用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度(勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)探究)

1、【三維目標(biāo)】(魯科J)1會(huì)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的位移和時(shí)間。(魯科J)2了解頻閃照相法及其應(yīng)用。(魯科J)3探究重力作用下的勻變速直線運(yùn)動(dòng)，體會(huì)實(shí)驗(yàn)在發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律中的作用?！窘虒W(xué)建議】(魯科J)1本節(jié)主要是通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)。首先介紹打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，同時(shí)考慮到現(xiàn)代儀器設(shè)備逐漸進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，還介紹頻閃照相法，然后讓學(xué)生自主探究重力作用下的運(yùn)動(dòng)，在實(shí)驗(yàn)中體驗(yàn)、理解勻變速直線運(yùn)動(dòng)。(魯科J)2中學(xué)實(shí)驗(yàn)室里一般有兩種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器：電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花計(jì)時(shí)器。電火花計(jì)時(shí)器工作時(shí)，紙帶運(yùn)動(dòng)受到的阻力相對(duì)小些，實(shí)驗(yàn)誤差也小些，因此有條件的學(xué)校應(yīng)盡量使用電火花計(jì)時(shí)器。不管使用哪種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，教師要講清

2、其基本原理、操作方法，并讓學(xué)生操作練習(xí)。(魯科J)3從紙帶讀取數(shù)據(jù)時(shí)，以連續(xù)6個(gè)點(diǎn)為一小段來(lái)劃分紙帶，記下每小段的時(shí)間和位移，然后算出各段的平均速度。設(shè)每一小段的運(yùn)動(dòng)都是勻變速運(yùn)動(dòng)，各段間的加速度用來(lái)計(jì)算，其中 為相鄰兩小段的平均速度，t為兩小段各自的時(shí)間中點(diǎn)之間的時(shí)間間隔，即01 s。這種數(shù)據(jù)處理方法的比較簡(jiǎn)捷，但求平均加速度時(shí)，除頭、尾兩小段的位移測(cè)量值外，中間各段的位移均互相抵消。因此，這樣計(jì)算平均加速度不能有效減小實(shí)驗(yàn)誤差。其實(shí)，也可不必求平均加速度，直接比較各小段的加速度值，即可看出小車在誤差允許的范圍之內(nèi)是做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)然，如果學(xué)生有興趣和余力，也可鼓勵(lì)學(xué)生嘗試其他方法求加速

3、度(見(jiàn)上節(jié)作業(yè)8)。(魯科J)4減小誤差是很重要的實(shí)驗(yàn)技能。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)誤差的來(lái)源，討論如何減小誤差，如以連續(xù)的6個(gè)點(diǎn)為一段就是為了減小誤差。從上述所用的方法來(lái)看，加速度的誤差主要由各段位移的誤差決定，因此適當(dāng)增加各段的位移可以減小誤差。因此，若小車加速度小，打點(diǎn)比較密集，計(jì)數(shù)點(diǎn)間時(shí)間間隔應(yīng)多取幾個(gè)，反之可少取。 (魯科J)6儀器設(shè)備現(xiàn)代化是教學(xué)現(xiàn)代化的內(nèi)容之一。盡管很多學(xué)校沒(méi)有頻閃照相機(jī)，但讓學(xué)生知道既可用簡(jiǎn)單易行的“盆盆罐罐”做實(shí)驗(yàn)，也可用先進(jìn)的儀器設(shè)備做實(shí)驗(yàn)，有利于開(kāi)闊學(xué)生眼界，激發(fā)熱愛(ài)科學(xué)的熱情。(魯科J)教師可結(jié)合教材中的頻閃照片介紹頻閃照相法的原理和應(yīng)用，如通過(guò)計(jì)算機(jī)課件

4、、錄像來(lái)演示。學(xué)生的體驗(yàn)將更深刻。 (魯科J)7科學(xué)探究比較開(kāi)放，除了給出打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，實(shí)驗(yàn)裝置圖、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果的討論等全由學(xué)生自主進(jìn)行，而且學(xué)生是第一次使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，如果學(xué)生出現(xiàn)困難，教師應(yīng)注意指導(dǎo)(詳見(jiàn)本節(jié)“實(shí)踐活動(dòng)”部分)?！菊n型安排】【課時(shí)安排】【相關(guān)知識(shí)準(zhǔn)備】 【教學(xué)建議】【學(xué)習(xí)方法】【導(dǎo)語(yǔ)引入】(魯科K)本章第一節(jié)從加速度的定義出發(fā)，推導(dǎo)出勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。我們?cè)趺磁袛嘁粋€(gè)物體的運(yùn)動(dòng)是不是勻變速直線運(yùn)動(dòng)呢?僅憑觀察是很難做出準(zhǔn)確判斷的，需要通過(guò)測(cè)量和分析才能得出正確的結(jié)論。 直接測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的加速度或速度在技術(shù)上比較復(fù)雜，本節(jié)我們將嘗試通過(guò)測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和位移，

5、再經(jīng)過(guò)計(jì)算或作圖來(lái)判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)?！局R(shí)點(diǎn)講解】打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及其應(yīng)用 (魯科K)在實(shí)驗(yàn)中，我們可以使用秒表和尺子，直接測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和位移，但當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度太快時(shí)，采用這種方法的測(cè)量誤差較大。用什么方法可以減小測(cè)量誤差呢?使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是人們常用的方法之一。 (魯科K)圖312是常見(jiàn)的電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，用它們可以記錄物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和位移。下面主要以電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器為例，討論其記錄過(guò)程。圖 312(b)是一種常用的電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的實(shí)物照片，工作電壓46V，頻率50Hz。接通電源后，振片和振針就會(huì)以(即0.02s)的周期振動(dòng)起來(lái)。當(dāng)紙帶在運(yùn)動(dòng)物體的帶動(dòng)下運(yùn)動(dòng)時(shí)，振針的

6、上下振動(dòng)便會(huì)通過(guò)復(fù)寫紙?jiān)诩垘狭粝乱幌盗行↑c(diǎn)，相鄰兩點(diǎn)之間對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔為0.02s，相鄰兩點(diǎn)之間的距離可以用尺子測(cè)量。這樣，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器既記錄了時(shí)間，又記錄了相應(yīng)的位移。我們便可利用這些時(shí)間和位移信息來(lái)分析物體運(yùn)動(dòng)的速度和加速度。 下面，我們應(yīng)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究沿斜面下滑的小車是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。 (魯科K)圖313是利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量小車沿斜面下滑的時(shí)間和位移的實(shí)驗(yàn)裝置。圖314則是小車下滑過(guò)程中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶。(魯科K)在紙帶上，以6個(gè)點(diǎn)為一段劃分紙帶，用尺子量出每段的長(zhǎng)度，每段的時(shí)間間隔就是 6個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔，即5×0.02s0.1s。將時(shí)間和位移數(shù)據(jù)填人表3-2，由

7、此計(jì)算出各段的平均速度和加速度。比較計(jì)算出的加速度(表 3-3)，得出加速度的平均值，討論誤差。從而可以粗略判斷小車是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。(魯科K)表3-2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分段第1段第2段第3段第4段第5段第6段時(shí)段t/s00.10.10.20.20.30.30.40.40.50.50.6各段位移s/m1.45×10-22.45×10-23.55×10-24.55×10-25.60×10-26.65×10-2平均速度/m·s-11.45×10-12.45×10-13.55×10-14.55×

