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1、第第一一章章第第節(jié)節(jié)實驗理論指導(dǎo)實驗理論指導(dǎo)典題案例導(dǎo)析典題案例導(dǎo)析知能演練提升知能演練提升題型一題型一題型二題型二題型三題型三一、實驗?zāi)康囊弧嶒災(zāi)康?1)(1)了解打點計時器的結(jié)構(gòu)、原理及使用方法。了解打點計時器的結(jié)構(gòu)、原理及使用方法。(2)(2)學(xué)會用打點計時器測量物體的速度。學(xué)會用打點計時器測量物體的速度。(3)(3)能利用能利用v vt t圖像分析實驗數(shù)據(jù)，描述物體的運動。圖像分析實驗數(shù)據(jù)，描述物體的運動。二、實驗原理二、實驗原理(1)(1)打點計時器的原理及使用：打點計時器的原理及使用：電火花計時器電火花計時器電磁打點計時器電磁打點計時器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖示圖示電火花計時器電火花計時器電磁

2、打點計時器電磁打點計時器工作電壓工作電壓220 V交流電交流電6 V交流電交流電打點方式打點方式周期性產(chǎn)生電火花周期性產(chǎn)生電火花 振針周期性上下振動振針周期性上下振動打點周期打點周期0.02 s0.02 s記錄信息記錄信息位移、時間位移、時間四、實驗步驟四、實驗步驟(1)把電磁打點計時器固定在桌子上，紙帶穿過限位把電磁打點計時器固定在桌子上，紙帶穿過限位孔，把復(fù)寫紙?zhí)自诙ㄎ惠S上，并且壓在紙帶上面。孔，把復(fù)寫紙?zhí)自诙ㄎ惠S上，并且壓在紙帶上面。(2)把電磁打點計時器的兩個接線柱接到把電磁打點計時器的兩個接線柱接到6 V的低壓的低壓交流電源上。交流電源上。(3)接通電源開關(guān)，用手水平拉動紙帶，使它在

3、水平接通電源開關(guān)，用手水平拉動紙帶，使它在水平方向上運動，紙帶上就打下一系列點。方向上運動，紙帶上就打下一系列點。 三、實驗器材三、實驗器材 電磁打點計時器電磁打點計時器( (或電火花計時器或電火花計時器) )、紙帶、刻度尺、紙帶、刻度尺、導(dǎo)線、復(fù)寫紙片、低壓交流電源導(dǎo)線、復(fù)寫紙片、低壓交流電源( (頻率是頻率是50 Hz50 Hz，電火花計，電火花計時器使用時器使用220 V220 V交流電源，頻率也為交流電源，頻率也為50 Hz)50 Hz)。(4)取下紙帶，從能看得清的某個點開始，往后數(shù)出取下紙帶，從能看得清的某個點開始，往后數(shù)出若干個點，如果共有若干個點，如果共有n個點，那么個點，那么

4、n個點的間隔數(shù)為個點的間隔數(shù)為n1個，則紙帶的運動時間個，則紙帶的運動時間t(n1)0.02 s。(5)用刻度尺測量出從開始計數(shù)的點到第用刻度尺測量出從開始計數(shù)的點到第n個點間的個點間的距離距離x。圖圖 141把數(shù)據(jù)填入下表，根據(jù)數(shù)據(jù)判斷紙帶是否做勻速運動。把數(shù)據(jù)填入下表，根據(jù)數(shù)據(jù)判斷紙帶是否做勻速運動。位置位置ABCDEF(xnxn1)/(m)v/(m/s)(2)利用利用vt圖像分析物體的運動：圖像分析物體的運動：vt圖像：圖像：用橫軸表示時間用橫軸表示時間t，縱軸表示速度，縱軸表示速度v，建立直角坐標系。根據(jù)測量的數(shù)據(jù)在坐建立直角坐標系。根據(jù)測量的數(shù)據(jù)在坐標系中描點，然后用平滑的曲線把這些

