高一必修一打點(diǎn)計(jì)時器講義

1、1、 教學(xué)目標(biāo)1、知道電磁打點(diǎn)計(jì)時器和電火花打點(diǎn)計(jì)時器的基本構(gòu)造和工作原理2、知道如何使用打點(diǎn)計(jì)時器3、能通過紙帶上點(diǎn)的位置關(guān)系分析物體的運(yùn)動，會用打出的紙帶求平均速度、加速度2、 重難點(diǎn)根據(jù)紙帶上點(diǎn)的位置，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，求解物體運(yùn)動3、 知識點(diǎn)梳理1、 了解電磁打點(diǎn)計(jì)時器和電火花打點(diǎn)計(jì)時器的基本構(gòu)造和工作原理（1）電磁打點(diǎn)計(jì)時器和電火花打點(diǎn)計(jì)時器的構(gòu)造分別如下圖甲、乙所示：（2） 電磁打點(diǎn)計(jì)時器的工作原理電磁打點(diǎn)計(jì)時器是利用電磁原理打點(diǎn)計(jì)時的一種儀器，它的工作原理可以用圖1-4-2甲、乙來說明.當(dāng)線圈中通人的交流電為正半周時，設(shè)電流方向如圖1-4-2甲所示，則線圈中被磁化的鋼制簧片左端為n極

2、，永久磁鐵使簧片受到一個向下的力;當(dāng)交流電轉(zhuǎn)為負(fù)半周時，電流方向如圖1-4-2乙所示，簧片左端變?yōu)閟極，永久磁鐵使簧片受到一個向上的力.隨著交變電流方向的周期性變化，簧片周期性地受到向下、向上的力就振動起來.位于簧片一端的振針隨簧片的振動而在復(fù)寫紙上打點(diǎn).如果在復(fù)寫紙下有運(yùn)動的紙帶，振針就在紙帶上打出了一系列的點(diǎn).交流電源的頻率為50 hz時，它每隔0.02 s打一個點(diǎn)，即打出的紙帶上每相鄰兩點(diǎn)間的時間間隔是0.02 s.（3）電火花計(jì)時器的工作原理電火花計(jì)時器的原理與電磁打點(diǎn)計(jì)時器相同，不過在紙帶上打點(diǎn)的不是振針和復(fù)寫紙，而是電火花和墨粉，它是利用火花放電在紙帶上打出小孔而顯示點(diǎn)跡的計(jì)時儀器

3、.使用時，墨粉紙盤套在紙盤軸上，把紙帶穿過限位孔.當(dāng)接通電源、按下脈沖輸出開關(guān)時，計(jì)時器發(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，于是在運(yùn)動的紙帶上就打出一行點(diǎn)跡.當(dāng)電源頻率是50 hz時，也是每隔0. 02 s打一次點(diǎn).2、 用打點(diǎn)計(jì)時器測速度（1） 實(shí)驗(yàn)步驟 把電磁打點(diǎn)計(jì)時器固定在桌子上，讓紙帶穿過兩個限位孔，壓在復(fù)寫紙的下面. 把電磁打點(diǎn)計(jì)時器的兩個接線柱用導(dǎo)線分別與電源接線柱相連接. 打開電源開關(guān)，用手水平地拉動紙帶，紙帶上就打下了許多小點(diǎn). 取下紙帶，關(guān)閉電源.從能看得清的某個點(diǎn)數(shù)起，數(shù)一數(shù)紙帶上共有多少小點(diǎn).如果共有n個點(diǎn)，那么點(diǎn)的間隔數(shù)為(n-1)個，紙帶的運(yùn)動時間

