第4節(jié)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康木毩?xí)使用電火花計(jì)時(shí)器或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，利用打上點(diǎn)的紙帶研究物體的運(yùn)動(dòng)情況。二、實(shí)驗(yàn)器材電火花計(jì)時(shí)器或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，紙帶，刻度尺，導(dǎo)線，電源三、實(shí)驗(yàn)步驟（1）把電火花計(jì)時(shí)器固定在桌子上，檢查墨粉紙盤是否已經(jīng)正確的套在紙盤軸上，檢查兩條白紙帶是否已經(jīng)正確的穿好，墨粉紙盤是否已經(jīng)夾在兩條白紙帶之間。（2）把計(jì)時(shí)器上的電源插頭插在交流220V電源插座上。（3）按下脈沖輸出開關(guān)，用手水平的拉動(dòng)兩條紙帶，紙帶上就打下一列小點(diǎn)。（4）取下紙帶，從能看得清的某個(gè)點(diǎn)開始，數(shù)一數(shù)紙帶上共有多少個(gè)點(diǎn)。如果共有n個(gè)點(diǎn)，點(diǎn)子的間隔數(shù)就為n-1個(gè)，用t=0.02(n-1)s計(jì)算出紙帶的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t.（5）用刻度尺測量一下，打下這些點(diǎn)，紙帶通過的距離s有多長。（6）利用公式計(jì)算出紙帶在這段時(shí)間內(nèi)的平均速度。把測量和計(jì)算的結(jié)果填入表1中。表1點(diǎn)子數(shù)n點(diǎn)子間隔數(shù)（n-1）運(yùn)動(dòng)時(shí)間t/s位移s/m平均速度（7）在紙帶上找出連續(xù)的6個(gè)點(diǎn)，分別標(biāo)上記號A、B、C、D、E、F。用刻度尺測出兩個(gè)相鄰點(diǎn)間的距離s1、s2、s3、s4、s5（如圖所示）把數(shù)據(jù)填入表2中。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，運(yùn)用你學(xué)過的知識，判斷紙帶的運(yùn)動(dòng)是勻速運(yùn)動(dòng)還是變速運(yùn)動(dòng)，并把判斷的結(jié)果和理由寫清楚。············ABCDEFs1s2s3s4s5表2A和B的距離s1/mB和C的距離s2/mC和D的距離s3/mD和E的距離s4/mE和F的距離s5/m判斷的結(jié)果和理由如果用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，則實(shí)驗(yàn)步驟的前三步相應(yīng)的應(yīng)當(dāng)是：（1）把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌子上，讓紙帶穿過兩個(gè)限位孔，壓在復(fù)寫紙的下面；（2）把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)接線柱用導(dǎo)線分別與6V的低壓交流電源的接線柱相連接；（3）打開電源開關(guān)，用手水平的拉動(dòng)紙帶，紙帶上就打上一列小點(diǎn)。然后，重復(fù)上面步驟（4）至（7），完成實(shí)驗(yàn)。四、注意事項(xiàng)：（1）將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌子上，以免在拉紙帶時(shí)晃動(dòng)它，并要輕輕試?yán)垘?，?yīng)無明顯阻滯現(xiàn)象，同時(shí)復(fù)寫紙應(yīng)該能隨紙帶的移動(dòng)而移動(dòng)。必要時(shí)，可通過定位軸的前后移動(dòng)來調(diào)節(jié)復(fù)寫紙的位置。（2）若紙帶上出現(xiàn)雙點(diǎn)或漏點(diǎn)現(xiàn)象，可通過適當(dāng)調(diào)整振動(dòng)片的長度予以糾正，若紙帶上出現(xiàn)拖痕和點(diǎn)跡不清，應(yīng)調(diào)整振針長度。五、能力測試：一、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的原理及使用1．電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用低壓交流電源工作，能不能使用直流電源？為什么？2．從原理上考慮，電火花計(jì)時(shí)器跟電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器相比，哪個(gè)誤差可能會更小？3．關(guān)于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用說法正確的是（）A．電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是6V以下的直流電源B．在測量物體速度時(shí)，先讓物體運(yùn)動(dòng)，后接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源C．使用的電源頻率越高，打點(diǎn)的時(shí)間間隔就越小D．電源的電壓越高，打點(diǎn)的時(shí)間間隔就越小4.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上的點(diǎn)跡，直接記錄了（）A．物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間B．物體在不同時(shí)刻的位置C．物體在不同時(shí)間內(nèi)的位移D．物體在不同時(shí)刻的速度歸納總結(jié)：（1）兩種計(jì)時(shí)器使用的都是交流電源，當(dāng)電源的頻率為50Hz時(shí)，都每隔0.02s打一次點(diǎn)。不過它們使用的工作電壓不同，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作電壓在6V以下，電火花計(jì)時(shí)器的工作電壓是220V。（2）電火花計(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。