【精准解析】高中物理教科版必修1教师用书：第1章实验1　用打点计时器测量平均速度含解析

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实验 1　用打点计时器测量平均速度
[学习目标]　1.了解电磁打点计时器、电火花打点计时器的构造及工作原理并
学会使用．　2.学会用打出的纸带求平均速度．　3.掌握测瞬时速度的方法，会
用打出的纸带求瞬时速度．　4.能根据实验数据作出物体的速度—时间图像，并
能根据图像分析物体的运动．
一、实验原理和方法
1．了解两种打点计时器
(1)打点计时器是记录做直线运动物体的位置和时间的仪器．
(2)电火花打点计时器
① 构造：如图
② 工作电压：220 V 交流电源．
③ 原理：当接通电源、按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经放电
针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的纸带上就打出一行点迹．
(3)电磁打点计时器
① 构造：如图
② 工作电压：6 V 以下交流电源．
③ 原理：接通交流电源后，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便振动起来，
带动其上的振针上下振动，于是在纸带上留下一行点迹．
(4)打点周期
打点计时器一般接我国市用交流电，交流电频率为 50 Hz，计时器每隔 0.02 s
打一次点．
2．利用纸带求平均速度
(1)利用刻度尺测量两计数点间的距离
Δ x .
(2)利用打点周期求出两计数点间的时间间隔
Δ t .
(3)根据公式 v＝求出计数点间的平均速度．
二、实验器材
　电火花计时器、纸带、墨粉纸盘、交流电源、小车、铁架台、木板、刻度
尺．
三、实验步骤
1．如图所示，将木板固定在铁架台上，把电火花打点计时器安装在倾斜的
木板上，把小车与纸带装好，接好 220 V 交流电源．
2．接通电源，将小车从斜面上由静止开始释放，纸带上就会打出一系列点
迹．
3．关闭电源，取下纸带，每 5个点(即以 0.1 s 为周期)标注一个计数点，如图
所示．
四、分析与处理实验数据
1．测平均速度
用刻度尺测出 n个点之间的距离 Δx，n个点之间的时间间隔 Δt＝( n －
1) × 0.02 s，根据平均速度＝算出小车在 OB、AC、BD、CE、DF 段的平均速度，
填入表中．
2．测瞬时速度
取包含某一位置在内的一小段位移 Δx，根据 v＝测出这一段位移内的平均速
度，用这个平均速度代表纸带经过该位置的瞬时速度．一般地，取以这个点为中
间时刻的一段位移计算．
vD＝，T为两个计数点间的时间间隔．
3．利用 vt图像分析物体的运动
(1)vt图像：用横轴表示时间 t，纵轴表示速度 v，建立直角坐标系．根据测
量的数据在坐标系中描点，然后用平滑的曲线把这些点连接起来，即得到如图所
示的 vt图像．
(2)vt图像的意义
vt图像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．
五、误差分析
1．利用平均速度来代替计数点的瞬时速度自身造成系统误差 ．为减小此种
误差，应取以计数点为中心的较小位移 Δx来求平均速度．
2．测量计数点间的位移 x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距离．
3．计数点间的时间 Δt搞错．n个计数点间的时间间隔为 Δt＝(n－1)×0.02
s，而非 Δt＝n×0.02 s.
4．作 vt图像不用坐标纸、尺子，坐标单位选定的不合理，作图粗糙带来误
差．
六、注意事项
1．打点前，应使物体停在靠近打点计时器的位置．
2．使用计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小
车．
3．使用电火花计时器时，应注意把纸带正确穿好，墨粉纸盘位于纸带上方；
使用电磁打点计时器时，应让纸带穿过限位孔，压在复写纸下面．
4．使用电磁打点计时器时，如打出点较轻或是短线，应调整振针距复写纸
的高度．
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．
6．对纸带进行测量时，不要分段测量各段的位移，正确的做法是一次测量
完毕(可先统一测量出各个测量点到起始测量点 O之间的距离)．读数时应估读到
毫米的下一位.
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