4、 =0.02（n-1）s. 用刻度尺測量一下從開始計(jì)數(shù)的一點(diǎn)到最后一點(diǎn)間的距離. 利用公式計(jì)算出紙帶在這段時間內(nèi)的平均速度.在紙帶上取連續(xù)的6個點(diǎn)，用刻度尺量出相鄰兩個點(diǎn)間的距離，判斷紙帶的這段運(yùn)動是勻速運(yùn)動還是變速運(yùn)動.判斷依據(jù)是:若連續(xù)兩點(diǎn)間的距離相等，則物體做勻速運(yùn)動;反之，則做變速運(yùn)動.（2） 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 根據(jù)紙帶分析物體的運(yùn)動情況并計(jì)算平均速度 a、在紙帶上相鄰兩點(diǎn)的時間間隔均為0. 02 s(電源頻率為50 hz )，所以點(diǎn)跡密集的地方表示紙帶運(yùn)動的速度小. b、根據(jù)，求出任意兩點(diǎn)間的平均速度，這里可以用直尺測量出兩點(diǎn)間的距離，為兩點(diǎn)間的時間間隔數(shù)與0. 02 s的乘積.這里必須

5、明確所求的是哪兩點(diǎn)之間的平均速度. 粗略計(jì)算瞬時速度 某點(diǎn)e的瞬時速度可以粗略地由包含e點(diǎn)在內(nèi)的兩點(diǎn)間的平均速度來表示，如圖1-4-3所示，或 【說明】在粗略計(jì)算e點(diǎn)的瞬時速度時，可利用公式來求解，但需注意的是，如果取離e點(diǎn)越接近的兩點(diǎn)來求平均速度，這個平均速度越接近e點(diǎn)的瞬時速度，但是距離過小會使測量誤差增大，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選取這兩個點(diǎn).3、探究小車速度隨時間變化的規(guī)律（1）實(shí)驗(yàn)原理 把紙帶跟運(yùn)動物體連接在一起，并穿過打點(diǎn)計(jì)時器，這樣紙帶上的點(diǎn)不但記錄了物體的運(yùn)動時間，而且相應(yīng)地表示運(yùn)動物體在不同時刻的位置，研究這些點(diǎn)的情況，就可以了解物體的運(yùn)動情況.（2） 實(shí)驗(yàn)步驟 把附有滑輪的長木板放在

6、實(shí)驗(yàn)臺上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計(jì)時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路.如圖2-1-1所示. 把一條細(xì)繩拴在小車上，使細(xì)繩跨過滑輪，下面掛上合適的鉤碼.放手后，看小車能否在木板上平衡地加速滑行，然后把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時器，并把紙帶的一端固定在車的后面.使小車停在打點(diǎn)計(jì)時器處，先接通電源，后釋放小車讓小車拖著紙帶運(yùn)動，打點(diǎn)計(jì)時器就在紙帶上打下一列小點(diǎn)，取下紙帶，將此紙帶記錄為紙帶i. 增加一個鉤碼，按上述方法打出紙帶ii. 在打紙帶i時的基礎(chǔ)上減少一個鉤碼，仍按上述方法打出紙帶iii.整理器材.（3）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 紙帶的選取 從三條紙帶上選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開頭一些比較密集的點(diǎn)

7、，在后邊便于測量的地方找一個開始點(diǎn)來確定計(jì)數(shù)點(diǎn).為計(jì)算方便和減小誤差，通常用連續(xù)打五個點(diǎn)的時間作為時間間隔，即t=0.1 s. 采集數(shù)據(jù)的方法如圖2-1 -2所示，不直接測量兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，而是要先量出各個計(jì)數(shù)點(diǎn)到計(jì)時零點(diǎn)的距離x1、x2 、x3、x4然后再計(jì)算出相鄰的兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離. 速度的計(jì)算方法各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時速度用平均速度來代替，即,(為相鄰兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔) 將各計(jì)數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的時刻及瞬時速度填人下表中:4、 由紙帶求加速度的方法 由圖2-1-5所示的紙帶各計(jì)數(shù)點(diǎn)1,2,3,4,5所對應(yīng)的速度分別是v1、v2、v3、v4、v5， t為計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時間間隔.方法一:依各相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)

