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1、中学物理中学物理 实验实验第1页，本讲稿共32页一、实验目的1、了解打点计时器的结构和工作原理2、掌握电磁打点计时器的纸带处理方法3、用电磁打点计时器测定当地的重力加速度4、了解和分析系统误差对实验的影响第2页，本讲稿共32页三三 实实验验原原理理电磁打点计时器电磁打点计时器电火花计时器电火花计时器第3页，本讲稿共32页 打点计时器的构造振片振针接线柱线圈永久磁铁限位孔纸带定位轴复写纸第4页，本讲稿共32页2023/2/144第5页，本讲稿共32页三三 实实验验原原理理1、电磁打点计时器、电磁打点计时器 （1）原理）原理）原理）原理 （2）构造）构造 （3）工作电压：工作电压：10V以下以下以
2、下以下直流？直流？直流？直流？交流？交流？交流？交流？第6页，本讲稿共32页三三 实实验验原原理理2、电火花计时器、电火花计时器（1）构造：）构造：（2 2）原理：）原理：脉冲电流经脉冲电流经 放电针、放电针、墨粉纸盘放电墨粉纸盘放电 （3 3）工作电压：工作电压：220V220V尖端放电尖端放电尖端放电尖端放电第7页，本讲稿共32页一、重点难点剖析：一、重点难点剖析：1.练习使用打点计时器练习使用打点计时器(1)打点计时器的构造及原理：打点计时器的构造及原理：电磁打点计时器是使用低压交流电源的一种计时仪器。电电磁打点计时器是使用低压交流电源的一种计时仪器。电磁打点计时器的线圈中通过交流电时，
3、线圈中的振动片才能磁打点计时器的线圈中通过交流电时，线圈中的振动片才能振动。所用电压通常为振动。所用电压通常为46V。振动片的振动周期与交流电。振动片的振动周期与交流电的周期相同。目前我们所使用的交流电的周期均为的周期相同。目前我们所使用的交流电的周期均为0.02s。因此，振动片的振动周期亦为因此，振动片的振动周期亦为0.02s，纸带上每隔，纸带上每隔0.02s打打下一个点。下一个点。电火花计时器是利用火花放电在纸带打出小孔而显示电火花计时器是利用火花放电在纸带打出小孔而显示s点点迹的计时器迹的计时器,使用使用220V交流电压交流电压,当电源频率为当电源频率为50Hz时时,它它每每0.02s在
4、纸带上打下一孔。在纸带上打下一孔。第8页，本讲稿共32页(2)使用打点计时器注意事项：使用打点计时器注意事项：应先接通电源打点，待打点计时器稳定后再让小车运动。每应先接通电源打点，待打点计时器稳定后再让小车运动。每打完一张纸带打完一张纸带,应及时关掉电源；应及时关掉电源；打点计时器在纸带上打下的点应点迹清晰，若点迹不清或打打点计时器在纸带上打下的点应点迹清晰，若点迹不清或打出短横线，应调整振针的长度及它与复写纸的距离高度；出短横线，应调整振针的长度及它与复写纸的距离高度；释放物体前，应使物体停在靠近打点计时器的位置；释放物体前，应使物体停在靠近打点计时器的位置；使用电火花计时器时，应注意把两条
5、纸带正确穿好，墨粉纸盘使用电火花计时器时，应注意把两条纸带正确穿好，墨粉纸盘应夹在两纸带之间；使用电磁打电计时器时应让纸带通过限位孔，应夹在两纸带之间；使用电磁打电计时器时应让纸带通过限位孔，压在复写纸下面。压在复写纸下面。(3)纸带的测量。应选取纸带的测量。应选取条理想的纸带，是指纸带上的点迹条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰。适当舍弃打点计时器所打点密集部分，适当选取计数清晰。适当舍弃打点计时器所打点密集部分，适当选取计数点点(计数点与计时点有区别计数点与计时点有区别)，弄清楚所选的时间间隔了等于，弄清楚所选的时间间隔了等于多少秒。多少秒。第9页，本讲稿共32页四四 实实验验内内容容3 3
