1111.4 實驗：用打點計時器測速度一、教學(xué)目標1.了解電磁打點計時器和電火花打點計時器的基本構(gòu)成，知道打點計時器的計時原理，并學(xué)會安裝并使用打點計時器。2.學(xué)會根據(jù)紙帶上的點分析速度的變化情況，并學(xué)會測定平均速度和測量瞬時速度。3.明確速度時間圖象的意義，描點法畫圖象的方法，并畫出實驗中的速度時間圖象。4.通過對紙帶的處理過程培養(yǎng)學(xué)生獲取信息、處理信息的能力，體會處理問題的方法，領(lǐng)悟如何間接測一些不能直接測量的物理量的方法。5.通過畫速度時間圖象培養(yǎng)學(xué)生用圖象法處理數(shù)據(jù)的能力，體驗數(shù)學(xué)工具在物理發(fā)展中的作用。二、教學(xué)重點與難點重點:1.打點計時器的使用。2.由紙帶計算物體運動的瞬時速度。3.畫物體的速度時間圖象。難點:1.對紙帶數(shù)據(jù)的處理。2.畫圖象的方法。三、教學(xué)方法實驗探究式教學(xué)方法四、教學(xué)設(shè)計（一）新課內(nèi)容1.打點計時器的認識先讓學(xué)生閱讀教材,然后老師提出問題,引導(dǎo)學(xué)生回答:(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)打點計時器打出的紙帶可以記錄某段時間內(nèi)的位移,能不能記錄時間?(4)說出電磁打點計時器的構(gòu)造?工作原理?如圖141所示。(5)復(fù)寫紙放在紙帶上邊還是下邊?(6)解釋電火花計時器的工作原理?如圖142所示,它與電磁打點計時器相比,哪一種誤差小?原因是什么?2.練習(xí)使用打點計時器指導(dǎo)學(xué)生動手練習(xí)使用打點計時器，要讓學(xué)生按步驟有序操作,并打出幾根紙帶。圖143選擇一條點跡清晰的紙帶,如圖143所示,引導(dǎo)學(xué)生回答下列問題:(1)怎樣從打出的紙帶中獲取數(shù)據(jù)?指導(dǎo)學(xué)生用列表格的形式把數(shù)據(jù)列出。(2)怎樣根據(jù)紙帶上的點跡計算紙帶的平均速度？(用紙帶上兩個點之間的距離除以兩個點之間的時間間隔,即根據(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。)(3)在打出的B、C兩個點的時間間隔中,紙帶運動的平均速度是多少?(4)如果紙帶上的點跡分布不均，那么，點跡密集的地方表示運動的速度較大還是較??？(在紙帶上相鄰兩點間的時間間隔均為0.02s，所以點跡密集的地方表示紙帶運動的速度很小)3.用打點計時器測量瞬時速度(1)在圖143中求出B、C之間的平均速度,如果要求不很精確,能否用該平均速度表示B點右邊一點的瞬時速度?(2)能否把該點的速度表示的更準確一點?(3)如果想每隔0.1s測一次速度,應(yīng)怎么辦?(4)把測量所選“測量點”在內(nèi)的一段位移填入表格。(5)引導(dǎo)學(xué)生求出上述“測量點”附近的平均速度。(6)引導(dǎo)學(xué)生把上述的平均速度作為對應(yīng)點的瞬時速度填入表格。(7)引導(dǎo)學(xué)生分析表格中速度的變化情況。4.用圖象表示速度為了更直觀地反映物體的運動情況，我們可以用v-t圖象來表示速度隨時間的變化規(guī)律。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(yīng)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。教師提出下列問題:(1)圖象上每一點的意義是什么?(表示該時刻物體的瞬時速度)(2)如要求這些點中間一個時刻的速度是多少,應(yīng)怎么辦?(把這些點連接起來,在連線上與該時刻對應(yīng)的點的速度就是該時刻的瞬時速度)(3)把這些點連接起來,是什么形狀?(是折線。