8、間的加速度求.從結(jié)果看，真正參與運(yùn)算的只有v1和，中間各點(diǎn)的瞬時速度在運(yùn)算中都未起作用. 方法二:逐差法求 分別以1,4,2,5 ,3 ,6,等點(diǎn)的速度計(jì)算加速度，即 這樣可使各點(diǎn)的瞬時速度都參與了運(yùn)算，可減小誤差。比較兩種方法，“方法二”比“方法一”好，一般不用方法一。 方法三:由圖象求加速度由多組數(shù)據(jù)描繪出v-t圖象，v-t圖象的直線斜率即為物體運(yùn)動的加速度. 三種方法中，最準(zhǔn)確，科學(xué)的是方法三，不過較繁瑣一點(diǎn).4、 典型例題【例1】 如圖1-4-13所示的四條紙帶，是某同學(xué)練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時器得到的紙帶(紙帶的左端先通過打點(diǎn)計(jì)時器).從點(diǎn)跡的分布情況可以斷定：紙帶 a、c 是勻速通過打點(diǎn)計(jì)

9、時器的，紙帶 b 是越走越快的，紙帶 d 是開始越走越快，后來又越走越慢的。若所用電源的頻率是50 hz ,圖中d紙帶，從a點(diǎn)通過計(jì)時器到b點(diǎn)通過計(jì)時器，歷時 0.04 s，位移為 0.27 m,這段時間內(nèi)紙帶運(yùn)動的平均速度是 6.75 m/ s ，bc段的平均速度是 11.00 m/s ，ad段的平均速度是 7.88 m/s (保留兩位小數(shù)). 【解析】速度是單位時間內(nèi)物體所通過的位移。紙帶上每相鄰兩點(diǎn)間的時間間隔相等，因此物體勻速運(yùn)動時，相鄰兩.點(diǎn)間的距離相等，所以a,c紙帶是勻速通過打點(diǎn)計(jì)時器的；b紙帶相鄰兩點(diǎn)間距離越來越大，則速度越來越大，因此b紙帶是越來越快地通過打點(diǎn)計(jì)時器的；d紙帶

10、相鄰兩點(diǎn)間的距離先變大，后變小，說明速度先變大后變小，因此d紙帶是開始越來越快，后來又越來越慢。所用電源的頻率是50 hz，則相鄰兩點(diǎn)間的時間間隔為0. 02 s，從a點(diǎn)到b點(diǎn)有兩段時間間隔，所以時間為0. 04 s ,位移為0. 27 m，這段時間的平均速度為，代入數(shù)值得平均速度為6. 75 m/s. bc段的位移為22 cm，即0. 22 m ,所用時間為0.02s，代入上式得平均速度為11. 00 m/s，而ad段的位移為63 cm,即0. 63 m,所用時間為0.08s，代入上式得平均速度為7. 88 m/s.答案a , c b d 0. 04 0. 27 6. 75 11. 00 7

11、. 88【例2】在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，從0點(diǎn)開始每5個點(diǎn)取1個計(jì)數(shù)點(diǎn)的紙帶如圖2-1-8所示，其中，0,1,2 ,3 ,4 ,5 ,6都是計(jì)數(shù)點(diǎn)。測得x1=1. 40 cm , x2=1. 90 cm , x3 = 2.38 cm,x4=2. 88 cm，x5=3. 39 cm，x6=3. 87 cm.(1) 在打點(diǎn)計(jì)時器打出點(diǎn)1,2,3,4,5時，小車的速度分別為v1= 16.50 cm/s,v2= 21.40 cm/s,v3= 26.30 cm/s,v4= 31.35 cm/s,v5= 36.30 cm/s;(2)在平面直角坐標(biāo)系中作出小車運(yùn)動的v-t圖象;(3)分析

