率50Hz 周期0 02s用途 計時注意事項 交流 電壓220V 先通電等待1 2s后拖動紙帶或釋放物體 先切斷脈沖輸出開關(guān)后拾取紙帶 電磁打點計時器構(gòu)造 接線柱 線圈 振片 振針 永久磁鐵 復寫紙 限位孔 定位軸原理 電磁鐵與永久磁鐵相互作用 頻率50Hz 周期0 02s用途 計時注意事項 交流 電壓6V 先通電等待1 2s后拖動紙帶或釋放物體 先切斷電源后拾取紙帶 3 練習使用打點計時器 1 實驗目的 練習使用電火花計時器 利用打上點的紙帶研究物體的運動情況 2 實驗器材電火花計時器 紙帶 刻度尺 導線 學生電源 3 實驗步驟 把電火花計時器固定在桌子上 檢查墨粉紙盤是否已經(jīng)正確地套在紙盤軸上 檢查兩條白紙帶是否已經(jīng)正確地穿好 墨粉紙盤是否在兩條紙帶之間 把計時器上的電源插頭在220V交流電源插座上 按下脈沖輸出開頭 用手水平地拉動兩條紙帶 紙帶上就打上一列圓小點 取下紙帶 從能看得清規(guī)戒律的某個點數(shù)起 數(shù)一數(shù)紙帶上共有多少個點 如果共有n個點 點子的間隔數(shù)則為 n 1 個 用t 0 02 n 1 計算出紙帶的運動時間t 用刻度尺測量一下打下的這些點 紙帶通過的距離s有多長 利用公式計算紙帶在這段時間內(nèi)的平均速度 把測量和計算的結(jié)果填入表一中 選取一條點跡清晰便于分析的紙帶進行數(shù)據(jù)分析 從能夠看清的某個點開始 每隔0 1s取一個點 在紙帶上用數(shù)字0 1 2 5標出這些 測量點 測量包括每個點的一段位移 x 記錄在表二中 同時記錄相對應的時間 以測量該點的瞬時速度 計算出各點附近的平均速度 把它當作計時器打下這些點時的瞬時速度 填入表三中 點0作為計時的開始 即t 0 以速度v為縱軸 以時間t為橫軸在坐標紙上建立直角坐標系 根據(jù)表二的數(shù)據(jù)在坐標軸上描點 將這些點用平滑的曲線連接起來 如果用電磁打點計時器 則實驗步驟的前3步相應地應當是 把打點計時器固定在桌子上 讓紙帶穿過兩個限位孔 壓在復寫紙的下面 把電磁打點計時器的兩個接線柱用導線分別與6V的低壓交流電源的接線柱相連接 打開電源開關(guān) 用手水平地拉動紙帶 紙帶上就打出一列小點 4 注意事項 要認清你使用了哪種類型的打點計時器 電磁打點計時器要使用6V以下的交流學生電源 而電火花計時器則直接使用220V的交變電流 開頭的點跡很密集 這是由于先接通電源后拉動紙帶和開始時的速度比較慢而造成的 數(shù)點時不能從開始處數(shù) 而要向后看 從能夠看清的某個點開始 如果數(shù)出了n個點 那么 他們的間隔數(shù)是 n 1 個 他們所用的運動時間為 n 1 0 02s 打點計時器要固定好 在使用時打點計時器不允許松動 打點計時器打點結(jié)束時要立刻切斷電源 要保證手每一次 水平地拉動紙帶 可以大致表示某包含點的瞬時速度 兩邊點離得越近算出的平均速度接近D點的瞬時速度 但過小的間距也會增大測量的誤差 應根據(jù)課本中的例子仔細選取 按實際大小畫出的一條紙帶 測量點要每隔0 1s選一個 即每隔六個點取一個點 而測量點的選取上應取前一個點 后兩個點之間 即 v 建立坐標系要根據(jù)實際情況取合適的單位 以便曲線能分布于大部分的坐標系中 用打點計時器測量小車的速度 計時點 計數(shù)點 0 1 2 3 0 02s s 計時點 計數(shù)點 步驟 要領 1 把打點計時器固定在實驗桌上 不許松動 是電磁式還是電火花式 連接電源 通電檢查 2 把紙帶穿過限位孔 復寫紙壓在紙帶上 紙帶在下復寫紙在上 試拉檢查 3 先通電等待1 2s 后拖動或釋放物體 先通電后拉動 控制快慢 4 先切斷電源 后取下紙帶 先斷電后取帶 5 再取2 3條紙帶 重復2 4步2 3次 6 選取紙帶 點跡清晰 漏點拖點 測量點編號 注意先后 寫下序號 數(shù)點計時 點數(shù)不等于間隔數(shù) 7 用刻度尺測量距離 最小分度 有效數(shù)字 記錄數(shù)據(jù) 忠實地記錄原始數(shù)據(jù) 保留紙帶 不能丟失 8 整理實驗器材 不要忘記 分析數(shù)據(jù) 1 列表法 高中實驗報告冊物理必修1國標 人教版第7頁 瞬時速度 以測量點為時間中點 前后各取0 1s 則 t 0 2s 可得6個 瞬時速度 2 圖像法 在坐標紙上建立坐標系 橫坐標表示時間 縱坐標表示瞬時速度 