8、10-15.60×10-16.65×10-1(魯科K)表3-3 相鄰段加速度值相鄰段12段23段34段45段56段加速度a/m·s-21.01.11.01.051.05從表3-3的數(shù)據(jù)可以看出，在誤差允許的范圍內(nèi)，小車沿斜面下滑可以看成勻變速直線運(yùn)動(dòng)。 (魯科K)由上面的測(cè)算可知，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算各段加速度時(shí)，不可能得到完全相等的加速度值，這是實(shí)驗(yàn)誤差導(dǎo)致的。當(dāng)然，如果繼續(xù)減小分段時(shí)間間隔，得到的測(cè)量值與真實(shí)值可能會(huì)更接近。但是由于時(shí)間間隔減小，一定時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)的數(shù)目也相應(yīng)減少(仍用50Hz的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)，這就可能帶來(lái)新的測(cè)量誤差。可見(jiàn)，在實(shí)驗(yàn)中如

9、何減小誤差還是一門學(xué)問(wèn)。(魯科K)方法點(diǎn)撥 (1)任何物理實(shí)驗(yàn)都存在誤差。在實(shí)驗(yàn)中只能減小誤差，不可能消除誤差。減小誤差的方法之一是在收集數(shù)據(jù)時(shí)，多次測(cè)量求平均值。例如，在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器收集信息時(shí)，做完一遍后，應(yīng)換上新紙帶，重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最好多做幾遍，這樣誤差會(huì)小些。(2)解決問(wèn)題的方法有時(shí)是多種多樣的。例如，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)算物體運(yùn)動(dòng)的加速度，當(dāng)已經(jīng)知道物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)后，可以采用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移公式和速度公式算出加速度。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的頻率檢查(魯科J)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)精度主要由振動(dòng)片的振動(dòng)頻率所決定。由于振動(dòng)、碰撞等原因可能使打點(diǎn)頻率偏離正常范圍(包括出現(xiàn)頻率偏移和頻率不穩(wěn)等現(xiàn)象)，影響

10、它的正常工作。實(shí)驗(yàn)前可檢查其頻率是否正常。這里介紹用示波器檢查打點(diǎn)頻率的方法。(魯科J)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的線圈接入9 V交流電源，振動(dòng)片接示波器的“Y輸入”(不能使用旋松緊固螺釘或夾在振動(dòng)片上的方法連結(jié)，可用導(dǎo)線繞在振動(dòng)片的固定螺釘上，避免影響振動(dòng)頻率)，限位板接示波器的“接地端”，如圖31所示。當(dāng)打點(diǎn)針與限位板不接觸時(shí)，示波器Y輸入上就有一個(gè)感應(yīng)交流電壓的正弦信號(hào)輸入；當(dāng)打點(diǎn)針與限位板接觸時(shí)，Y輸入電壓為零。因此在正弦波上留下一個(gè)缺口。若打點(diǎn)器的振動(dòng)頻率穩(wěn)定，則正弦波上的缺口位置始終一致；若打點(diǎn)器的振動(dòng)不穩(wěn)定，各次缺口出現(xiàn)的位置不同，這時(shí)打點(diǎn)紙帶上會(huì)出現(xiàn)重復(fù)性的“雙點(diǎn)”。仔細(xì)調(diào)節(jié)振動(dòng)片的固定螺釘

11、，直到示波器顯示的正弦波只出現(xiàn)一個(gè)缺口，打點(diǎn)器的振動(dòng)頻率就核準(zhǔn)好了。（人教J） 實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度（人教J）將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與其他教學(xué)內(nèi)容緊密地結(jié)合在一起的教學(xué)形式是這次實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)特點(diǎn)。雖然沒(méi)有規(guī)定學(xué)生的必做實(shí)驗(yàn)，但凡是課程標(biāo)準(zhǔn)做出這樣要求的，教材都安排了實(shí)驗(yàn)。本節(jié)實(shí)驗(yàn)要求全體學(xué)生都必須完成。 第一次實(shí)驗(yàn)課應(yīng)向?qū)W生介紹實(shí)驗(yàn)室要求及安全注意事項(xiàng)。最好讓學(xué)生課前閱讀一下教科書(shū)中“學(xué)生實(shí)驗(yàn)”部分的內(nèi)容，不要求完全讀懂，主要是讓學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)有所了解，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的意義有所認(rèn)識(shí)。 (3)注意事項(xiàng) 會(huì)安裝復(fù)寫紙，并且會(huì)調(diào)節(jié)復(fù)寫紙的位置，將紙帶從復(fù)寫紙圓片下穿過(guò)。將計(jì)時(shí)器接人50 Hz交流電源，從交流4

12、 V開(kāi)始，觀察振動(dòng)片振動(dòng)情況，若振動(dòng)片振幅較小，再升高電壓至6 V。 開(kāi)啟電源，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作，待l s2 s再拖動(dòng)紙帶打出點(diǎn)子。觀察點(diǎn)跡是否清晰，打完點(diǎn)后，立即關(guān)閉電源(因打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是按問(wèn)歇工作設(shè)計(jì)的，避免線圈過(guò)熱而損壞)。 在紙帶上打不出點(diǎn)或點(diǎn)跡顏色過(guò)淡情況下，糾正的對(duì)策大致有三種：電源電壓較低(4 V)情況下，可適當(dāng)調(diào)高；調(diào)整復(fù)寫紙位置或更換復(fù)寫紙；調(diào)整打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的調(diào)整。如打不出點(diǎn)時(shí)，首先要檢查壓紙框的位置是否升高，而阻礙了振動(dòng)片，振針打不到紙帶上?？蓪杭埧蛳蛳聣夯謴?fù)其原來(lái)位置。這種情況一般是由于操作不當(dāng)引起。檢查打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是否正常工作的方法是，將計(jì)時(shí)器接在4 V6 V交

13、流電源上，將紙帶穿過(guò)計(jì)時(shí)器，開(kāi)啟電源后觀察振針是否在紙帶上打出印記。若沒(méi)有打出印記，可能有兩種情況。 ·說(shuō)明振動(dòng)片沒(méi)有工作在共振情況下?？蓴Q松螺釘，適當(dāng)調(diào)整振動(dòng)片位置，緊固后觀察振幅，若達(dá)到或接近共振狀態(tài)即可正常工作。 ·如果振動(dòng)片振動(dòng)較大仍打不出點(diǎn)，可調(diào)整振針的位置，直至打出點(diǎn)為止。若振針向下調(diào)節(jié)過(guò)長(zhǎng)，則打點(diǎn)針打點(diǎn)的聲音過(guò)大，且易出現(xiàn)雙點(diǎn)，調(diào)節(jié)時(shí)要仔細(xì)。有的學(xué)生可能將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器錯(cuò)接到學(xué)生電源的直流電源上(非穩(wěn)壓電源)，也能在紙帶上打出點(diǎn)跡，這是因?yàn)橹绷鬏敵鰹閱蜗蛎}動(dòng)電流，頻率為100Hz，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤。注意培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素質(zhì)。實(shí)驗(yàn)課以學(xué)生活動(dòng)為主，各種活動(dòng)應(yīng)有

14、序進(jìn)行。指導(dǎo)學(xué)生閱讀課文、說(shuō)明卡，對(duì)照課文和說(shuō)明卡觀察儀器結(jié)構(gòu)、了解儀器功能、操作要領(lǐng)。認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，小組之間可以交流、對(duì)比實(shí)驗(yàn)情況。如有意識(shí)的變速拉動(dòng)紙帶，觀察紙帶上打出的點(diǎn)起始部分、中間部分、最后部分有什么變化?其他小組打出的點(diǎn)有什么不同，這些差異都說(shuō)明什么問(wèn)題?以提高對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察力。 要求學(xué)生尊重原始測(cè)量的數(shù)據(jù)，不能隨意改動(dòng)，實(shí)驗(yàn)測(cè)量的原始數(shù)據(jù)是研究實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，尋找結(jié)論和規(guī)律的基本依據(jù)，也是檢驗(yàn)、評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的依據(jù)。尊重原始測(cè)量數(shù)據(jù)，是良好實(shí)驗(yàn)素質(zhì)和科學(xué)精神的具體表現(xiàn)。 注意理解一些名詞、概念。如計(jì)時(shí)點(diǎn)、計(jì)數(shù)點(diǎn)，兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的位移、平均速度、某時(shí)刻的瞬時(shí)速度是怎樣求得的。各組交流