（3）實(shí)驗(yàn)時(shí)，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌子上，以免在拉紙帶時(shí)晃動(dòng)它，并要輕輕試?yán)垘?，?yīng)無明顯阻滯現(xiàn)象，同時(shí)復(fù)寫紙應(yīng)該能隨紙帶的移動(dòng)而移動(dòng)。必要時(shí)，可通過定位軸的前后移動(dòng)來調(diào)節(jié)復(fù)寫紙的位置。（4）若紙帶上出現(xiàn)雙點(diǎn)或漏點(diǎn)現(xiàn)象，可通過適當(dāng)調(diào)整振動(dòng)片的長度予以糾正；若紙帶上出現(xiàn)拖痕和點(diǎn)跡不清，應(yīng)調(diào)整振針長度。二、實(shí)驗(yàn)步驟1．某學(xué)生在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度”的實(shí)驗(yàn)，如圖所示，其中有錯(cuò)誤與不妥之處，請把它找出來。2．實(shí)驗(yàn)前打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是否需要固定？為什么？如果需要固定，固定前應(yīng)如何做？3．你認(rèn)為使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，通電和拉紙帶的順序應(yīng)是什么？手拉紙帶的速度應(yīng)快些還是慢些？為什么？4．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器能否工作較長時(shí)間？打點(diǎn)之后有必要立即關(guān)閉電源嗎？5.使用電火花計(jì)時(shí)器分析物體運(yùn)動(dòng)情況的實(shí)驗(yàn)中：（1）在如下基本步驟中，正確的排列順序?yàn)開_____。A．把電火花計(jì)時(shí)器固定在桌子上B．安裝紙帶C．松開紙帶讓物體帶著紙帶運(yùn)動(dòng)D．接通220V交流電源E．按下脈沖輸出開關(guān)，進(jìn)行打點(diǎn)（2）在安裝紙帶時(shí)，要檢查墨粉紙盤是否已經(jīng)正確地套在______上，還要檢查______是否夾在紙帶之間。歸納總結(jié)：實(shí)驗(yàn)步驟（1）了解打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)，然后把它固定在桌子上。（2）把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)接線柱用導(dǎo)線與6V的低壓交流電源的接線柱相連接，讓紙帶穿過兩個(gè)限位孔，壓在復(fù)寫紙的下面。（3）接通電源，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，從能看得清的某個(gè)點(diǎn)數(shù)起，數(shù)一數(shù)紙帶上共有多少個(gè)點(diǎn)。如果共有n個(gè)點(diǎn)，則用Δt＝0.02×（n－1）s計(jì)算出紙帶的運(yùn)動(dòng)時(shí)間Δt。（5）用刻度尺測量一下打下這些點(diǎn)紙帶通過的距離Δx，利用公式eq\x\to(v)＝eq\f(Δx,Δt)計(jì)算紙帶在這段時(shí)間內(nèi)的平均速度。把測量和計(jì)算的結(jié)果填入表中。實(shí)驗(yàn)次數(shù)點(diǎn)數(shù)n點(diǎn)劃分出的間隔數(shù)n－1運(yùn)動(dòng)時(shí)間Δt/s位移Δx/m平均速度eq\x\to(v)/（m·s－1）12三、紙帶的測量和數(shù)據(jù)處理1．測量各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移時(shí)，逐個(gè)測量較好，還是一次測出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到起始計(jì)數(shù)點(diǎn)O的距離，再計(jì)算各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離較好？2．如圖所示，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50Hz，某次實(shí)驗(yàn)中得到一條紙帶，用厘米刻度尺測量情況如圖所示，紙帶在A、C間的平均速度為________m/s，A、D間的平均速度是________m/s；B點(diǎn)的瞬時(shí)速度更接近于________m/s。3．本實(shí)驗(yàn)在處理數(shù)據(jù)時(shí)誤差的可能來源是什么？（至少找出兩條）4.在“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度”的實(shí)驗(yàn)中，如圖所示給出了從0點(diǎn)開始，每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的紙帶，其中0、1、2、3、4、5、6都為計(jì)數(shù)點(diǎn)。測得x1＝1.40cm，x2＝1.90cm，x3＝2.38cm，x4＝2.88cm，x5＝3.39cm，x6＝3.87cm。那么：（1）在計(jì)時(shí)器打出點(diǎn)4時(shí)，求小車的速度。（2）在平面直角坐標(biāo)系中作出速度—時(shí)間圖象，并分析小車的速度如何變化。歸納總結(jié)：（1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T，則A、B、C、D……各點(diǎn)的瞬時(shí)速度分別為：vA＝eq\f(x1＋x2,2T)、vB＝eq\f(x2＋x3,2T)、vC＝eq\f(x3＋x4,2T)、vD＝eq\f(x4＋x5,2T)……。（2）物體的運(yùn)動(dòng)也可以用圖象描述，以速度v為縱軸，時(shí)間t為橫軸，在方格紙上建立直角坐標(biāo)系，把測出的紙帶上各點(diǎn)的速度在坐標(biāo)系中描點(diǎn)，并用一條平滑的曲線把這些點(diǎn)連起來，即可得到如圖所示的v－t圖象。