第1章 第4节 实验：用打点计时器测量小车的速度（课件PPT）-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理必修第一册（教科版2019）

第4节　实验：用打点计时器测量小车的速度 一、本版教材实验理清楚 实验目的 1．了解打点计时器的结构、工作原理及使用方法。 2．学会用打点计时器测量小车的速度。 3．能利用实验数据描绘小车的v-t图像，描述分析小车的运动。 实验原理 1．两种打点计时器的对比   电磁打点计时器 电火花打点计时器 结构图示 工作电压 约为6 V交流电 220 V交流电 打点方式 振针周期性上、下振动 周期性产生电火花 打点周期 0.02 s (使用50 Hz交流电) 记录信息 运动物体的位移大小、时间 3 实验器材 电磁打点计时器(或电火花打点计时器)、低压交流电源(电火花计时器使用220 V交流电源)、复写纸(或墨粉纸盘)、导线若干、刻度尺、纸带、坐标纸。 实验步骤 1．了解打点计时器的构造，然后把它固定好。 2．把电磁打点计时器的两个接线柱用导线与约为6 V的低压交流电源的接线柱相连接，让纸带穿过两个限位孔，压在复写纸的下面(或把电火花打点计时器与220 V交流电源连接，把纸带穿好，压在墨粉纸盘下面)。 3．接通电源开关，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一行小点，随后立即关闭电源。 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个点的运动时间为Δt＝0.02(n－1)s。 6．用刻度尺测量出第1个点到第n个点间的位移Δx。 记录项 实验次数　 点数n 点划分出的间隔数n－1 运动时间Δt/s 位移Δx/m 平均速度v/(m·s－1) 1           2           3．绘制v-t图像 (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图像，如图所示。　 误差分析 1．利用平均速度来代替运动物体在某计数点的瞬时速度会带来系统误差。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．分段测量计数点间的位移会带来误差。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位移。 3．作图时，描点、连线存在偶然误差，为减小误差，应选取合适的坐标单位，利用坐标纸作图。 二、他版教材实验多融通 (一)鲁科版教材实验方案　 [差异解读] 1．实验原理的不同 光电门A端安装发光装置，B端安装接收装置并与光电计时器连接。一旦光线被遮光板C遮挡，遮挡的时间便能被光电计时器测出。由于遮光板宽度较小，遮光的时间极短，根据遮光板宽度和测得的遮光时间，求出遮光板经过光电门这一极短时间内的平均速度大小，可近似认为这就是遮光板运动到光电门时的瞬时速率。 2．实施器材的改进 (1)用气垫导轨替代长木板。 (2)用光电计时器替代打点计时器。 3．实验误差的缩小 (1)光电计时器计时准确。 (2)选用遮光板宽度较小，Δt时间内的平均速度更接近遮光板运动到光电门时的瞬时速度。 (二)粤教版教材实验方案　 1．测量沿斜面运动小车的瞬时速度。 2．数字计时器 [差异解读] 1．实验原理的不同 数字计时器测速度的原理：当宽度一定的物体通过光电门时，光线被遮挡，数字计时器开始计时；当物体离开光电门时，数字计时器停止计时，这样就可以记录物体遮挡一个光电门光线的短暂时间，数字计时器还可以记录物体经过两个光电门之间的时间以及测量物体运动的瞬时速度和平均速度。 2．实验器材的改进 (1)测量沿斜面运动小车的瞬时速度时，小车沿斜面加速下滑的动力是小车重力沿斜面向下的分力。 (2)数字计时器既可以记录物体经过光电门的时间，也可以记录物体经过两光电门之间的时间。 [典例]　(1)在做用打点计时器测速度的实验时，要用到打点计时器，打点计时器是一种计时仪器，其电源频率为50 Hz，常用的“电磁打点计时器”使用的电源是 V的 (选填“直流电”或“交流电”)，它每隔 s打一个点。 (2)接通打点计时器电源和让纸带开始运动，这两个操作之间的时间顺序关系是 。 A．先接通电源，再让纸带运动 B．先让纸带运动，再接通电源 C．让纸带运动的同时接通电源 D．先让纸带运动或先接通电源都可以 实验原理与操作 (3)用打点计时器测定物体的速度，当电源频率低于50 Hz时，如果仍按50 Hz的时间间隔打一个点计算，则测出的速度数值将比物体的真实数值 (选填“偏大”或“偏小”)。 [答案]　(1)8　交流电　0.02　(2)A　(3)偏大 实验操作的三点注意 (1)电磁打点计时器需要约为6 V的低压交流电源，电火花打点计时器需要220 V的交流电源。 (2)使