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第一章 運動的描述
第4節 測量直線運動物體的瞬時速度
1.了解打點計時器的結構、工作原理及使用方法。
2.學會用打點計時器測量物體的速度。
01 打點計時器
(1)構造
1.電火花打點計時器
（2）工作電壓：
220V的交流電源
(3)工作原理
利用火花放電使墨粉在紙帶上打出墨點而顯出點跡的一種計時儀器。給電火花打點計時器接220V電源，計時器發出的脈沖電流，接正極的放電針和墨粉紙盤到接負極的紙盤軸，產生火花放電，于是在紙帶上打出一系列的點，而且在交流電的每個周期放電一次，因此電火花打點計時器打出點間的時間間隔等于交流電的周期0.02s。
(1)構造
2.電磁打點計時器
（2）工作電壓：
4 V~6 V的交流電源
(3)工作原理
當給電磁打點計時器通電后，線圈產生磁場，放在線圈中的振片被磁化，由于線圈通的是交變電流，電流方向不斷變化，振片就會因反復地受到向上、向下的吸引而不停地振動起來．當交變電流的頻率是50 Hz時，電磁打點計時器的振針每0.02 s打下一個點.
3.打點計時器的比較
電磁打點計時器 電火花計時器
原理
電源
打點周期
優缺點
電磁作用下振針振動打點
脈沖電流經放電針、
墨粉紙盤放電打點。
4-6V交流電源
220V交流電源
0.02s（頻率：50HZ）
振針和紙帶間的摩擦以及限位孔和紙帶間的摩擦，系統誤差較大
阻力極小,
系統誤差較小
知識點二：用打點計時器測量瞬時速度的方法
(1)實驗器材
電磁打點計時器(或電火花計時器)、紙帶、刻度尺、導線、復寫紙片、低壓交流電源(頻率是50 Hz,電火花計時器使用220 V交流電源,頻率也為50 Hz)
(2)實驗步驟
①把電磁打點計時器固定在桌子上,紙帶穿過限位孔,把復寫紙套在定位軸上,并且壓在紙帶上面。
②把電磁打點計時器的兩個接線柱接到4~6 V的低壓交流電源上。
實驗1：練習使用打點計時器
③接通電源開關,用手水平拉動紙帶,使它在水平方向上運動,紙帶上就打下一系列點。隨后立即關閉電源。
④取下紙帶,從能看得清的某個點開始(起始點),往后數出若干個點,如果共有n個點,那么n個點與第1個點之間的間隔數為n-1個,則紙帶的運動時間Δt=(n-1)×0.02 s。
⑤用刻度尺測量出從起始點到第n個點間的距離Δx。
⑥利用公式v=計算出紙帶在這段時間內的平均速度。
點數n/個 點間隔數（n-1）/個 時間t/s 位移x/m
(3)注意事項
①實驗前，應將打點計時器固定好，以免拉動紙帶時晃動，并要先輕輕試拉紙帶，應無明顯的阻滯現象。
②使用計時器打點時，應先接通電源，待打點計時器打點穩定后再拉動紙帶。
③手拉動紙帶時速度應快一些，以防點跡太密集。
④使用電火花計時器時，應注意把紙帶正確穿好，墨粉紙盤位于紙帶上方；使用電磁打點計時器時，應讓紙帶穿過限位孔，壓在復寫紙下面。
⑤使用電磁打點計時器時，如打出點較輕或是短線，應調整振針距復寫紙的高度。
⑥打點計時器不能連續工作太長時間，打點之后應立即關閉電源。
⑦對紙帶進行測量時，不要分段測量各段的位移，正確的做法是一次測量完畢(可先統一測量出各個測量點到起始測量點O之間的距離)。讀數時應估讀到毫米的下一位。
(4)誤差分析
①利用平均速度來代替計數點的瞬時速度造成系統誤差。為減小此種誤差，應取以計數點為中心的較小位移Δx來求平均速度。
②測量計數點間的位移x帶來誤差。減小此誤差的方法是一次測量完成，即一次測出各計數點到起始計數點O的距離，再分別計算出各計數點間的距離。
實驗2：測量沿斜面運動小車的瞬時速度