6、、打点计时器的作用、打点计时器的作用 （1）测时间）测时间 (电源频率电源频率电源频率电源频率50Hz50Hz，每隔，每隔_秒打一个点秒打一个点秒打一个点秒打一个点)（2）测位移）测位移）测位移）测位移 （3 3）研究纸带）研究纸带 研究物体运动研究物体运动思考：与频闪照相相比，最大的缺点_第10页，本讲稿共32页电磁打点计时器的只带处理方法电磁打点计时器的只带处理方法1.1.构造构造2.2.使用使用二二.用打点计时器测匀变速直线运动的加速度用打点计时器测匀变速直线运动的加速度用打点计时器研究匀变速直线运动用打点计时器研究匀变速直线运动,纸带如图所示。纸带如图所示。第11页，本讲稿共32页用打
7、点计时器研究匀变速直线运动的计算公式用打点计时器研究匀变速直线运动的计算公式(1)(1)加速度的计算公式加速度的计算公式(2)(2)中间时刻的瞬时速度计算公式中间时刻的瞬时速度计算公式第12页，本讲稿共32页打点计时器纸带分析打点计时器纸带分析S6S5S4S3S2S1S=aT2 逐差法求加速度逐差法求加速度S4-S1=S4 S3+S3 S2+S2-S1=3a1T2S5-S2=3a2T2S6-S3=3a3T2a=(a1+a2+a3)3=(S4+S5+S6)-(S1+S2+S3)(3T)2逐差法的实质是将逐差法的实质是将纸带分为两大段处理。纸带分为两大段处理。第13页，本讲稿共32页第14页，本讲
8、稿共32页实验器材 1、电磁打点计时器及纸带；2、复写纸片；3、两根导线；4、低压电源；5、毫米刻度尺。实验步骤 1、把打点计时器固定在桌子上，纸带穿过限 位孔，把复写纸片套在定位轴上，并且压在纸带上面，振针位于复写纸片的上方。2、把打点计时器的两个接线柱分别用导线接到46V低压交流电源的两个接线柱上。第15页，本讲稿共32页2023/2/14153、打开电源开关，用手水平地牵拉纸带，纸带被打上了许多小点。4、取下纸带，从能看清楚的点数起，纸带上共有多少个点？如果共有六个点，那么连续相邻两点的间隔数为5个。用0.025就可以计算出纸带从第一个点运动到第6个点时所经历的时间 t=0.1s。5、用
9、毫米刻度尺量出纸带上第1个点到第6个点之间的距离 s(m)。6、利用公式v=s/t 计算出纸带运动的平均速。把测量的结果记入表1。7、如果连续相邻两个点之间的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5,见图21。用毫米刻度尺量出 第16页，本讲稿共32页2023/2/1416 s1、s2、s3、s4、s5的长度，把测量结果填入表2。运用所学的知识判断物体在这段时间内的运动是匀速直线运动还是变速直线运动。ABCDEFs1 s2s3s4 s5 图21第17页，本讲稿共32页2023/2/1417ABCs1s2s3O利用纸带可以求被测物体在任一计数点对应时刻的瞬时速利用纸带可以求被测物体在任一计数点对应
10、时刻的瞬时速度度v v：如：如测定匀变速直线运动的加速度测定匀变速直线运动的加速度纸带处理。从打点计时器重复打下的多条纸带中选点迹纸带处理。从打点计时器重复打下的多条纸带中选点迹清楚的一条，舍掉开始比较密集的点迹，从便于测量的地清楚的一条，舍掉开始比较密集的点迹，从便于测量的地方取一个开始点方取一个开始点OO，然后每，然后每5 5个点取一个计数点个点取一个计数点A A、B B、CC、，这样做的好处是相邻记数点间的时间间隔是，这样做的好处是相邻记数点间的时间间隔是0.1s0.1s，便于，便于计算。测出相邻计数点间的距离计算。测出相邻计数点间的距离s s1 1、s s2 2、s s3 3 利用利用
11、s s1 1、s s2 2、s s3 3 可以计算相邻相等时间内的位移差可以计算相邻相等时间内的位移差s s2 2-s s1 1、s s3 3-s s2 2、s s4 4-s s3 3，如果它们在允许的误差范围内相等，则可，如果它们在允许的误差范围内相等，则可以判定被测物体的运动是匀变速直线运动。以判定被测物体的运动是匀变速直线运动。第18页，本讲稿共32页t/s0 T 2T 3T 4T 5T 6Tv/(ms-1)利用纸带求被测物体的加速度利用纸带求被测物体的加速度a a。具体来说又有。具体来说又有3 3种方种方法：法：“逐差法逐差法”：从纸带上得到：从纸带上得到6 6个相邻相等时间内的位移，