15、v-t圖象的異同，研究異同的原因。 畫v-t圖象時(shí)，橫軸、縱軸單位長(zhǎng)度的確定要根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的最大值、最小值合理選取，使描繪的圖象v-t能充滿坐標(biāo)平面的大部分空間。 頻閃照相法及其應(yīng)用 (魯科J)除打點(diǎn)計(jì)時(shí)器外，人們還用頻閃照相法來(lái)記錄物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和位移。 頻閃照相法是一種利用照相技術(shù)，每間隔一定時(shí)間曝光，從而形成間隔相同時(shí)間的影像的方法。在頻閃照相中會(huì)用到頻閃燈(圖3-20)，它每隔相等時(shí)間閃光一次，例如每隔0.1s閃光一次，即每秒閃光10次。當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，利用頻閃燈照明，照相機(jī)可以拍攝出該物體每隔相等時(shí)間所到達(dá)的位置。通過(guò)這種方法拍攝的照片稱為頻閃照片。 圖3-21是采用每秒閃光10次拍攝

16、的小球沿斜面滾下的頻閃照片，照片中每?jī)蓚€(gè)相鄰小球的影像間隔的時(shí)間就是0.1 s，這樣便記錄了物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。而物體運(yùn)動(dòng)的位移則可以用尺子量出。 與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄的信息相比，頻閃燈的閃光頻率相當(dāng)于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器交變電源的頻率，而相同時(shí)間間隔出現(xiàn)的影像則相當(dāng)于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)子。因此，運(yùn)動(dòng)物體的頻閃照片既記錄了物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間信息，又記錄了物體運(yùn)動(dòng)的位移信息。至于根據(jù)時(shí)間和位移信息求加速度的方法，兩者都是一樣的。 請(qǐng)大家根據(jù)圖321中小球的頻閃照片，分段計(jì)算該小球的加速度大小，判斷該小球是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(魯科J)打點(diǎn)汁時(shí)器除了電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，還有電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打

17、點(diǎn)周期是否等時(shí)對(duì)測(cè)量結(jié)果很重要?？梢酝ㄟ^(guò)做勻速直線運(yùn)動(dòng)或勻加速直線運(yùn)動(dòng)的紙帶來(lái)檢驗(yàn)。如果打點(diǎn)的周期是等時(shí)的，則在記錄勻速運(yùn)動(dòng)的紙帶上，任意相鄰兩點(diǎn)間的距離都相等；在記錄勻加速直線運(yùn)動(dòng)的紙帶上，任意兩個(gè)連續(xù)打點(diǎn)周期里的位移差s是個(gè)常量。一般采用自由落體運(yùn)動(dòng)的紙帶來(lái)檢驗(yàn)打點(diǎn)周期的等時(shí)性。當(dāng)打點(diǎn)周期穩(wěn)定在002 s時(shí)，s應(yīng)為392 mm(取重力加速度g=98 ms2)。(魯科J)影響電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)周期穩(wěn)定的主要原因有兩個(gè)：一個(gè)是電源頻率不穩(wěn)定；另一個(gè)是振動(dòng)片的固有頻率與電源頻率不相同。一般情況下，市電的頻率比較穩(wěn)定，因此打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)周期不穩(wěn)定的原因往往是由于振動(dòng)片的固有頻率偏離了電源頻率引起的

18、。(魯科J)振動(dòng)片的固有頻率與振動(dòng)片的長(zhǎng)度及材料的彈性有關(guān)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)振動(dòng)片的長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整它的固有頻率。方法是松開(kāi)振動(dòng)片的固定螺釘，改變振動(dòng)片的長(zhǎng)度，再觀察振動(dòng)片的振幅(觀察時(shí)仍要把螺釘擰緊)，把振動(dòng)片的長(zhǎng)度固定在振幅最大的位置上。(人教K)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種記錄運(yùn)動(dòng)物體在一定時(shí)間間隔內(nèi)位移的儀器。它使用交流電源，由學(xué)生電源供電，工作電壓在10V以下。當(dāng)電源的頻率是50Hz時(shí)，它每隔002s打一個(gè)點(diǎn)。 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的構(gòu)造如圖141所示。通電以前，把紙帶穿過(guò)限位孔，再把套在軸上的復(fù)寫紙片壓在紙帶的上面。接通電源后，在線圈和永久磁鐵的作用下，振片便振動(dòng)起來(lái)，帶動(dòng)其上的振針上下振

19、動(dòng)。這時(shí)，如果紙帶運(yùn)動(dòng)，振針就通過(guò)復(fù)寫紙?jiān)诩垘狭粝乱恍行↑c(diǎn)。如果把紙帶跟運(yùn)動(dòng)的物體連在一起，即由物體帶動(dòng)紙帶一起運(yùn)動(dòng)，紙帶上各點(diǎn)之間的距離就表示相應(yīng)時(shí)間間隔中物體的位移。測(cè)量點(diǎn)的位置，我們就能了解物體的運(yùn)動(dòng)情況。說(shuō)明卡片內(nèi)容建議(以電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器為例) ·在桌邊固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器； ·將復(fù)寫紙調(diào)節(jié)片向外拉出，將復(fù)寫紙圓片孔套在復(fù)寫紙定位銷上，向里推調(diào)節(jié)片，可調(diào)節(jié)復(fù)寫紙位置； ·將紙帶穿過(guò)限位框，從復(fù)寫紙下穿過(guò)壓紙框，從另一側(cè)限位框穿出； ·開(kāi)啟電源等待1 s2 s拖動(dòng)紙帶，拖出紙帶后立即切斷電源； ·在紙帶上選取計(jì)數(shù)點(diǎn)，測(cè)量計(jì)數(shù)點(diǎn)之問(wèn)長(zhǎng)度時(shí)要用量

20、程在30 cm以上透明塑料尺一次測(cè)量多組計(jì)數(shù)點(diǎn)間數(shù)值，不要用短刻度尺一段一段的測(cè)量計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離，減小偶然誤差。（滬科K）電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 （滬科K）電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器如圖1-38所示。工作電壓為4-6V。當(dāng)使用的交流電源頻率為50Hz時(shí)，它每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn)。 （滬科K）使用時(shí)，把紙帶穿過(guò)限位孔，再把套在軸上的復(fù)寫紙壓在紙帶的上面。通電后，在線圈和永久磁鐵的作用下，振片帶動(dòng)振針上下振動(dòng)，于是在運(yùn)動(dòng)的紙帶上每隔相同時(shí)間打出一個(gè)點(diǎn)。（滬科J）電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作原理、打點(diǎn)周期等時(shí)性的檢測(cè)與調(diào)整 J0203型電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器為磁電式結(jié)構(gòu)，其構(gòu)造如圖t-1-11a，當(dāng)線圈通以68V，50Hz的交流電時(shí)，線

21、圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)使振動(dòng)片磁化，振動(dòng)片的一端位于永久磁鐵的磁場(chǎng)中，由于振動(dòng)片的磁極隨著電流方向的改變而不斷變化，在永久磁鐵的作用下，振動(dòng)片將上下振動(dòng)，其振動(dòng)周期與線圈中的電流變化周期一致，為0.02s，圖t-1-11b表示在半個(gè)周期中的情況。振動(dòng)片的另一端裝有打點(diǎn)針，當(dāng)紙帶從針尖下通過(guò)時(shí)，便打上一系列點(diǎn)，相鄰兩點(diǎn)間對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔為0.02s。 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期是否等時(shí)，可通過(guò)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的紙帶來(lái)檢驗(yàn)。如打點(diǎn)的周期是等時(shí)的，則在紙帶上任意兩個(gè)連續(xù)打點(diǎn)周期內(nèi)的位移差叢是常數(shù)，一般采用自由落體運(yùn)動(dòng)的紙帶來(lái)檢驗(yàn)，當(dāng)打點(diǎn)周期穩(wěn)定在0.02s時(shí)，叢應(yīng)為3.92mm(g取9.8m/s2)。 造成電