(1) 如圖所示，把打點計時器固定在斜面的頂端，將一輛系有紙帶的小車放置在斜面上。接通打點計時器的電源，讓打點計時器開始打點，然后放手讓小車帶動紙帶運動，在紙帶上打出一系列的點，記錄下小車的運動信息。
用打點計時器記錄小車的運動信息
(2) 在紙帶上選取點跡清晰的一段，將某個能看清的點標為 0，以后每隔0.1s標一個計數點，相鄰計數點間的位移為 s1，s2，s3，s4，s5 (如圖所示)。用刻度尺測量相鄰計數點間的位移，將測量結果填入下表中。
實驗中選取的紙帶
(3) 計算包含某個計數點在內的一段位移x ，同時記錄對應的時間 t (電源的頻率f=50 Hz)，利用v =計算該計數點的瞬時速度，將結果填入表中。
相鄰計數點間的位移和各計數點的速度
根據表中的數據，在圖中作出v-t 圖像 (以0計數點作為計時起點)，并根據圖像說明小車的運動情況。
小車運動的v-t圖像
(1)裝置組成：數字計時器和光電門。
(2)計時原理：當寬度一定的物體通過光電門時，光線被遮擋，數字計時器開始計時；當物體離開光電門時，數字計時器停止計時。這樣就可以記錄物體遮擋一個光電門光線的短暫時間。
(3)應用：數字計時器還可以記錄物體經過兩個光電門之間的時間以及測量物體運動的瞬時速度和平均速度。
4.數字計時器
1.(多選)對電磁打點計時器和電火花計時器的有關說法中,正確的是( )
A.電磁打點計時器和電火花計時器都使用交流電
B.兩種打點計時器的打點頻率與交流電源的頻率一樣
C.電火花計時器在紙帶上打點是靠振針和復寫紙
D.電磁打點計時器在紙帶上打點是靠電火花和墨粉
AB
2.一打點計時器所用電源頻率是50 Hz,如圖所示,紙帶上的A點先通過打點計時器,相鄰兩點間的距離已標在圖中,A、B間歷時 s,位移為 m,這段時間內紙帶運動的平均速度是 m/s,AD段內的平均速度為 m/s。
答案 0.04 0.028 0.70 0.76
3.某同學在用打點計時器測速度的實驗中,用打點計時器記錄了被小車拖動的紙帶的運動情況,在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個計數點。相鄰計數點間的距離如圖所示,每兩個相鄰的計數點之間的時間間隔為0.1 s。(本題計算結果均保留3位有效數字)
(1)在實驗中,使用打點計時器時應先　　　 再　　　　 (填“釋放紙帶”或“接通電源”)。
(2)每兩個計數點間還有　　　　個點沒有標出。
(3)試根據紙帶上各個計數點間的距離,每隔0.1 s測1次速度,計算出打下B、C、D 3個點時小車的瞬時速度,并將各個速度值填入下表。
計數點 B C D E F
速度/(m·s-1) 0.640 0.721
接通電源
釋放紙帶
4
0.400
0.479
0.560
4.在用打點計時器研究小車在重物牽引下運動的實驗中,某同學有如下操作步驟,其中錯誤的步驟是 ,有遺漏的步驟是 。
A.拉住紙帶,將小車移至靠近打點計時器處,松開紙帶后再接通電源
B.將打點計時器固定在平板上,并接好電路
C.把一條細繩拴在小車上,細繩跨過定滑輪,下端懸掛適當的鉤碼
D.取下紙帶
E.放手,使小車在平板上運動
F.將紙帶固定在小車尾部,并穿過打點計時器的限位孔
將以上步驟完善后按合理序號排列 。
答案 AB D BFCAED
2.用打點計時器測量瞬時速度的方法
實驗1：練習使用打點計時器
實驗2：測量沿斜面運動小車的瞬時速度
1.打點計時器的使用原理及結構
電磁打點計時器
電火花打點計時器
數字計時器

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