六、布置作業(yè)1、完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告2、課后思考：通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到的一條打點(diǎn)紙帶上，如果點(diǎn)子的分布不均勻，那么，是點(diǎn)子密集的地方運(yùn)動(dòng)速度比較大，還是點(diǎn)子稀疏的地方運(yùn)動(dòng)速度比較大？參考答案一、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的原理及使用1．答案：當(dāng)線圈接上交流電源時(shí)，振片被磁化成一條形磁鐵，其兩端極性隨線圈中電流方向的改變而周期性地變化。由于振片處于永久磁鐵的兩極之間，在磁場的作用下而產(chǎn)生振動(dòng)，振片末端的振針就開始打點(diǎn)。直流電的電流方向不變化，故不能打點(diǎn)。2．答案：電火花計(jì)時(shí)器在使用中運(yùn)動(dòng)阻力極小，這種極小阻力來自于紙帶運(yùn)動(dòng)的本身，而不是打點(diǎn)產(chǎn)生的，因而系統(tǒng)誤差小，計(jì)時(shí)精度與交流電源頻率的穩(wěn)定程度一致，同時(shí)它的操作簡易，使用安全可靠。3．C解析：電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用交流電源，A錯(cuò)；使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)應(yīng)先接通電源，后讓物體運(yùn)動(dòng)，B錯(cuò)；打點(diǎn)的時(shí)間間隔T＝eq\f(1,f)，f是電源頻率，與電源的電壓高低無關(guān)，所以C正確，D錯(cuò)誤。4.答案：AB解析：電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器都是每隔0.02s在紙帶上打一個(gè)點(diǎn)，因此，打在紙帶上的點(diǎn)跡可直接反映物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，因?yàn)榧垘Ц\(yùn)動(dòng)物體連在一起，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定，所以紙帶上的點(diǎn)跡就相應(yīng)地記錄了物體在不同時(shí)刻的位置。用刻度尺量出各點(diǎn)跡間的間隔，可知道物體在不同時(shí)間內(nèi)的位移，再根據(jù)速度公式可算出物體在不同時(shí)刻的速度，但這些量不是紙帶上的點(diǎn)跡直接記錄的。二、實(shí)驗(yàn)步驟1．答案：電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必須接交流電源，而圖中所接為直流電源，顯然是個(gè)錯(cuò)誤；開始時(shí)，小車離定滑輪端太近，向前運(yùn)動(dòng)的余地太小，致使紙帶上的計(jì)時(shí)點(diǎn)過少，給測量帶來不便，產(chǎn)生較大誤差。2．答案：（1）實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定好。（2）以免拉動(dòng)紙帶時(shí)晃動(dòng)。（3）要先輕輕試?yán)垘?，?yīng)無明顯的阻滯現(xiàn)象。3．答案：（1）使用計(jì)時(shí)器打點(diǎn)時(shí)，應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)穩(wěn)定后，再拉動(dòng)紙帶。（2）手拉動(dòng)紙帶時(shí)速度應(yīng)快一些。（3）以防點(diǎn)跡太密集。4．答案：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器不能連續(xù)工作太長時(shí)間，打點(diǎn)之后有必要立即關(guān)閉電源，以保護(hù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。5.答案：（1）ABDEC（2）紙盤軸墨粉紙盤解析：根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，通過對實(shí)驗(yàn)儀器的觀察，掌握新儀器的使用方法是一種重要的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。電火花?jì)時(shí)器的特點(diǎn)是：打點(diǎn)是靠放電針和墨粉紙盤之間的火花放電來實(shí)現(xiàn)的，故其操作步驟和電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是相似的。墨粉紙盤應(yīng)套在紙盤軸上，使它可以轉(zhuǎn)動(dòng)，并被均勻地利用。墨粉紙盤夾在兩條白紙帶之間，目的是使墨粉紙盤可以更好地轉(zhuǎn)動(dòng)。三、紙帶的測量和數(shù)據(jù)處理1．答案：分段測量誤差較大，減小分段測量計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移x帶來誤差的方法是一次測量完成，即一次測出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到起始計(jì)數(shù)點(diǎn)O的距離，再分別計(jì)算出各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離。讀數(shù)時(shí)應(yīng)估讀到毫米的下一位，并且視線要與直尺垂直。2．答案：0.350.430.35解析：由題意知，相鄰兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.02s，A、C兩點(diǎn)間的距離為14mm＝0.014m，A、D兩點(diǎn)間的距離為26mm＝0.026m。由公式v＝eq\f(Δx,Δt)得vAC＝eq\f(0.014,2×0.02)m/s＝0.35m/s，vAD＝eq\f(0.026,3×0.02)m/s≈0.43m/s。B點(diǎn)的瞬時(shí)速度更接近A、C間的平均速度0.35m/s。3．答案：（1）當(dāng)交流電的頻率不穩(wěn)定時(shí)，計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間Δt出現(xiàn)誤差。（2）作v－