22、磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)不穩(wěn)定的原因往往是由于振動(dòng)片的固有頻率偏離了電源頻率。振動(dòng)片的固有頻率與它的長(zhǎng)度及材料的彈性有關(guān)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)振動(dòng)片的長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整。方法是松開(kāi)振動(dòng)片的固定螺絲，改變振動(dòng)片的長(zhǎng)度，擰緊螺絲后再觀察它的振幅，把它的長(zhǎng)度固定在振幅最大的位置。電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(魯科J)電火花計(jì)時(shí)器是利用高壓脈沖火花放電，在紙帶上記錄運(yùn)動(dòng)物體的時(shí)空信息的。計(jì)時(shí)基準(zhǔn)都是取自市電的周期，每?jī)蓚€(gè)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為002s，因而與電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器有相同的數(shù)據(jù)采集方法和數(shù)據(jù)整理分析方法，但它比電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器有更多的優(yōu)點(diǎn)，其可靠性、準(zhǔn)確性以及課時(shí)利用率等方面都有很大改進(jìn)。（人教J）電火花計(jì)時(shí)器注：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器只能連續(xù)工作

23、很短時(shí)間，打點(diǎn)之后要立即關(guān)閉電源。 電火花計(jì)時(shí)器的原理與電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器相同，不過(guò)在紙帶上打點(diǎn)的不是振針和復(fù)寫紙，而是電火花和墨粉。 使用時(shí)，墨粉紙盤套在紙盤軸上，把紙帶穿過(guò)限位孔。當(dāng)接通電源、按下脈沖輸出開(kāi)關(guān)時(shí)，計(jì)時(shí)器發(fā)出的脈沖電流經(jīng)放電針、墨粉紙盤到紙盤軸，產(chǎn)生火花放電(圖14-2)，于是在運(yùn)動(dòng)的紙帶上就打出一行點(diǎn)跡。當(dāng)電源頻率是50Hz時(shí)，每隔002s打一次點(diǎn)。 這種計(jì)時(shí)器工作時(shí)，紙帶運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力比較小，實(shí)驗(yàn)誤差也就比較小。電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花計(jì)時(shí)器的原理基本一樣，打點(diǎn)的時(shí)間間隔也都是002s，所以今后的敘述中不再區(qū)分，統(tǒng)稱打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。（人教J） 使用電火花計(jì)時(shí)器在紙帶上打點(diǎn)，安裝紙

24、帶的方法有兩種：一種是用一條紙帶從墨粉盤下穿過(guò)，打點(diǎn)時(shí)墨粉盤不隨紙帶轉(zhuǎn)動(dòng)，電火花只將墨粉盤上某一位置的墨粉蒸發(fā)到紙帶上，打出的點(diǎn)跡顏色較淡，打過(guò)一條紙帶后要將墨粉盤轉(zhuǎn)一角度再打另一條紙帶。學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)可采用這一方法。另一種是用兩條紙帶，將墨粉盤夾在中間，拖動(dòng)紙帶時(shí)由于兩條紙帶的摩擦作用，墨粉盤會(huì)隨紙帶轉(zhuǎn)動(dòng)，電火花將墨粉盤上不同位置的墨粉蒸發(fā)到紙帶上，所以打出的點(diǎn)跡顏色較重。墨粉盤上面的一條紙帶沒(méi)有點(diǎn)跡，可重復(fù)使用。用一條紙帶打點(diǎn)時(shí)，紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間的摩擦阻力較小，用兩條紙帶打點(diǎn)時(shí)摩擦阻力較大。不管用哪種方法，打完紙帶后立即切斷電源。（滬科K）電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 （滬科K）電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器如圖1

25、-39所示。它是利用火花放電在紙帶上打出點(diǎn)跡的。（滬科K）實(shí)驗(yàn)時(shí)，使用2條紙帶，把它們分別從墨粉紙盤的上、下兩面穿過(guò)。接通220V交癱電源，把脈沖輸出開(kāi)關(guān)撥到“ON”，電火花計(jì)時(shí)器發(fā)出的高壓脈沖便在接正極的放電針和接負(fù)極的紙盤問(wèn)產(chǎn)生火花放電，于是在運(yùn)動(dòng)的紙帶上打出一列點(diǎn)跡。當(dāng)使用的交流電源頻率是50Hz時(shí)，電火花計(jì)時(shí)器每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn)。（滬科J）電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電路原理如圖t-1-10所示，當(dāng)按鈕開(kāi)關(guān)K閉合后，由K流入的電流，在0至/2期間，經(jīng)電阻R1(1W，1k)、二極管D1、電容C(CJ400V，0.21F)及二極管D3將C充電約至310V。在相位后電流反向，反向電流經(jīng)二極管D2、

26、電阻及R2(約50k)后，被穩(wěn)壓管DW嵌相位，從另一路徑由電阻R3(0.25W，800)進(jìn)入可控硅(3CTlB)BG的控制極，這兩路的電流會(huì)合后經(jīng)二極管D4及K流出，這一反向電流約在1.1的一個(gè)固定的相位上，使可控硅BG導(dǎo)通。BG的導(dǎo)通引起C經(jīng)脈沖變壓器T的原線圈L1(120匝)及二極管D6與BG放電。放電電流在T的副線圈L2(20000匝)上形成萬(wàn)伏高壓。當(dāng)L2中的電流減小時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反向自感電動(dòng)勢(shì)，二極管D5導(dǎo)通使L1短路，L2上無(wú)電壓輸出。(人教K)練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是高中物理實(shí)驗(yàn)中常用的儀器，用它進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前應(yīng)該事先熟悉它的使用方法。 1把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌子上，對(duì)照老師準(zhǔn)備的

27、說(shuō)明卡了解它的結(jié)構(gòu)。 2按照說(shuō)明把紙帶裝好。 3啟動(dòng)電源，用手水平地拉動(dòng)紙帶，紙帶上就打出一行小點(diǎn)。隨后立即關(guān)閉電源。 4取下紙帶，從能夠看清的某個(gè)點(diǎn)開(kāi)始，往后數(shù)出若干個(gè)點(diǎn)。如果數(shù)出n個(gè)點(diǎn)，這些點(diǎn)劃分出來(lái)的間隔數(shù)是多少?由此計(jì)算出紙帶從第一個(gè)點(diǎn)到第n個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。 5用刻度尺測(cè)量出第一個(gè)點(diǎn)到第n個(gè)點(diǎn)的距離。在進(jìn)行實(shí)際測(cè)量之前，自己設(shè)計(jì)一個(gè)表格，用來(lái)記錄以上測(cè)量值。(人教K)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量瞬時(shí)速度在圖14-4的例子中，測(cè)量后計(jì)算得出的是D、G兩點(diǎn)間的平均速度。如果我們不要求很精確，用這個(gè)平均速度粗略地代表正點(diǎn)的瞬時(shí)速度，也未嘗不可。然而，如果把包含E點(diǎn)在內(nèi)的間隔取得小一些，例如圖14-5中的