12、个相邻相等时间内的位移，则则 利用任意两段相邻记数点间的位移求利用任意两段相邻记数点间的位移求a a：如：如 利用利用v-tv-t图象求图象求a a：求出：求出A A、B B、CC、D D、E E、F F各点的即时速各点的即时速度，画出如右的度，画出如右的v-tv-t图线，图线的斜率就是加速度图线，图线的斜率就是加速度a a。第19页，本讲稿共32页例例1.1.电磁打点计时器是一种使用电磁打点计时器是一种使用_（填（填“高高”或或“低低”）压交流电源的计时仪器；若电源的频率为）压交流电源的计时仪器；若电源的频率为5050z z，实，实验者在处理实验数据时，将每隔验者在处理实验数据时，将每隔4
13、4个计时点取一个计数点，个计时点取一个计数点，则每两个计数点间的时间间隔应为则每两个计数点间的时间间隔应为_；如果在测；如果在测定匀变速直线运动的加速度时，实验者如不知道工作电定匀变速直线运动的加速度时，实验者如不知道工作电压的频率变为小于压的频率变为小于5050z z，这样计算出的加速度值与真，这样计算出的加速度值与真实值相比是实值相比是_（填（填“偏大偏大”、“偏小偏小”或或“不变不变”）。）。低低,0.08,0.08,偏大（频率变小，则周期变大，由偏大（频率变小，则周期变大，由可知可知a a变小，若仍然按变小，若仍然按T T不变计算，显然计算出的加速度不变计算，显然计算出的加速度值比真实
14、值偏大）。值比真实值偏大）。第20页，本讲稿共32页练习练习1 1 在用打点计时器研究匀变速直线运动时，如测得在用打点计时器研究匀变速直线运动时，如测得各连续相等的时间间隔内位移之差不是一个恒量，其主要原各连续相等的时间间隔内位移之差不是一个恒量，其主要原因是因是 A A长度测量不精确长度测量不精确B B打点计时器打点的间隔不均匀打点计时器打点的间隔不均匀CC运动中受到变化的摩擦力作用运动中受到变化的摩擦力作用D D木板未调成水平木板未调成水平C 第21页，本讲稿共32页例例2.2.如图所示的部分纸带记录了如图所示的部分纸带记录了“测定匀变速直线运动的加速测定匀变速直线运动的加速度度”实验中实
15、验小车匀加速运动的情况，已知小车运动的加速实验中实验小车匀加速运动的情况，已知小车运动的加速度度a a=1.00m/s=1.00m/s2 2，A A与与B B、B B与与CC、CC与与D D之间的时间间隔相同，之间的时间间隔相同，ABAB11.0cm11.0cm，BCBC=15.0cm=15.0cm，CDCD19.0cm19.0cm，则，则A A与与B B之间之间的时间间隔为的时间间隔为T T=s s，当打点计时器打，当打点计时器打CC点时小车的速度点时小车的速度是是v vc c=m/sm/s所以所以T T=0.2s,=0.2s,即即:=0.2s=0.2ss.m/s=0.85m/s.第22页，
16、本讲稿共32页练习练习2 2 用打点计时器打出下落物体带动的纸带如图电用打点计时器打出下落物体带动的纸带如图电源的频率为源的频率为50Hz50Hz，从纸带上连续取出，从纸带上连续取出A A、B B、CC、D D、E E、F F六六个计数点，用米尺测出个计数点，用米尺测出A A、B B两点间距离两点间距离S1=4.08cmS1=4.08cm，E E、F F两点间距离两点间距离S2=5.64cmS2=5.64cm，试写出用，试写出用S1S1、S2S2和相邻两点间时和相邻两点间时间间隔间间隔T T计算重力加速度的公式计算重力加速度的公式g=_g=_，代入数据求出，代入数据求出g=_g=_ 第23页，
17、本讲稿共32页练习练习3 3 图是打点计时器的结构示意图，图中缺少的一图是打点计时器的结构示意图，图中缺少的一个重要部件是个重要部件是_，此实验中若发现打点的痕迹，此实验中若发现打点的痕迹很轻但工作电压正常时，可能采取的措施（按操作的难很轻但工作电压正常时，可能采取的措施（按操作的难易程度按先易后难进行填写）是易程度按先易后难进行填写）是_永久磁铁；调整振针长度或更换复写纸；或调整振针的永久磁铁；调整振针长度或更换复写纸；或调整振针的固有频率使之与固有频率使之与50Hz50Hz交变电流产生的策动力共振交变电流产生的策动力共振第24页，本讲稿共32页例例3.3.在做在做“研究匀变速直线运动研究匀
