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(共24張PPT)
第一章 運動的描述
第4節 測量直線運動物體的瞬時速度
如果你看到窗外飛舞的蝴蝶,你能測定它的速度嗎 這可能比較難。但如果測定做直線運動的物體的速度,就相對容易一些，可以借助打點計時器來測定。你知道打點計時器怎樣使用嗎
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。
知識點一：了解打點計時器
電磁打點計時器
電火花打點計時器
打點計時器是一種記錄物體運動位移和時間信息的儀器
1.電火花計時器
（1）工作電壓：____ V交流電源；
220
（2）原理：通過每間隔一個固定的時間
（即周期）放電產生的火花在紙帶上打出一系列的點。我們國家交流電的頻率是50HZ,所以每隔0.02s打一次點
（2）原理：接通交流電源后，在線圈和永久磁鐵的作用下，振片便振動起來，帶動其上的振針上下振動。這時，如果紙帶運動，振針就通過復寫紙在紙帶上留下一行小點。
（1）工作電壓：4 ~ 6 V交流電源
2.電磁打點計時器
（3）打點計時器的作用：打點計時器是一種使用 電源的計時儀器，當電源頻率為50 Hz時，它每隔 打一次點.
交流
0.02 s
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
在直線運動中，要測量物體在某一點的瞬時速度，可以用測量包含這一點的平均速度來近似替代。如圖所示的是物體做直線運動時打點計時器記錄物體運動軌跡打出的紙帶。
測量出包括點 E 在內的 D，F 兩點間的位移x和時間t，算出紙帶在這兩點間的平均速度 ，用這個平均速度近似表示紙帶經過點 E 時的瞬時速度(如紙帶 1 所示)。D，F 兩點離點 E 越近，算出的平均速度越接近點 E 的瞬時速度(如紙帶 2 所示)，然而 D，F 兩點距離過小則測量相對誤差增大， 因而，應該根據實際情況選取這兩個點。
根據以上粗略表示某點瞬時速度的方法，在打出的紙帶上，選擇合適的計數點，測量包含這個點的一段時間內的位移 x，同時記錄對應的時間 t ，就可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。
實驗1：練習使用打點計時器
在動手練習使用打點計時器之前，請思考如下問題：
紙帶上的點與物體的位移和時間是如何對應的？怎樣將紙帶上的點轉化成相關的數據？怎樣根據紙帶上的點跡計算紙帶的平均速度？
把打點計時器固定在水平桌面上。觀察打點計時器，閱讀使用 說明書，了解它的結構，按照說明書安裝好紙帶。
接通交流電源，用手水平拉動紙帶，紙帶上就打出一系列點跡，然后關閉電源。
(3) 取下紙帶，選擇某個清晰的點，往后數出若干個點，如果數出n個點,則第n個與第1個點之間的間隔數為 (n-1) 個，由 t=0.02(n-1)s 計算出紙帶從第一個點運動到第 n 個點的時間。
(4) 用刻度尺測量出從第一個點到第 n 個點的距離 x。 把測量值和計算結果填入表中。
點數n/個 點間隔數（n-1）/個 時間t/s 位移x/m
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.根據電磁打點計時器的工作原理可知,影響其打點周期的主要因素是( )
A.振片的長度 B.振針的長度
C.電源的頻率 D.電源的電壓
C
2.某同學使用打點計時器所得到的一條紙帶如圖所示。圖中前幾個點模糊,因此從O點開始每隔4個點取一個計數點。根據紙帶判斷,以下說法正確的是( )
A.左端與物體相連,相鄰兩計數點間時間間隔為0.02 s
B.左端與物體相連,相鄰兩計數點間時間間隔為0.1 s
C.右端與物體相連,相鄰兩計數點間時間間隔為0.02 s
D.右端與物體相連,相鄰兩計數點間時間間隔為0.1 s
B
3.當紙帶與運動物體連接時,打點計時器在紙帶上打出點跡,下列關于紙帶上點跡的說法中錯誤的是( )
A.點跡記錄了物體運動的時間
B.點跡記錄了物體在不同時刻的位置和某段時間內的位移
C.紙帶上點跡的分布情況反映了物體的質量和形狀
D.紙帶上點跡的分布情況反映了物體的運動情況
C
4.一條利用頻率為50 Hz的打點計時器打出的紙帶如圖所示,0、1、2、3、4、5、6是七個計數點,每相鄰兩個計數點之間還有四個計時點未畫出,測得各計數點到0點的距離已在圖上標出,求各計數點的瞬時速度并畫出v-t圖像。
解析 1點是0點和2點間時間的中間時刻,求出0點和2點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,然后畫出圖線,注意相鄰計數點間的時間間隔T=0.1 s。各段時間的平均速度作為中間時刻的瞬時速度分別為v1=0.195 m/s;v2=0.40 m/s;v3=0.61 m/s;v4=0.69 m/s;v5=0.70 m/s,再以O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,在直角坐標系中描點,然后連線得到v-t圖像如圖所示。
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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