28、DF，那么根據(jù)D、F兩點(diǎn)間的位移和時(shí)間，算出紙帶在這兩點(diǎn)間的平均速度，用這個(gè)平均速度代表紙帶經(jīng)過(guò)E點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度，就會(huì)更準(zhǔn)確。下面實(shí)際測(cè)量你自己拉紙帶的速度。為了描述速度變化的情況，請(qǐng)你每隔01s測(cè)一次速度。先在紙帶上用數(shù)字0，1，2，5標(biāo)出這些“測(cè)量點(diǎn)”，然后仿照?qǐng)D14-5的辦法，測(cè)量包含這個(gè)點(diǎn)的一段位移，記錄在表1中，同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)的時(shí)間。表1手拉紙帶在幾段時(shí)間中的位移和平均速度住置012345/m/s 上表中算出的，是0，1，2，5各點(diǎn)附近的平均速度，把它當(dāng)做計(jì)時(shí)器打下這些點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度，抄入表2。點(diǎn)O作為計(jì)時(shí)的開(kāi)始，t=0。 表2 手拉低帶在幾個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)速度位置012345t/s0通過(guò)

29、表2可以看出手拉紙帶運(yùn)動(dòng)速度的變化情況。（人教J） (5)手拉紙帶的速度一時(shí)間圖象(示例)(人教K)用圖象表示速度 許多變化過(guò)程，如氣溫的變化、股票的跌漲、傳染病發(fā)病人數(shù)的增減可以用圖象展示，目的是更直觀地反映變化的規(guī)律。圖象是表示變化規(guī)律的好方法。物體的運(yùn)動(dòng)也可以用圖象描述。以速度為縱軸、時(shí)間為橫軸在方格紙上建立直角坐標(biāo)系。根據(jù)表2中的、數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)系中描點(diǎn)。圖14-6甲是根據(jù)某同學(xué)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)所描的點(diǎn)，從這些點(diǎn)的走向能夠大致看出紙帶速度的變化規(guī)律。為了更清晰些，可以用折線把這些點(diǎn)連起來(lái)(圖14-6乙)。然而，速度的實(shí)際變化應(yīng)該是比較平滑的，所以，如果用一條平滑曲線來(lái)“擬合”坐標(biāo)系中描出的點(diǎn)，

30、曲線反映的規(guī)律應(yīng)該與實(shí)際情況更接近(圖14-6丙)。 如圖14-6丙那樣描述速度與時(shí)間關(guān)系的圖象，叫做速度一時(shí)間圖象或v-t圖象(v-t graph)?？匆豢茨愕玫降膙-t圖象，你的手的運(yùn)動(dòng)速度是怎樣變化的?【生活應(yīng)用】【課本習(xí)題】1. (魯科K)使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，下列做法正確的是 (A)應(yīng)將振針調(diào)整到適當(dāng)?shù)母叨?，且不得松?dòng) (B)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)先放開(kāi)小車，讓其運(yùn)動(dòng)起來(lái)，再接通電源 (C)也可以用干電池做為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源(D)每打完一條紙帶要及時(shí)切斷電源，防止線圈過(guò)熱而損壞 解答：A、D2. (魯科K)請(qǐng)用簡(jiǎn)短的語(yǔ)言描述下圖中每條紙帶記錄的物體的運(yùn)動(dòng)情況。(魯科J)解答：(a)各點(diǎn)分布距離均

31、勻，表明物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)。(b)各點(diǎn)分布距離均勻，表明物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)。分布較稀疏，表明速度比(a)所記錄的物體運(yùn)動(dòng)得要快。(c)各點(diǎn)分布距離逐漸加大，表明物體做加速直線運(yùn)動(dòng)。至于是否是勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則要測(cè)量、計(jì)算。(d)各點(diǎn)分布距離逐漸變小，表明物體做減速直線運(yùn)動(dòng)。至于是否是勻減速直線運(yùn)動(dòng)，則要測(cè)量、計(jì)算。3. (魯科K)在某次應(yīng)用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的實(shí)驗(yàn)中，所用電源的頻率為50Hz，實(shí)驗(yàn)得到的一條紙帶如下圖所示，紙帶上每相鄰的兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間都有4個(gè)點(diǎn)未畫出。按時(shí)間須序取0，l，2，3，4，5六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)中用直尺量出的1，2，3，4，5點(diǎn)到0點(diǎn)的距離如下圖所示(單位：cm),請(qǐng)計(jì)算： (

32、1)帶動(dòng)該紙帶運(yùn)動(dòng)的小車的加速度有多大?(2)在計(jì)數(shù)點(diǎn)4所代表的時(shí)刻，紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度有多大?解答：(1)設(shè)每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間位移差分別為s1，s2，s3，s4，s5，s6，則s1=140 cm，s2=215 cm，s3=29 cm，s4=37 cm，s5=440 cm，s6=515 cm，T=0.1s。（2）因?yàn)樾≤囎鰟蛩僦本€運(yùn)動(dòng)，所以第4個(gè)點(diǎn)小車的瞬時(shí)速度為小車在3點(diǎn)到5點(diǎn)內(nèi)運(yùn)動(dòng)的平均速度，所以(人教K)問(wèn)題與練習(xí)1從原理上考慮，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花計(jì)時(shí)器，哪一種可能引起較大的誤差?為什么? （人教J）1解答 電磁打點(diǎn)記時(shí)器引起的誤差較大。因?yàn)殡姶糯螯c(diǎn)記時(shí)器打點(diǎn)瞬時(shí)要阻礙紙帶的運(yùn)動(dòng)。

33、2把紙帶的下端固定在重物上，上端用手提著，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。接通電源后將紙帶釋放，重物便拉著紙帶下落，紙帶被打出一系列點(diǎn)，其中有一段如圖14-12所示。 (1)圖14-12所示的紙帶，哪端與重物相連? (2)怎樣計(jì)算紙帶上打A點(diǎn)時(shí)重物的瞬時(shí)速度?說(shuō)出你的道理。2解答 (1)紙帶左端與重物相連。(2)A點(diǎn)和右方鄰近一點(diǎn)的距離=70×10-3m，時(shí)間=002 s，很小，可以認(rèn)為A點(diǎn)速度v= =035 m/s（人教J）3圖14-13是甲、乙兩個(gè)物體運(yùn)動(dòng)的v-t圖象，至少?gòu)囊韵氯齻€(gè)方面說(shuō)明它們的速度是怎樣變化的。 (1)物體是從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)還是具有一定的初速度? (2)速度的大小是否變化?

34、是加速還是減速?(3)運(yùn)動(dòng)的方向是否變化?（人教J）3解答 (1)甲物體有一定的初速度，乙物體初速度為零。 (2)甲物體速度大小不變，乙物體先勻加速、勻速、最后勻減速運(yùn)動(dòng)。 (3)甲、乙物體運(yùn)動(dòng)方向都不改變。4自制模擬打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。 你的左手拿著一塊表，右手拿著一枝彩色畫筆。你的同伴牽動(dòng)一條寬約1cm的長(zhǎng)紙帶，使紙帶在你的筆下沿著直線向前移動(dòng)。每隔1s你用畫筆在紙上點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)。你還可以練習(xí)在1s內(nèi)均勻地點(diǎn)上兩個(gè)點(diǎn)。這樣，就做成了一臺(tái)簡(jiǎn)單的“打點(diǎn)計(jì)時(shí)器”(圖14-14)。想一想，相鄰兩點(diǎn)的距離跟牽動(dòng)紙帶的速度有什么關(guān)系?牽動(dòng)紙帶的快慢不均勻，對(duì)相鄰兩點(diǎn)所表示的時(shí)間有沒(méi)有影響?（人教J） 4解答紙帶速

