1.4 实验：用打点计时器测量小车的速度 课件-2026-2027学年高一上学期物理教科版必修第一册

首先我们将电火花计时器固定在轨道末端，且限位孔对准轨道中央。接着将双层纸袋的一端固定在小车尾部，另一端穿过打点计时器。下层的纸袋夹在墨粉盘和放电针之间，上层的纸袋盖在墨粉盘的上方。将小车固定到轨道起始位置的卡扣上，并将纸袋捋清。接通电源后，我们按下计时器的脉冲输出开关，然后按下卡扣释放小车。小车拖动纸带下滑至底部后，停止释放脉冲输出开关，接着我们取下纸袋观察现象。可以看到纸袋上有一列点迹。观察纸带上的点迹，我们选取点记清晰的一段，以此点为起点，标记为A往后数出五个点，这些点划分出来的间隔数就是5。由于相邻两个点的时间间隔为0.02秒，因此我们能够算出第一个点到第六个点的运动时间。泽塔T等于0.02秒，乘以五等于0.1秒。接着我们用刻度尺测量出第一个点到第六个点的距离的塔X为5点四五厘米，即0.05四五米。由公式可得，小车在该段距离运动的平均速度等于得塔X除以得塔T等于0.5四五米每秒。我们依照上述方法，以上一次测量的最后一个点为起点，往后数出五个点，并测得它们的长度以及该段距离小车运动的平均速度，重复五次以上步骤得出数据并制成表格。通过数据我们可以看到，在相同的时间内，小车通过的距离越来越长，速度越来越快。在该实验中，我们发现小车沿斜面向下运动时，速度变得越来越快。电火花计时器使用时还应注意以下内容，一、因为打点计时器刚开始工作时工作状态不稳定，打点周期不稳定，导致开始记录的点点表示的时间不相等，所以接通电源后应该先打开脉冲输出开关，让打点计时器先工作1至2秒，再松手放纸袋。2、打点计时器只能连续工作很短时间，打点完成之后要立即释放脉冲输出开关。 High school physics 第一章 描述运动的基本概念 学习目标 会根据纸带上的点迹测量、记录和处理实验数据，并会用测量数据计算瞬时速度。 02 学会安装和使用打点计时器。 01 能运用实验数据描绘v－t图像，并会根据图像说明物体的运动情况。 03 重点 重难点 两种打点计时器的比较 电火花计时器 电磁打点计时器 结构图示 工作电压 打点方式 打点周期 记录信息 6V交流电 220 V交流电 振针周期性上、下振动 周期性产生电火花 0.02 s(根据交流电频率而定) 位置、时刻和位移、时间 公司logo 公司logo 复习导入 一、实验设计 由于时间间隔Δt足够小，所以Δt内的平均速度 对应着这段时间起始点的瞬时速度 小车拉动纸带运动，用打点计时器按相同的时间间隔在纸带上打出一系列点迹。 等效替代法 对应各时刻小车的位置，通过测量可算出相邻时刻间的位移 小车、带滑轮的长木板、打点计时器、纸带、细线、刻度尺、坐标纸。 二、实验器材 三、实验操作 1.按图甲安装实验器材。 甲 固定打点计时器在没有滑轮的一端，接频率为50 Hz的交流电 纸带前端固定在小车后部，然后穿过打点计时器 小车在木板上静止，靠近打点计时器 细绳穿过定滑轮下垂 注意：电磁打点计时器接6 V低压交流电，电火花打点计时器接220 V交流电。 2.步骤 (1)使小车保持静止，靠近打点计时器，开启打点计时器电源。 (2)打点计时器稳定后，用手拉动细绳，使小车沿木板做直线运动。 (3)待小车运动约一半距离时，松手，使小车依靠惯性运动到左端。 纸带上会留下一系列点迹如图乙所示。 乙 2.用刻度尺测量各点的位置(一般使刻度尺的零刻度线 与O点对齐，即O点的位置记为0)，记录在下表中。 计数点序号 O A B C D E … 计数点对应的时刻/s 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10   计数点对应位置坐标x/m               四、处理数据 1.在纸带上选取一段点迹清晰并且没有重叠的区间，把第1个点标为O，而后依次标为A、B、C、D…… 4.根据平均速度公式，计算各段的平均速度、、、 、…并记录在下表中。 相邻计时点间的位移Δx/m xOA xAB xBC xCD xDE xEF …               相邻计时点间的平均速度/(m·s-1) …               3.计算各相邻计时点间的位移xOA、xAB、xBC、xCD、xDE…记录在下表。 把相邻计时点间的平均速度当作起始点的瞬时速度(如把当作vO)，在如图所示的坐标纸上绘制 v－t 图像。 五、绘制 v－t 图像 v-t图像的意义：能非常直观地反映速度随时间变化的情况，它并不是物体的运动轨迹。 六、注意事项 1.实验前，应将打点计时器固定好，轻拉纸带，无明显阻滞现象。 2.使用计时器打点时，应先接通电源，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.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。 5.位移读数时应估读到毫米的下一位。 七、误差分析 3.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。 1.利用平均速度来代替计数点的瞬时速度造成系统误差。 2.测量计数点间的位移x带来误差。 