選取合適的標度 反映記錄數(shù)據(jù)的有效數(shù)字 使曲線能分布于大部分的坐標系中 描點 連線 用平滑的曲線 通過盡可能多的點 不能通過的點均勻分布在曲線兩側(cè) 4 用打點計時器測量瞬時速度 1 測量方法某點E的瞬時速度可以粗略地由包含E點在內(nèi)的兩點間的平均速度來表示 2 說明理論上講如果這兩點離E點越接近 即 t越短 這個平均速度越接近E點的瞬時速度 但是實際操作時距離太小會使測量誤差增大 應該根據(jù)實際情況選取這兩個點 3 用紙帶分析物體的運動情況并能計算平均速度 在紙帶上相鄰兩點間的時間間隔均為0 02s 電源頻率為50Hz 所以點跡密集的地方表示紙帶運動的速度很小 根據(jù)v x t 求出在任意兩點間的平均速度 這里 x可以用直尺測量出兩點間的距離 t為兩點間的時間間隔數(shù)與0 02s的乘積 這里必須明確所求的是哪兩點之間的平均速度 4 粗略計算瞬時速度某點E的瞬時速度可以粗略地由包含E點在內(nèi)的兩點間的平均速度來表示 注意 如果取離E點越接近的兩點來求平均速度 這個平均速度越接近E點的瞬時速度 但是距離太小會使測量誤差增大 應該根據(jù)實際情況選取這兩個點 5 用圖象表示速度 v t圖象與其畫法 以速度v為縱軸 時間t為橫軸建立直角坐標系 根據(jù)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(guān)系的圖象 例如 如下所示的圖 課堂小結(jié) 工作原理 工作原理 練習使用打點計時器時注意 1 電源電壓要符合要求 2 實驗前要檢查打點的穩(wěn)定性和清晰程度 必要時要進行調(diào)節(jié)或更換器材 3 應先接通電源 待打點穩(wěn)定時再拉動紙帶 4 手拉紙帶時 速度應快一些 以防止點跡太密集 共同點與區(qū)別 電火花計時器與電磁打點計時器的共同點與區(qū)別 1 打點方式不同 電磁打點計時器 利用振動的振針打點電火花計時器 利用火花放電打點 3 振針打點時與紙帶接觸 會對紙帶產(chǎn)生阻礙作用 而火花放電基本不會阻礙紙帶的運動 電磁打點計時器 10V以下交流電電火花計時器 220V交流電 2 電源電壓不同 打點頻率相同 練習使用打點計時器 打點計時器的使用 1 把打點計時器固定在桌子上 2 按說明正確安裝紙帶 3 啟動電源 用手水平拉動紙帶 紙帶上打出一系列的點 隨后立即關(guān)閉電源 4 取下紙帶 從能夠看清的某個點開始 向后數(shù)若干點 如果數(shù)出n個點 這些點所對應的時間為秒 5 用刻度尺量出第一個點到第n個點的距離 0 02 n 1 利用公式v x t可求出第一個點到第n個點的平均速度 1 一同學在使用打點計時器時 紙帶上點不是圓點而是一些短線 這可能的原因是 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 課堂練習 2 電磁打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器 根據(jù)打點計時器打出的紙帶 我們可以從紙帶上直接得到的物理量是 A 時間間隔B 位移C 加速度D 平均速度 3 小明以同一個打點計時器固定頻率下 測量小車拉動紙帶甲 乙 丙 丁的運動速度 每次車子都是自右向左運動 四段紙帶的長度都相同 則下列敘述哪些是正確 A 紙帶甲打點均勻 表示車子的速度一定B 紙帶乙顯示的平均速度最大C 紙帶丙表示的速度越來越小D 紙帶丁表示小車的速率越來越大 4 用接在50Hz交流電源上的打點計時器 測定小車速度 某次實驗中得到一條紙帶 如下圖所示 從比較清晰的點起 每五個打印點取一個記數(shù)點 分別標明0 l 2 3 4 量得0與1兩點間距離x1 30mm 3與4兩點間的距離x2 48mm 則小車在0與1兩點間平均速度為 m s 0 3 5 打點計時器的電源頻率為50Hz時 振針每隔 s打一個點 現(xiàn)用打點計時器測定物體的速度 當實際的電源頻率低于50Hz時 如果仍按50Hz來計算 則測得的速度值將比真實值偏 0 02 大 1 答 電磁打點計時器誤差較大 因為電磁打點時振針與復寫紙對紙帶的摩擦力較大 而電火花相對阻力較小 另外 電磁打點時容易出現(xiàn)振針壓的過緊 過松 復寫紙不好用都不易把點打清晰 所以電火花計時器誤差較小 問題與練習 2 答 1 紙帶左端與重物相連 2