35、度越大，相鄰兩點(diǎn)的距離也越大。紙帶速度與相鄰兩點(diǎn)時(shí)間無(wú)關(guān)?！净A(chǔ)例題】【其他習(xí)題】(魯科J)1圖(a)是某物體運(yùn)動(dòng)的s一圖象，圖(b)是另一物體運(yùn)動(dòng)的v一t圖象，請(qǐng)把兩個(gè)圖象分別賦于實(shí)際的情景，定性說(shuō)明兩個(gè)圖象所描述的運(yùn)動(dòng)。 (魯科J)答案：圖(a)表示的是做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體，由位移s0處向零點(diǎn)處運(yùn)動(dòng)，tl時(shí)刻到達(dá)零點(diǎn)，2t1時(shí)刻到達(dá)反向的-s0處。圖(b)表示的是以初速度v0做勻減速直線運(yùn)動(dòng)的物體，t1時(shí)刻速度為零；之后，反向勻加速直線運(yùn)動(dòng)，2tl時(shí)刻速度為反向的v0。(魯科J)2飛機(jī)著陸后勻減速滑行，它滑行的初速度是60 ms，加速度的大小是3 ms2，飛機(jī)著陸后要滑行多遠(yuǎn)才能停下來(lái)?(

36、魯科J)答案：600 m。(魯科J)3在測(cè)定小車加速度的實(shí)驗(yàn)中，紙帶上每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，從所取的開(kāi)始點(diǎn)0往下讀到4、5、6、7點(diǎn)時(shí)，各點(diǎn)離0點(diǎn)的距離如下表所列，則打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打到第6個(gè)點(diǎn)時(shí)，小車的速度和加速度各是多少?計(jì)數(shù)點(diǎn)n4567距離cm）2.944.626.709.18(魯科J)答案：0228 ms；04 ms2。(魯科J)4下圖為測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)加速度的實(shí)驗(yàn)所得到的紙帶。在每相鄰的兩點(diǎn)中間都有4個(gè)點(diǎn)未標(biāo)出，按時(shí)間順序取0、1、2、3、4、5共6個(gè)點(diǎn)，用刻度尺量出1、2、3、4、5點(diǎn)到0點(diǎn)的距離分別是(單位：cm)878、1608、2187、2616、2894，由此可得小車的加速度為

37、多少?計(jì)時(shí)器打第3點(diǎn)時(shí)的速度是多少?(魯科J)答案：15 ms2；05 ms。(魯科J)5已知一物體做勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度為a，試證明在一段時(shí)間內(nèi)平均速度等于該段時(shí)間中點(diǎn)t2時(shí)刻的瞬時(shí)速度。(魯科J)證明：物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，在這段時(shí)間內(nèi)的位移為 這段時(shí)間內(nèi)的平均速度為 而該段時(shí)間中點(diǎn)時(shí)刻的速度為、【基礎(chǔ)探究活動(dòng)】(魯科K)迷你實(shí)驗(yàn)室*(魯科K)模擬打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 在桌面上放一根細(xì)長(zhǎng)紙帶，一同學(xué)手牽紙帶緩慢運(yùn)動(dòng)，另一同學(xué)拿一只畫筆，按一定時(shí)間間隔(比如每秒1次或每秒2次)點(diǎn)擊紙帶(圖315)。比一比，看誰(shuí)牽動(dòng)紙帶運(yùn)動(dòng)的速度變化最小。兩位同學(xué)進(jìn)行競(jìng)走比賽。為了了解他們的加速過(guò)程，教師讓兩同學(xué)分別拿著

38、底部穿孔、滴水比較均勻的飲料瓶一起競(jìng)走，然后通過(guò)地上的水印分析他們的速度變化情況(圖316)。請(qǐng)你和同學(xué)們一起試試，并講講其中的道理。(魯科J)1本節(jié)“迷你實(shí)驗(yàn)室”中的兩個(gè)小實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單易行，可讓學(xué)生在課后做一做,讓學(xué)生體驗(yàn)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的原理，同時(shí)也有利于養(yǎng)成“盆盆罐罐當(dāng)儀器，拼拼湊湊做實(shí)驗(yàn)”的習(xí)慣。兩個(gè)小實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是時(shí)間間隔要均勻。(魯科J)這樣才便于通過(guò)位移來(lái)比較速度變化。例如，在第二個(gè)小實(shí)驗(yàn)中，為保證兩個(gè)瓶子滴水均勻，取兩個(gè)一樣的瓶子，底部的孔大小要一樣，并且大小要適當(dāng)，若過(guò)大則水會(huì)一直流出，形不成水滴，過(guò)小則很難滴出；兩個(gè)瓶子離地面高度應(yīng)一樣，以保證水滴落地時(shí)間一樣。(魯科K)實(shí)驗(yàn)與探究(魯

39、科K)物體僅在重力作用下是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)?準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)器材有：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、畫出實(shí)驗(yàn)裝置示意圖：寫出主要實(shí)驗(yàn)步驟：將收集的數(shù)據(jù)填入表34內(nèi)：(魯科K)表34 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分段時(shí)段t/s各段位移s/m平均速度/m·s-1請(qǐng)根據(jù)上面的數(shù)據(jù)算出加速度：結(jié)合你的實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論下列問(wèn)題： (1)僅受重力作用，初速度為零豎直下落時(shí)，物體做什么運(yùn)動(dòng)? (2)僅受重力作用，初速度不為零豎直下落時(shí)，物體做什么運(yùn)動(dòng)? (1) 僅受重力作用，初速度不為零豎直上拋時(shí)，物體做什么運(yùn)動(dòng)?(魯科J)4在本節(jié)“實(shí)驗(yàn)與探究”中，實(shí)驗(yàn)器材除打點(diǎn)計(jì)時(shí)器外，還需鐵架臺(tái)、紙帶、鉤碼、夾子等。(魯科J)如果使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，電磁打

40、點(diǎn)計(jì)時(shí)器在實(shí)驗(yàn)前要預(yù)先調(diào)好，使打點(diǎn)時(shí)間間隔均勻和打點(diǎn)輕重適度。打點(diǎn)過(guò)輕，點(diǎn)跡不明顯，不便于紙帶的處理；打點(diǎn)過(guò)重，打點(diǎn)針與紙帶接觸時(shí)間變長(zhǎng)，將增大實(shí)驗(yàn)誤差。要教給學(xué)生基本的調(diào)節(jié)方法(詳見(jiàn)本節(jié)課程資源部分)。但如果用電火花計(jì)時(shí)器，實(shí)驗(yàn)效果要好些。(魯科J)實(shí)驗(yàn)裝置參考教材，將紙帶固定在鉤碼上，讓紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。先用右手提著紙帶，使鉤碼靜止在靠近計(jì)時(shí)器的地方。然后接通電源，松開(kāi)紙帶，讓鉤碼自由下落，計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列小點(diǎn)。(魯科J)做實(shí)驗(yàn)時(shí)，要把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直地架穩(wěn)，以便減小重物帶著紙帶下落時(shí)所受的阻礙。由于自由落體加速度比較大，在實(shí)驗(yàn)中從幾條打上點(diǎn)的紙帶中挑選點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測(cè)量。(

41、魯科J)在紙帶上，以6個(gè)點(diǎn)為一段劃分紙帶，用尺子量出每段的長(zhǎng)度，每段的時(shí)間間隔就是6個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔01 s。將時(shí)間和位移數(shù)據(jù)等填入表格，計(jì)算出各段的平均速度和加速度。比較計(jì)算出的加速度，算出加速度的平均值。(魯科J)由于存在實(shí)驗(yàn)誤差，各段的加速度會(huì)不一樣，得出的加速度平均值不一定恰好等于g。教師要提醒學(xué)生必須尊重?cái)?shù)據(jù)，實(shí)事求是地分析誤差產(chǎn)生的原因，并選擇有效減少誤差的辦法。(魯科J)對(duì)于討論的其他2個(gè)問(wèn)題，在有可能的情況下，應(yīng)盡可能做一做，針對(duì)打出的紙帶進(jìn)行討論。(魯科J)對(duì)于初速度不為零豎直下落的情況，可在電源接通前，給鉤碼一個(gè)豎直向下的初速度，鉤碼做的是初速度不為零的、方向向下的勻加速