因速度的實際變化是比較平滑的,故要用平滑的曲線把它們連接起來)（三）典型例題【例1】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平均速度解析：從打下的紙帶上數(shù)一下點的個數(shù)就知道時間，因為兩個點的時間間隔為0.02s.故A選項正確。用刻度尺量一下任意兩個點間的距離，就知道了物體的位移。故B選項正確。從紙帶上不能直接得到加速度、平均速度，只可以間接計算。故C、D選項錯誤。答案：AB【例2】電磁打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器，當(dāng)電源頻率為50 Hz時，振針每隔0.02 s在紙帶上打一個點，現(xiàn)在用此打點計時器測定物體的速度，當(dāng)電源的頻率低于50 Hz時，數(shù)據(jù)計算仍然是按照每隔0.02 s打一個點來處理的則測出的速度數(shù)值與物體的實際速度相比，是偏大還是偏小?為什么?解析：當(dāng)電源頻率低于50 Hz時，實驗中實際時間間隔大于0.02 s，數(shù)值計算時如按照實際時間間隔，得到實際速度，若實驗時仍用0.02 s作為時間間隔來計算，實驗數(shù)值比物體的實際速度偏大點評：有關(guān)實驗誤差的分析對學(xué)生來說是一個難點，突破方法是根據(jù)實驗原理分析，同學(xué)們應(yīng)該仔細體會，理解【例3】用同一底片對著小球運動的路徑每隔0.1 s拍一次照，得到的照片如圖144所示求小球的平均速度圖144解析：根據(jù)題意，小球從1 cm到6 cm位置，位移s5 cm，所用時間t0.3 s，平均速度vst0.17 ms點評：本題初看是一新情景的題，經(jīng)分析可看出本題的做法與利用打點計時器打出的紙帶進行數(shù)據(jù)處理的方法一致題目不難，學(xué)生能很快求出平均速度所以培養(yǎng)學(xué)生的遷移能力是非常重要的【例4】如圖145所示，是一條利用打點計時器打出的紙帶，0、1、2、3、4、5、6是七個計數(shù)點，每相鄰兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出，各計數(shù)點到0的距離如圖所示求出各計數(shù)點的瞬時速度并畫出速度一時間圖線解析:(1)1點是0、2間的中間時刻，求出0、2間的平均速度即可認為是1點的瞬時速度，同理2、3、4、5點的瞬時速度也可求出0和6兩個點的瞬時速度不便求出然后畫出速度一時間圖線注意相鄰計數(shù)點間的時間間隔T0.1s即:v1=0.195m/s,v2=0.40m/s,v3=0.51m/s,v4=0.69m/s,v5=0.70m/s。(2) 以O(shè)點為坐標原點建立直角坐標系橫坐標：表示時間縱坐標：表示速度根據(jù)第一問計算出的結(jié)果在直角坐標系中描點，然后連線得到圖象如圖146所示圖145圖146（四）課堂訓(xùn)練1.圖147為打點計時器打出的一條紙帶，從紙帶上看，打點計時器出的毛病是( )圖147A.打點計時器接在直流電源上 B.電源電壓不夠大C.電源頻率不夠大 D.振針壓得過緊2.甲、乙兩物體的vt圖象如圖l48所示，則（）圖148A甲、乙兩物體都做勻速直線運動B甲、乙兩物體若在同一直線上，就一定會相遇C甲的速率大于乙的速率D甲、乙兩物體即使在同一直線上，也不一定會相遇 3.某興趣小組的同學(xué)們在做“用打點計時器測速度”的實驗中，讓重錘自由下落，打出的一條紙帶如圖149所示，圖中直尺的單位為cm，點O為紙帶上記錄到的第一點，點A、B、C、D依次表示點O以后連續(xù)的各點。已知打點計時器每隔T=0.02 s打一個點。圖149（1）打點計時器打下點G時重錘的速度可用表達式vG=_進行計算，式中各量的意義是_（2）用上式計算出打下點G時重錘的速度為vG=_m/s5在“用打點計時器測速度”的實驗中，某次實驗中的紙帶如圖1410所示，取O為起點位置，每隔5個間隔為一個計數(shù)點，實驗使用的電源是50 Hz的低壓交流電源，其中OA0.60 cm，OB2.40 cm，OD9.60 cm則OC距離是_cm，在B計數(shù)點處的瞬時速度v8_ms（圖中單位為cm）圖1410五、跟蹤練習(xí)1.