18、变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带如图所示，并在其上取了时器打下的纸带如图所示，并在其上取了A A、B B、CC、D D、E E、F F、GG等等7 7个计数点，每相邻两个计数点间还有个计数点，每相邻两个计数点间还有4 4个点，图中没有画出，打点计个点，图中没有画出，打点计时器接周期为时器接周期为T T=0.02s=0.02s的交流电源他经过测量并计算得到打点计时的交流电源他经过测量并计算得到打点计时器在打器在打B B、CC、D D、E E、F F各点时物体的瞬时速度如下表：各点时物体的瞬时速度如下表：（1 1）计算）计算v vF F的
19、公式为的公式为v vF F=；（2 2）根据）根据(1(1）中得到的数据，以）中得到的数据，以A A点对应的时刻为点对应的时刻为t=0t=0，试在图中所给的坐标系中，作出试在图中所给的坐标系中，作出v vt t图象，并求物体的加速度图象，并求物体的加速度a a=m/sm/s2 2；（3 3）如果当时电网中交变电流的频率是）如果当时电网中交变电流的频率是f f=51Hz=51Hz，而做实验的同学并，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比（选填：偏大、不知道，那么加速度的测量值与实际值相比（选填：偏大、偏小或不变）偏小或不变）a=0.4250.005m/sa=0.4250.005m
20、/s2 2偏小偏小第25页，本讲稿共32页练习练习4.4.某次研究匀变速直线运动的实验中，用打点计时某次研究匀变速直线运动的实验中，用打点计时器打出小车带动的纸带器打出小车带动的纸带如图，相邻计数点间的距离分别用如图，相邻计数点间的距离分别用S S1 1、S S2 2、S S3 3、S S4 4、S S5 5、S S6 6 表示，计数表示，计数点间的时间间隔用点间的时间间隔用T T表示，则如下计算小车加速度大小的表示，则如下计算小车加速度大小的式子中正确的式子中正确的是是 A A(S(S6 6-S-S1 1)/(5T)/(5T2 2)B B(S(S3 3+S+S4 4-S-S1 1-S-S2
21、2)/(2T)/(2T2 2)CC(S(S5 5-S-S2 2)/(3T)/(3T2 2)D D(S(S4 4+S+S5 5+S+S6 6-S-S1 1-S-S2 2-S-S3 3)/(3T)/(3T2 2)AC 第26页，本讲稿共32页例例4利用打点计时器测定匀加速直线运动的小车的加速度，如图给出了该利用打点计时器测定匀加速直线运动的小车的加速度，如图给出了该次实验中从次实验中从0点开始，每点开始，每5个点取一个计数点的纸带，其中个点取一个计数点的纸带，其中0、1、2、3、4、5、6都为记数点测得：都为记数点测得：s1140 cm，s2190 cm，s3238 cm，s4288 cm，s53
22、39cm，s6387 cm。1)在计时器打出点在计时器打出点1、2、3、4、5时，小车的速度分别为：时，小车的速度分别为：v1 cms，v2 cms，v3 cms，v 4 cms，v5 cms。作出。作出v-t图象，并由图象求出小车的加速度图象，并由图象求出小车的加速度a cms2。(2)利用逐差法求出利用逐差法求出a cms2第27页，本讲稿共32页练习练习5.5.在利用打点计时器测量匀变速直线运动的加速度的在利用打点计时器测量匀变速直线运动的加速度的实验中，实验中，(1)(1)测量原理根据的公式是测量原理根据的公式是a=_a=_(2)(2)实验中要用到的器材和测量仪器有实验中要用到的器材和