12、小車的速度隨時間變化的規(guī)律.【解析】(1)相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔t=0.02 5s=0. 1 s則 （2）以時間t為橫軸，速度v為縱軸，建立直角坐標(biāo)系. 根據(jù)以上計(jì)算出來的各計(jì)數(shù)時刻的速度值，用描點(diǎn)法即可作出小車運(yùn)動的，v-t圖象，如圖2-1-9所示. (3)由圖可知，描繪小車運(yùn)動的v-t圖象是一條向上傾料的直線，可判斷小車的速度是隨時間均勻增加的.【點(diǎn)評】(1)處理紙帶時，一定要分清計(jì)時點(diǎn)和計(jì)數(shù)點(diǎn)的區(qū)別，搞清計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔t;(2)小車的速度隨時間均勻增加，意味著其加速度恒定.5、 課堂練習(xí) 在“測定勻變速直線運(yùn)動的加速度”的實(shí)驗(yàn)中，用打點(diǎn)計(jì)時器記錄紙帶運(yùn)動的時間，計(jì)時器所用電源的

13、頻率為50 hz，如圖111所示是一次實(shí)驗(yàn)得到的一條紙帶，紙帶上每相鄰的兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間都有四個點(diǎn)未畫出，按時間順序取0、1、2、3、4、5、6七個計(jì)數(shù)點(diǎn)，用刻度尺量出1、2、3、4、5、6點(diǎn)到0點(diǎn)的距離分別為1.40 cm、3.55 cm、6.45 cm、10.15 cm、14.55 cm、19.70 cm.由紙帶數(shù)據(jù)計(jì)算可得計(jì)數(shù)點(diǎn)4所代表時刻的瞬時速度大小為v4_ m/s，小車的加速度大小a_m/s2.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)圖111解析：v4 m/s0.405 m/sx10.0140 m，x2x2x10.0215 mx3x3x20.0290 mx4x4x30.0370 mx5x5x40.044

14、0 mx6x6x50.0515 mam/s20.756 m/s2.答案：0.4050.7566、 課后作業(yè)1、如圖是某同學(xué)用打點(diǎn)計(jì)時器研究某物體運(yùn)動規(guī)律時得到的一條紙帶根據(jù)圖中的數(shù)據(jù)，計(jì)算物體在ab段、bc段、cd段和de段的平均速度大小，判斷物體運(yùn)動的性質(zhì)ab1.20cde1.90cm2.402.38 【答案】物體在ab段、bc段、cd段和de段的平均速度大小分別是19.0cm/s、60cm/s、60cm/s、59.5cm/s，物體運(yùn)動的性質(zhì)是先加速，后勻速【解析】ab段的平均速度為 bc段的平均速度為 cd段的平均速度為 de段的平均速度為在誤差范圍內(nèi)，可認(rèn)為，則物體先加速，后勻速2、某次

15、實(shí)驗(yàn)用打點(diǎn)計(jì)時器交流電的頻率為50hz，紙帶的記錄如圖14所示,圖中o點(diǎn)為紙帶的第一個點(diǎn)，接下來的前幾個點(diǎn)模糊,因此從a點(diǎn)開始每打五個點(diǎn)取一個計(jì)數(shù)點(diǎn),推測紙帶的運(yùn)動是加速還是減速？在打出a、f這兩點(diǎn)的時間間隔中，紙帶運(yùn)動的平均速度是多大？ b點(diǎn)的瞬時速度為多大？oab1.30cdefg3.456.3410.0814.4019.55單位:cm圖14【解析】從a點(diǎn)開始每打五個點(diǎn)取一個計(jì)數(shù)點(diǎn)，計(jì)數(shù)點(diǎn)間只有5個間隔，則計(jì)數(shù)點(diǎn)間運(yùn)動的總時間為t=0.025s=0.1s，每隔0.1s紙帶運(yùn)動的位移分別是2.15cm、2.89cm、3.74cm、4.32cm、5.15cm，說明紙帶作加速運(yùn)動a、f間紙帶運(yùn)動的平均速度為b點(diǎn)的瞬時速度可以用ac、ad、ae或af段的平均速度表示，其中ac段的平均速度最接近b點(diǎn)瞬時速度3、如圖所示為一次記錄小車運(yùn)動情況的紙帶，圖中a、b、c、d、e、f、g為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時間間隔t0.1 s.圖 113(1)在圖114