减小误差的方法：取以计数点为中心的较小位移Δx来求平均速度。 减小误差的方法：一次测量完成（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。 绘制v－t图像时，为什么我们可以把相邻计时点的平均速度当作起始点的瞬时速度？ 答案　因为两计时点间的时间间隔很短，即Δt足够小时，就可以认为是测量时刻(起始点)的瞬时速度。 公司logo 公司logo 讨论交流 如图(每两计数点间各有4个计时点未画出)： v2＝　v3＝ 计算某一点的瞬时速度 为了减小测量误差，一般每5个计时点取一个点作为计数点。 当纸带上点迹比较密集时 因为打点时间间隔很小，取这个点为中间时刻的一段位移来计算。 公司logo 公司logo 总结提升 1.(1)电火花打点计时器使用的是　　　　(选填“直流”或“交流”)电源，工作电压为　　　 V，当电源频率为50 Hz时，它每隔　　　 s打一次点。  交流 220 0.02 (2)在使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”使用的电压是　　　 V(选填“6”或“220”)的　　　　(选填“直流电”或“交流电”)，它每隔　　　 s打一个点。  交流电 0.02 6 例题 (3)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 A (4)在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速度偏　　　　　(选填“大”或“小”)。  大 (1)电火花打点计时器是一种计时仪器，使用220 V的交流电源，电源频率为50 Hz，每隔0.02 s打一个点。 (2)电磁打点计时器工作电压为6 V的交流电，是每隔0.02 s打一个点。 (3)开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后释放纸带让纸带(随物体)开始运动，如果先放开纸带开始运动，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差；先打点再释放纸带，可以使打点稳定，提高纸带利用率，使纸带上打满点。故选A。 (4)打点周期与交流电的周期相同，则有T＝＝0.02 s 当电源频率低于50 Hz时，实际打点周期将变大，而进行计算时，仍然用0.02 s，因此测出的速度数值将比物体的真实速度大。 2.某同学在“用打点计时器测速度”的实验中，得到如图所示的纸带，按照打点的先后顺序，纸带上的计数点依次用O、A、B、C、D、E表示，每两个相邻的计数点之间还有4个计时点没画出来。 (1)电磁打点计时器使用　　　　　电源(填“交流”或“直流”)。  交流 (2)由图可以知道，打A、B两点的时间间隔是　　　　　 s(结果保留2位有效数字)，纸带做的是　　　　　(选填“加速”“减速”或“匀速”)直线运动。  0.10 加速 例题 (3)OE段的平均速度是　　　　　 m/s(结果保留1位小数)，打B点时小车的速度是　　　　　 m/s(结果保留1位小数)。  0.8 0.7 例题 (1)电磁打点计时器使用的是交流电源。 (2)每两个相邻的计数点之间还有4个计时点没画出来，则打A、B两点的时间间隔是5个0.02 s，即0.10 s。 纸带从左向右运动，由题图可知相同时间间隔内纸带运动的位移逐渐增大，所以纸带做的是加速直线运动。 (3)OE段的平均速度是，vOE＝ m/s≈0.8 m/s 打B点时小车的速度，vB＝ m/s≈0.7 m/s。 计算时如何减小误差 ①正确测量纸带 ②明确相邻计数点间的时间间隔 一次测量完毕，统一测量出各个计数点到起始点之间的距离。 A、B、C、D…不一定是连续的计时点，可以每5个点(中间隔4个点)取一个计数点，此时两计数点的时间间隔T＝0.1 s。 公司logo 公司logo 总结提升 3.如图甲所示是一条打点计时器打出的纸带，电源频率为50 Hz，0、1、2、3、4、5、6是七个计数点，每相邻两个计数点之间还有四个打出的点未画出，各计数点到0的距离如图所示。 (1)求出2、4计数点的瞬时速度并填入表格。   v1 v2 v3 v4 v5 数值/(m·s-1) 0.20 _____ 0.61 _____ 0.70 0.40 0.69 例题 (2)在如图乙所示的直角坐标系中画出运动物体的速度—时间图像。 (3)如果当时交流电源的频率f＝51 Hz，而计算时仍按f＝50 Hz处理，那么速度测量值将　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)(已知T＝)。 偏小 (1)由于相邻两个计数点之间还有四个点未画出，所以题图甲中相邻两个计数点之间的时间间隔为0.1 s，则v2＝ m/s＝0.40 m/s， v4＝ m/s＝0.69 m/s。 (2)根据表格中数据和在(1)中求出的数据在直角坐标 系中描点，然后连线得到v－t图像如图所示。 (3)如果f＝51 Hz>50 Hz，则实际打点周期偏小，由v＝可知，速度测量值将偏小。 本课结束 Keep Thinking! $