第1.4课 （实验）用打点计时器测速度2020-2021学年高一物理知识点专题解析与题型练习（人教版必修1）

第1.4课（实验）用打点计时器测速度 一、实验原理 1.两种打点计时器的比较 电磁打点计时器的工作原理 如图所示，当给电磁打点计时器的线圈通电后，线圈产生磁场，线圈中的振片被磁化，振片在永久磁铁磁场的作用下向上或向下运动，由于交流电的方向每个周期要变化两次，因此振片被磁化后的磁极要发生变化，永久磁铁对它的作用力的方向也要发生变化．振动片的一端装有打点针，当纸带从针尖下通过时，便会打上一系列点． 二、实验器材 电磁打点计时器(或电火花计时器)、学生电源(电火花计时器使用220 V交流电源)、刻度尺、纸带、复写纸、导线、坐标纸等。 打点计时器的作用 1. 测时间（直接测出，电源频率 50 Hz，每隔 0.02 s秒打一个点）。 2. 测位移（直接测出）。 3. 测纸带的速度（间接测出），研究物体的运动。 4.分析纸带 → 研究物体运动 用打点计时器测量瞬时速度 （1）测平均速度： 方法：先取计数点0，1，2，3，4……用刻度尺量出计数点间的距离（位移）Δx，计入表格，同时记下对应的时间Δt，然后根据公式算出平均速度。 （2）测瞬时速度： 当Δt无限小的时候，两点间的平均速度近似等于两点间某点的瞬时速度，故——用两点间的平均速度代替两点间某点的瞬时速度。 三、实验过程 1.实验步骤 (1)把电磁打点计时器固定在桌子上，纸带穿过限位孔，把复写纸套在定位轴上，并且压在纸带上面。 (2)把电磁打点计时器的两个接线柱接到6 V的低压交流电源上。 (3)接通电源开关，用手水平拉动纸带，使它在水平方向上运动，纸带上就打下一系列点。随后关闭电源。 (4)重复步骤(2)、(3)，获得3～5条纸带。 (5)选择一条点迹清晰便于分析的纸带，往后数n个点，n个点之间的间隔数为(n－1)，纸带从打第1个点到打第n个点的运动时间Δt＝0.02(n－1) s。 (6)用刻度尺测量出第1个点到第n个点间的距离Δx。 2.数据处理 (1)计算纸带的平均速度：从打第1个点到打第n个点，纸带的运动时间为Δt＝0.02(n－1)s，纸带的位移为Δx，纸带的平均速度v＝eq \f(Δx,Δt)。把测量和计算的结果填入表中。 (2)用打点计时器测量瞬时速度 ①选取一条点迹清晰便于分析的纸带。 ②从能够看清的某个点开始，每隔四个点取一个计数点，每两个计数点间的时间间隔T＝5×0.02 s＝0.1 s。在纸带上用O、A、B、C、D…标出这些“计数点”，如图所示。 用刻度尺依次测出OA、OB、OC、OD…的距离是s1、s2、s3、s4…，再利用x1＝s1、x2＝s2－s1、x3＝s3－s2…确定出OA、AB、BC、CD…之间的距离x1、x2、x3、x4… ③A、B、C、D…各点的瞬时速度分别为 vA＝eq \f(x1＋x2,2T)、vB＝eq \f(x2＋x3,2T)、vC＝eq \f(x3＋x4,2T)、vD＝eq \f(x4＋x5,2T)… (3)用v－t图象描述物体的速度 ①以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系。 ②根据不同时刻的瞬时速度值，在坐标系中描点。 ③用平滑曲线把这些点连接起来，即得到v－t图象。 四、误差分析 1.利用平均速度来代替计数点的瞬时速度自身带来系统误差。为减小误差，应取以计数点为中心的较小位移Δx来求平均速度。 2.测量计数点间的位移x带来误差。减小此误差的方法是一次测量完成，即一次测出各计数点到起始计数点O的距离，再分别计算出各计数点间的距离。 3.计数点间的时间Δt搞错。n个计数点间的时间间隔为Δt＝(n－1)×0.02 s。而非Δt＝n×0.02 s。 4.作v－t图象不用坐标纸、尺子，坐标单位选定的不合理，作图粗糙带来误差。 五、注意事项 1.实验前，应将打点计时器固定好，以免拉动纸带时晃动，并要先轻轻试拉纸带，应无明显的阻滞现象。 2.使用计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再拉动纸带。 3.手拉动纸带时速度应快一些，以防点迹太密集。 4.使用电火花计时器时，应注意把纸带正确穿好，墨粉纸盘位于纸带上方；使用电磁打点计时器时，应让纸带穿过限位孔，压在复写纸下面。 5.使用电磁打点计时器时，如打出点较轻或是短线，应调整振针距复写纸的高度。 6.打点计时器不能连续工作太长时间，打点之后应立即关闭电源。 1.用如图所示的计时装置可以近似测出气垫导轨上滑块的瞬时速度.已经固定在滑块上的遮光条的宽度为4.0 mm，遮光条经过光电门的遮光时间为0.040 s，则滑块经过光电门位置时的速度大小为(　　) A.0.10 m/s B.100 m/s C.4.0 m/s D.0.40 m/s 【答案】A 【解析】遮光条经过光电门的遮光时间很短，所以可以把遮光条经过光电门的平均速度当作滑块经过光电门位置时的瞬时速度，即v