42、直線運(yùn)動(dòng)，其加速度大小為g，方向向下。(魯科J)對(duì)于初速度不為零的豎直上拋情況，可把鉤碼夾在紙帶的上段，然后用手豎直上拋鉤碼，鉤碼做的是豎直上拋運(yùn)動(dòng)，其加速度大小為g，方向向下。拋鉤碼時(shí)要注意保護(hù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，以免鉤碼落下時(shí)砸壞打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。(人教K)1 實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律(人教K)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)如圖21-1，把附有滑輪的長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，將細(xì)繩繞過(guò)滑輪，下面掛上適當(dāng)?shù)你^碼，小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)。為了研究小車的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，需要把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上，把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車的后面。 把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置。啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，然后放開(kāi)小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)。于

43、是，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一行小點(diǎn)。隨后立即關(guān)閉電源。換上新紙帶，重復(fù)操作三次。處理數(shù)據(jù) 在三條紙帶中選擇一條最清晰的。為了便于測(cè)量，舍掉開(kāi)頭一些過(guò)于密集的點(diǎn)跡，找一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)當(dāng)做計(jì)時(shí)起點(diǎn)。我們?nèi)匀贿x擇相隔01s的若干計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，記入自己設(shè)計(jì)的表格，利用第一章的方法得出各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度，填人下表。小車在幾個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)速度位置編導(dǎo)012345時(shí)間t/s00.10.20.30.40.5增減所掛的鉤碼數(shù)，再做兩次實(shí)驗(yàn)。作出速度時(shí)間圖象以速度為縱軸、時(shí)間為橫軸建立直角坐標(biāo)系。根據(jù)表中的、t數(shù)據(jù)，在直角坐標(biāo)系中描點(diǎn) (圖21-2)。通過(guò)觀察、思考，找出這些點(diǎn)的分布規(guī)律。 我們會(huì)看到，對(duì)于每次實(shí)驗(yàn)，

44、描出的幾個(gè)點(diǎn)都大致落在一條直線上。因此，可以有很大的把握說(shuō)，如果是沒(méi)有實(shí)驗(yàn)誤差的理想情況，代表小車速度與時(shí)間關(guān)系的點(diǎn)真的能夠全部落在某條直線上。 有了這些考慮之后，我們就可以用一條直線去代表這些點(diǎn)，并且可以說(shuō)，小車運(yùn)動(dòng)的-t圖象是一條傾斜的直線。在科學(xué)術(shù)語(yǔ)中、速度和時(shí)間的這種關(guān)系稱為“線性關(guān)系”。 你能用自己的語(yǔ)言描述小車運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律嗎?（人教J）(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo) 要求學(xué)生在學(xué)會(huì)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用、紙帶數(shù)據(jù)處理、測(cè)瞬時(shí)速度以及速度一時(shí)間圖象的基礎(chǔ)上，運(yùn)用這些知識(shí)和技能探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律。體現(xiàn)通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理和研究物理問(wèn)題的方法，學(xué)習(xí)尋找規(guī)律的方法。(2)儀器和器材

45、 附有滑輪的長(zhǎng)木板；小車；帶小鉤的細(xì)線；25 g的鉤碼3個(gè)，也可以用50 g的鉤碼。或用沙子和小桶代替鉤碼，用彈簧秤或天平稱量。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；紙帶；刻度尺；學(xué)生電源、導(dǎo)線。 (3)注意事項(xiàng) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶限位器要與長(zhǎng)木板縱軸位置對(duì)齊再固定在長(zhǎng)木板上，使紙帶、小車、拉線和定滑輪在一條直線上。小車要選擇在木板上運(yùn)動(dòng)不跑偏或跑偏較小的車。 牽引小車的鉤碼以100 g以內(nèi)為宜。若用到150 g以上，則紙帶上打出的點(diǎn)數(shù)不能滿足以01 s為計(jì)數(shù)點(diǎn)取6組數(shù)值的要求。解決辦法： ·用小砂桶替代鉤碼。砂桶及砂的質(zhì)量在40 g100 g之間取三種不同質(zhì)量，可用托盤天平稱量砂桶和砂子。 ·若用50

46、 g鉤碼，取至150 g時(shí)打出的紙帶計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔可減小至008 s或006 s，可以滿足6組以上數(shù)據(jù)的要求。 ·為防鉤碼落地?fù)p傷鉤碼，可在地面鋪泡沫塑料墊。小砂桶可選擇能裝100 g以上砂子的帶蓋塑料瓶。 在小車后面安裝紙帶的方法如圖2-1所示。使小車運(yùn)動(dòng)時(shí)保持紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器平面、木板平行，減少摩擦力影響。注意調(diào)整滑輪高度，使拉車的線與木板平行，減少拉力的變化。 開(kāi)啟電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后釋放小車，同時(shí)用一只手在定滑輪一端準(zhǔn)備接住小車，防止小車撞擊定滑輪，防止小車落地。即使安裝了防撞擋板，也要防止小車落地。關(guān)斷電源后再取紙帶，取下紙帶后，將所用鉤碼質(zhì)量標(biāo)注在紙帶上，并

47、給紙帶編號(hào)。紙帶上的點(diǎn)先取零點(diǎn)和計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)再測(cè)距離。測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)不要用短刻度尺分別測(cè)量相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的長(zhǎng)度，最好用長(zhǎng)刻度尺對(duì)齊各計(jì)數(shù)點(diǎn)(不移動(dòng)尺子)讀出各計(jì)數(shù)點(diǎn)間長(zhǎng)度值，避免測(cè)量誤差的積累。 在坐標(biāo)紙上畫v-t圖象時(shí)，注意坐標(biāo)軸單位長(zhǎng)度的選取，使圖象分布在坐標(biāo)平面的大部分面積。(4)教學(xué)中的幾點(diǎn)考慮 復(fù)習(xí)前一章實(shí)驗(yàn)中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用方法和注意事項(xiàng)，以及測(cè)量瞬時(shí)速度的方法。 打出紙帶后處理數(shù)據(jù)，要讓學(xué)生討論課文中“舍掉開(kāi)頭一些過(guò)于密集的點(diǎn)子，為了便于測(cè)量，找一個(gè)點(diǎn)當(dāng)做計(jì)時(shí)起點(diǎn)?！边@樣做的意義是什么。 作v-t圖象時(shí)，讓學(xué)生認(rèn)真觀察、思考直角坐標(biāo)系中描出的點(diǎn)的分布規(guī)律，認(rèn)真研究課文中“描出的幾個(gè)

48、點(diǎn)大致能夠全部落在直線上?！币欢卧挼囊饬x。然后作出v-t圖象，引導(dǎo)學(xué)生討論，從作出的v-t圖象探究到什么樣的規(guī)律。(5)小車在重物牽引下的運(yùn)動(dòng)(示例) 引導(dǎo)學(xué)生思考與討論為什么要用一條曲線(包括直線)去擬合這些數(shù)據(jù)點(diǎn)，即所畫曲線(包括直線)為什么要使兩側(cè)點(diǎn)數(shù)大致相同，讓學(xué)生了解每個(gè)有意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)都要發(fā)揮作用，取點(diǎn)群的平均位置減少測(cè)量的偶然誤差。至于偶然誤差產(chǎn)生的原因及減少偶然誤差的理論，不要過(guò)多講解，可鼓勵(lì)學(xué)生查閱有關(guān)資料。 有條件的學(xué)?；?qū)W生可以交一張計(jì)算機(jī)打印的數(shù)據(jù)和v-t圖象。（滬科J）實(shí)驗(yàn)探究資料1（滬科J）用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律 （滬科J）實(shí)驗(yàn)器材：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、學(xué)生電源、刻

