第1章 第4节 实验：用打点计时器测量小车的速度（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024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 2．测量平均速度 根据v＝可求出任意两点间的平均速度，其中： (1)Δx是纸带上两点间的位移大小，可以利用刻度尺测量； (2)Δt是这两点间的时间间隔，可以根据两点间隔的打点个数及打点周期确定。 3．测量瞬时速度 运动物体在某一时刻或某一位置(例如纸带上某点)的瞬时速度可以粗略地由包含该点在内的相距较近的两点间的平均速度来表示。 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。 数据处理 1．测量纸带的平均速度 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＝。把测量和计算的结果填入表中。 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 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、x4＝s4－s3、…确定出OA、AB、BC、CD、…之间的位移x1、x2、x3、x4、… (3)运动物体在A、B、C、D、…各点的瞬时速度分别为vA＝、vB＝、vC＝、vD＝、… 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。 　 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，并轻轻试拉纸带，应无明显的阻滞现象。 2．使用打点计时器打点时，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．为了减小实验误差，计数点要每隔T＝0.1 s选一个，即每隔四个点取一个计数点，而计算计数点的瞬时速度时，Δx、Δt应取此计数点前、后两个计数点之间的位移和时间，即v＝。 5．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。 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