23、测量仪器有 A A小车小车B B一端带滑轮的木板一端带滑轮的木板CC打点计时打点计时器器D D低压交流电源低压交流电源E E小钩码小钩码F F秒表秒表GG刻度尺刻度尺H H纸带纸带I I细绳细绳A A、B B、CC、D D、E E、GG、H H、I I 第28页，本讲稿共32页3)3)某学生在实验中操作有如下步骤，试按合理的顺序把步骤序号填某学生在实验中操作有如下步骤，试按合理的顺序把步骤序号填在下面的线上：在下面的线上：_A A把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面；把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面；B B把打点计时器固定在木板没有滑轮的一端，并与电源相连接；把打点计时器固定在木板没有滑轮
24、的一端，并与电源相连接；CC换上新纸带，重作两次实验；换上新纸带，重作两次实验；D D把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌边；把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌边；E E先让小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车；先让小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车；F F把一条跨过滑轮的细绳一端拴在小车上，另一端吊一钩码；把一条跨过滑轮的细绳一端拴在小车上，另一端吊一钩码；GG断开电源，取下纸带；断开电源，取下纸带；H H求出三次测量加速度的平均值，作为测量的最后结果求出三次测量加速度的平均值，作为测量的最后结果D、B、A、F、E、G、C、H 第29页，本讲稿共32页 例例5.5.为
25、了测定汽车在平直公路上启动时的加速为了测定汽车在平直公路上启动时的加速度，某人拍摄了一张在同一张底片上多次爆光的度，某人拍摄了一张在同一张底片上多次爆光的照片，如图示，如果拍摄时每隔照片，如图示，如果拍摄时每隔2秒爆光一次，汽秒爆光一次，汽车车身总长车车身总长4.5米，那么这辆汽车的加速度约为米，那么这辆汽车的加速度约为 A.1 m/s2 B.2 m/s2 C.3 m/s2 D.4 m/s2 0 5 10 15 20 25第30页，本讲稿共32页0 5 10 15 20 25解：解：车身长车身长4.5米，占标尺上米，占标尺上3小格，小格，每小格是每小格是1.5米，米，由图读出第一、第二次闪光由
26、图读出第一、第二次闪光 汽车相距汽车相距S1=1.58=12米，米，第二、第三次闪光汽车相距第二、第三次闪光汽车相距S2=1.513.8=20.7米米由由S=a T2得得 a=（20.7 12）/4=2.2 m/s2 答：答：B第31页，本讲稿共32页 例例6.6.利用打点计时器研究一个约利用打点计时器研究一个约1.4m1.4m高的商店卷帘窗的运动，将纸高的商店卷帘窗的运动，将纸带粘在卷帘底部，纸带通过打点计时器随帘在竖直面内向上运动带粘在卷帘底部，纸带通过打点计时器随帘在竖直面内向上运动.打印后打印后的纸带如图所示，数据如表格所示的纸带如图所示，数据如表格所示.纸带中纸带中ABAB、BCBC
27、、CDCD每两点之间每两点之间的时间间隔为的时间间隔为0.10s0.10s，根据各间距，根据各间距的长度，可计算出卷帘窗在各间距内的的长度，可计算出卷帘窗在各间距内的平均速度平均速度v v平均平均.可以将可以将v v平均平均近似地作为该间近似地作为该间距中间时刻的即时速度距中间时刻的即时速度v v.（1 1）请根据所提供的纸带和数据，绘出卷）请根据所提供的纸带和数据，绘出卷帘窗运动的帘窗运动的v vt t 图线图线.（2 2）ADAD段的加速段的加速度为度为 m/sm/s2 2，AKAK段的平均段的平均速度为速度为 m/s.m/s.间隔间隔间距间距(cm)AB5.0BC10.0CD15.0DE20.0EF20.0FG20.0GH20.0HI17.0LJ8.0JK4.0ABCEFIKJGHD0 S0.20.60.70.80.91.00.50.40.30.12.502.001.501.000.500.000.50.90.30.70.1V/ms-1t/s51.39第32页，本讲稿共32页