下列關(guān)于使用打點計時器的說法，其中正確的是（ ）A.不要在未放紙帶時通電打點，每次打點完畢，應(yīng)及時切斷電源，切忌長時間通電使用B.每打完一條紙帶，要將復(fù)寫紙調(diào)整一下，確保下一次打點清晰C.若發(fā)現(xiàn)振片振幅不穩(wěn)定，應(yīng)調(diào)節(jié)振片螺母，以使振動穩(wěn)定D.若打出的點帶尾巴或雙點，則是由于打點針太長所造成的，應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)打點針的長度2.利用打點計時器打出的紙帶可求出（ ）A.能準確求出某點的瞬時速度B.能粗略地求出某點的瞬時速度C.能準確求出某位移內(nèi)的平均速度D.可利用某時段的平均速度代表某點的瞬時速度 3.下列關(guān)于打點計時器的說法中正確的是（）A打點計時器使用低壓直流電源B打點計時器使用低壓交流電源C使用打點計時器打出的紙帶相鄰兩個點的時間間隔為0.02 sD使用打點計時器打出的紙帶相鄰兩個點的時間間隔為0.1 s4.使用打點計時器時應(yīng)注意（）A無論使用電磁打點計時器還是電火花計時器，都應(yīng)該把紙帶穿過限位孔，再把套在軸上的復(fù)寫紙片壓在紙帶的上面B使用打點計時器時應(yīng)先接通電源，再拉動紙帶C使用打點計時器在拉動紙帶時，拉動的方向應(yīng)與限位孔平行D使用打點計時器時應(yīng)將打點計時器先固定在桌子上5.甲和乙兩個物體在同一直線上運動, 它們的vt圖像分別如圖1411中的a和b所示. 在t1時刻( )A.它們的運動方向相同B.它們的運動方向相反C. 甲的速度比乙的速度大D. 乙的速度比甲的速度大圖14116.如圖1412所示，根據(jù)打點計時器打出的紙帶判斷哪條紙帶表示物體做勻速運動（ ）ABCD圖14127.電磁打點計時器的電源應(yīng)是_電源，通常的工作電壓為_伏，實驗室使用我國民用電時，每隔_秒打一次點，如果每打5個取一個計數(shù)點，即相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔為_秒。8.如圖1413所示是一條利用打點計時器打出的紙帶，求A點的瞬時速度圖1413 9.如圖1414所示是用紙帶拖動小車用打點計時器測定速度打出的一條紙帶A、B、C、D、E為我們在紙帶上所選的記數(shù)點相鄰計數(shù)點間的時間間隔為0.1 s試求：打點計時器打下B、C、D各點時小車的即時速度圖141410.（2001上海）利用打點計時器研究一個約1. 4高的商店卷簾窗的運動。將紙帶粘圖1415在卷簾底部，紙帶通過打點計時器隨簾在豎直面內(nèi)向上運動。打印后的紙帶如圖1415所示，數(shù)據(jù)如表格所示。紙帶中AB、BC、CD每兩點之間的時間間隔為0.10s，根據(jù)各間距的長度，可計算出卷簾窗在各間距內(nèi)的平均速度V平均?？梢詫平均近似地作為該間距中間時刻的即時速度V。（1）請根據(jù)所提供的紙帶和數(shù)據(jù)，繪出卷簾窗運動的V-t圖線。（2）AK段的平均速度為 m/s。 六、課堂訓(xùn)練及跟蹤練習(xí)答案課堂訓(xùn)練參考答案:1.CD;2.ACD;3.(1)，F(xiàn)H表示F、H兩點間的距離,vG= 1.30 m/s;4. 6.00,0.54。跟蹤練習(xí)參考答案:1.ABCD;2.BCD;3.BC;4.BCD;5.AD;6.B;7.低壓交流，46,0.02秒，0.1;8.4m/s;9.vB=0.26m/s,vC=0.30m/s,vD=0.34m/s;10.（1）如圖1416所示,(2)VAK=1.39m/s。圖1415111