第五讲 实验：打点计时器的使用和数据处理 讲义 -2022-2023学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

第五讲 实验：打点计时器的使用和数据处理 一、课程目标 1．了解电磁打点计时器和电火花打点计时器的基本结构，理解其工作原理； 2．掌握处理纸带数据的方法。 二、打点计时器的结构和工作原理 1．电磁打点计时器 （1）构造： （2）工作原理：利用电流的磁效应打点计时的仪器。工作电压为6V以下低压交流电源。当计时器的线圈通入周期性变化的交变电流时，线圈将产生周期性变化的磁场，振片位于磁场中被磁化，相当于条形磁铁，振针所在的一端相当于一个磁极，其极性随时间做周期性变化。振片在永久磁铁的作用下做周期性振动，从而带动振针在纸带上打点，打点的时间间隔是振片的振动周期。电源频率是50Hz，打点周期是0.02s 。 2．电火花打点计时器 （1）构造： （2）工作原理：电火花打点计时器的工作电压是220V，频率为50Hz 时，每隔0.02s打一个点。将正弦交变电流转化为脉冲式交变电流的装置，当计时器接通220V交变电源时，按下脉冲输出开关，计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针和接负极的纸盘轴产生火花放电，利用火花放电在纸带上打出点迹。 三、使用打点计时器的注意事项 1．使用打点计时器的“四个注意” （1）先接电源，待打点稳定后再释放纸带。 （2）释放物体之前，物体应该停在靠近打点计时器的位置。 （3）使用电火花打点计时器时，应注意墨粉纸套在纸盘轴上，将有墨粉的一面朝向纸带；使用打点计时器时，应让纸带通过限位孔，压在复写纸下面。 （4）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 。 2．电磁打点计时器打点故障分析 现象 原因 调节方法 打点不清晰 （1）振针过高 （2）电压太低 （3）复写纸用得太久 （1）把振针适当调低 （2）适当调高电压 （3）换新的复写纸 打的不是点，是短线 （1）振针过低 （2）所加电压太高，使振幅过大 （1）把振针适当调高一些 （2）适当调低电压 打双点 振针松动 把振针固定 打点间距忽大忽小 电源频率不稳定 换用频率稳定的电源 四、探究小车速度随时间变化的规律 1．实验器材及原理 ①器材：小车、细绳、钩码、一端附有定滑轮的长木板、打点计时器、低压交流电源、复写纸、导线若干、纸带、刻度尺 ②原理：利用打点计时器打出的纸带上记录的信息，用公式求解出各时刻的瞬时速度，用描点法画出v-t图像，通过图像计算小车的加速度。 2．注意事项 ①纸带和细绳要和长木板平行； ②开始时，小车要停靠在打点计时器的位置； ③在小车到达长木板末端时，应用手按住小车，防止碰撞； ④两先两后。 3．误差来源及减小误差的方法 （1）误差来源：纸带摩擦阻力、读数误差、交流电源频率不稳定等。 （2）减小误差： ①小车加速度适当大一些、易于测量； ②加速度的大小以能在50cm长的纸带上取6-7个计数点为宜； ③多次实验取平均值。 五、纸带的数据处理 1．纸带的处理要点 （1）计时点和计数点 ①计时点：打点计时器在纸带上实际打的点。 ②计数点：从计时点选出的具有代表性的点，通常相邻两个计数点之间还有若干个计时点。 （2）打点周期和计数周期 ①打点周期：两个相邻计时点的间隔。 ②计数周期：两个相邻计数点的间隔。 （3）计数点间距离的测量 测量距离时不要分段测量，尽可能一次测量完毕，即测量计数起点到其他各计数点的距离。 2．利用打点纸带分析物体的运动 （1）判断物体运动状态的方法：求相邻位移的差Δx 设相邻两点之间的位移为x1、x2、x3 、··· ①若x2-x1=x3-x2=···=xn-xn-1 =0，则物体做匀速直线运动。 ②若x2-x1=x3-x2=···=xn-xn-1≠0，则物体做匀变速直线运动。 （2）测定物体运动速度的方法 中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，即 （3）逐差法求加速度：Δx =aT2 设相邻两点之间的位移为x1、x2、x3 、··· x5-x3=（x5-x4）+（x4-x3）=2aT2 ，同理x4-x2=2aT2 xm-xn=(m-n)aT2 对于奇数段纸带，通常舍去最短的一段（通常是首段）。 六、利用打点纸带分析物体的运动 1．光电门 2．频闪照相法 【例1】 如图为打点计时器打出的纸带，纸带上的点记录的小车的运动信息，下列正确的是（ ） A．小车做加速运动 B．小车做匀速运动 C．小车做减速运动 D．小车在A点的速度大于在C点的速度 【例2】 （多选）电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，根据打点计时器打出的纸带，我们可以从纸带上直接得到的物理量是（ ） A．时间间隔 B．位移 C．瞬时速度 D．平均速度 【例3】 （多选）关于打点计时器的原理和使用方法，下列说法中正确的是（ ） A．打点计时器应接交流电源，交流频率通常为50H