49、度尺、鐵架臺(tái)、紙帶、重錘、夾子等。 （滬科J）實(shí)驗(yàn)操作： (1)如圖t-2-1安裝好實(shí)驗(yàn)器材。接通電源，打點(diǎn)器開(kāi)始打點(diǎn)后釋放紙帶，重錘拉著紙帶一起下落，打點(diǎn)器在紙帶上打出一系列點(diǎn)子。重復(fù)幾次，打出數(shù)條紙帶。 (2)用米尺測(cè)量紙帶上從第1個(gè)點(diǎn)到第21個(gè)點(diǎn)之間的距離，選出一根距離最小的紙帶。 (3)將第1個(gè)點(diǎn)作為0號(hào)，以后依次作為1、2、3、號(hào)點(diǎn)。用米尺測(cè)量出從0號(hào)點(diǎn)到2、4、 6、12號(hào)點(diǎn)之間的距離s1、s2、s12。(4)為了選擇正確的函數(shù)式來(lái)表達(dá)s和t的關(guān)系，先作s-t圖估計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式的形式(圖t- 2-9)，由圖估計(jì)是冪函數(shù)。 (5)因?yàn)樽宰兞縯是等間距變化的，所以可以用逐差法來(lái)檢驗(yàn)估計(jì)的經(jīng)

50、驗(yàn)公式是否正確，并確定冪函數(shù)的次數(shù)。 (6)用平均法確定經(jīng)驗(yàn)公式中的常數(shù)。（滬科J）實(shí)例：在這幾根紙帶中找到一根從第1個(gè)點(diǎn)到第10個(gè)點(diǎn)的距離為0.784m的紙帶，可以認(rèn)為是一根比較理想的紙帶。測(cè)量這根紙帶的 s1、s2、s12，數(shù)據(jù)如下：n123456sn/cm0.903.307.2012.7019.8028.40T/s0.0400.0800.1200.1600.2000.240n789101112sn/cm38.6050.3063.6078.4094.80112.70T/s0.2800.3200.3600.4000.4400.480 作s-t圖(圖t-2-10)，估計(jì)是冪函數(shù)。用逐差法檢驗(yàn)冪

51、函數(shù)是否正確，并且確定冪函數(shù)的次數(shù)。因?yàn)槎?jí)遂差E基本相等，說(shuō)明s-t函數(shù)是一個(gè)二次冪數(shù)，可設(shè)為s= at2+bt(因?yàn)楫?dāng)t=0時(shí)，s=0，所以常數(shù)項(xiàng)一定是零)。為了確定a和b的值，將十二組(t、s)值代入方程中，得到12個(gè)關(guān)于a和b的方程： 0.9=0.0016a+0.040b 3.30=0.0064a+0.080b 7.20=0.0144a+0.120b 12.70=0.0256a+0.160b 19.80=0.0400a+0.200b 28.40=0.0576a+0.240b 38.60=0.0784a+0.280b 50.30=0.1024a+0.320b 63.60=0.1296a+

52、0.360b 78.40=0.1600a+0.400b 94.80=0.1964a+0.440b 112.70=0.2304a+0.480b 將前6個(gè)方程和后6個(gè)方程分別相加，得 72.30= 0.1460a+0.840b 438.20=0.8972a+2.280b解得a=483，b=2.05因此函數(shù)是s=483t2+2.05t與理論公式吻合得較好。 (人教K)做一做借助傳感器用計(jì)算機(jī)測(cè)速度 隨著信息技術(shù)的發(fā)展， 中學(xué)物理的實(shí)驗(yàn)手段也在不斷進(jìn)步。用“運(yùn)動(dòng)傳感器”把物體在木板上或?qū)к壣线\(yùn)動(dòng)的位移、時(shí)間轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算，可以立刻在熒光屏上顯示物體運(yùn)動(dòng)的速度，甚至能在幾秒內(nèi)自動(dòng)繪出運(yùn)動(dòng)

53、的v-t圖象。這樣，同學(xué)們就可以減少重復(fù)性操作，用更多的時(shí)間和精力對(duì)物理過(guò)程進(jìn)行分析。圖14-7是一種運(yùn)動(dòng)傳感器的原理圖。這個(gè)系統(tǒng)由A、B兩個(gè)小盒子組成，A盒裝有紅外線發(fā)射器和超聲波發(fā)射器，B盒裝有紅外線接收器和超聲波接收器，A盒固定在被測(cè)的運(yùn)動(dòng)物體上。測(cè)量時(shí)A向刀同時(shí)發(fā)射一個(gè)紅外線脈沖和一個(gè)超聲波脈沖(即持續(xù)時(shí)間很短的一束紅外線和一束超聲波)，B盒收到紅外線脈沖時(shí)，開(kāi)始計(jì)時(shí)，收到超聲波脈沖時(shí)計(jì)時(shí)停止。根據(jù)兩者的時(shí)差和空氣中的聲速，計(jì)算機(jī)自動(dòng)算出A與B的距離(紅外線的傳播時(shí)間可以忽略)。雷雨時(shí)可以根據(jù)閃電與雷聲的時(shí)差來(lái)計(jì)算雷電發(fā)生地的距離，與這里計(jì)算A、B間距離的道理是一樣的。經(jīng)過(guò)短暫的時(shí)間后

54、，傳感器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行第二次測(cè)量，得到物體的新位置。算出兩個(gè)位置差，即物體運(yùn)動(dòng)的位移，系統(tǒng)按照算出速度，顯示在熒光屏上。所有這些操作都可在不到1s的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)完成。 還有另外一種運(yùn)動(dòng)傳感器。如圖 14-9，這個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)不動(dòng)的小盒子 B。工作時(shí)小盒B向被測(cè)物體發(fā)出短暫的超聲波脈沖，脈沖被運(yùn)動(dòng)物體反射后又被。盒接收。根據(jù)發(fā)射與接收超聲脈沖的時(shí)間差可以得到B盒與運(yùn)動(dòng)物體的距離。這個(gè)道理與雷達(dá)測(cè)距的道理一樣。有條件的學(xué)校應(yīng)該試一試。（人教J） (6)借助傳感器用計(jì)算機(jī)測(cè)速度的教學(xué) 從課程標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)要求來(lái)看，該欄目的內(nèi)容不是硬性的，可根據(jù)學(xué)校的具體情況選做。具體做法如下： 由A、B兩個(gè)傳感器與數(shù)

55、據(jù)采集器組成的儀器系統(tǒng)，先將紅外線、超聲波接收盒B與數(shù)據(jù)采集器用傳輸線插口接好，將數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)用數(shù)據(jù)傳輸線接好，將數(shù)據(jù)采集器電源線接好，接通電源。將紅外線、超聲波發(fā)射器盒A固定在小車上，接收傳感器B固定在某一位置并調(diào)整其高度與傳感A等高。小車上A盒發(fā)射器對(duì)著接收器B，并處于同一直線上。開(kāi)啟A盒電源開(kāi)關(guān)，推動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)，在計(jì)算機(jī)屏幕上即可顯示小車位移隨時(shí)間變化的圖象。從計(jì)算機(jī)屏幕的提示可以選擇v-t圖象、v-t圖象，也可以同時(shí)顯示兩種圖象?？梢詼y(cè)量某時(shí)刻的瞬時(shí)速度、加速度，某段時(shí)間內(nèi)的位移、平均速度，并顯示其數(shù)值。 注意：不同的產(chǎn)品的操作方法會(huì)有區(qū)別，請(qǐng)看說(shuō)明書(shū)?！酒渌骄炕顒?dòng)】（滬科J）自制滴水計(jì)時(shí)器 取一只飲料瓶，用縫衣針在瓶底鉆一適當(dāng)大小的小孔，在瓶中灌滿水，用手提著，使水均勻滴出(圖t-1-13)。實(shí)驗(yàn)中可用旋緊、旋松瓶蓋的方法開(kāi)、關(guān)計(jì)時(shí)器。 (1)測(cè)出計(jì)時(shí)器的