5、標系中描點，然后用平滑的曲線把這些點連接起來，即得到如圖點連接起來，即得到如圖142所示所示的的vt圖像。圖像。圖圖142vt圖像的意義：圖像的意義：vt圖像非常直觀地反映了速度隨時間變化的情況，它圖像非常直觀地反映了速度隨時間變化的情況，它并不是物體運動的軌跡。并不是物體運動的軌跡。圖圖143勻速直線運動的勻速直線運動的vt圖像：圖像：勻速直線運動的勻速直線運動的vt圖像是與時圖像是與時間軸平行的直線。間軸平行的直線。從勻速直線運動的從勻速直線運動的vt圖像中不圖像中不僅可以看出速度的大小，并且可以求僅可以看出速度的大小，并且可以求出位移。根據(jù)位出位移。根據(jù)位移公式移公式xvt，在，在vt圖

6、像中就對應(yīng)著邊長分別為圖像中就對應(yīng)著邊長分別為v0和和t0的一個矩形面積，如圖的一個矩形面積，如圖143中陰影的部分。中陰影的部分。六、注意事項六、注意事項(1)實驗前，應(yīng)將打點計時器固定好，以免拉動紙帶實驗前，應(yīng)將打點計時器固定好，以免拉動紙帶時晃動，并要先輕輕試拉紙帶，應(yīng)無明顯的阻滯現(xiàn)象。時晃動，并要先輕輕試拉紙帶，應(yīng)無明顯的阻滯現(xiàn)象。(2)使用計時器打點時，應(yīng)先接通電源，待打點計時使用計時器打點時，應(yīng)先接通電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后，再拉動紙帶。器打點穩(wěn)定后，再拉動紙帶。(3)手拉動紙帶時速度應(yīng)快一些，以防點跡太密集。手拉動紙帶時速度應(yīng)快一些，以防點跡太密集。(4)使用電火花計時器時，

7、應(yīng)注意把紙帶正確穿好，使用電火花計時器時，應(yīng)注意把紙帶正確穿好，墨粉紙盤位于紙帶上方；使用電磁打點計時器時，應(yīng)讓紙墨粉紙盤位于紙帶上方；使用電磁打點計時器時，應(yīng)讓紙帶穿過限位孔，壓在復(fù)寫紙下面。帶穿過限位孔，壓在復(fù)寫紙下面。(5)使用電磁打點計時器時，如打出的點較輕或是短線，使用電磁打點計時器時，如打出的點較輕或是短線，應(yīng)調(diào)整振針距復(fù)寫紙的高度。應(yīng)調(diào)整振針距復(fù)寫紙的高度。(6)打點計時器不能連續(xù)工作太長時間，打點之后應(yīng)立打點計時器不能連續(xù)工作太長時間，打點之后應(yīng)立即關(guān)閉電源。即關(guān)閉電源。(7)對紙帶進行測量時，不要分段測量各段的位移，正對紙帶進行測量時，不要分段測量各段的位移，正確的做法是一次

8、測量完畢確的做法是一次測量完畢(可先統(tǒng)一測量出各個測量點到起可先統(tǒng)一測量出各個測量點到起始測量點始測量點O之間的距離之間的距離)。讀數(shù)時應(yīng)估讀到毫米的下一位。讀數(shù)時應(yīng)估讀到毫米的下一位。七、誤差分析七、誤差分析(1)利用平均速度來代替計數(shù)點的瞬時速度自身帶來系利用平均速度來代替計數(shù)點的瞬時速度自身帶來系統(tǒng)誤差。為減小誤差，應(yīng)取以計數(shù)點為中心的較小位移統(tǒng)誤差。為減小誤差，應(yīng)取以計數(shù)點為中心的較小位移x來求平均速度。來求平均速度。(2)分段測量計數(shù)點間的位移分段測量計數(shù)點間的位移x帶來誤差。減小此誤差帶來誤差。減小此誤差的方法是一次測量完成，即一次測出各計數(shù)點到起始計數(shù)的方法是一次測量完成，即一次

9、測出各計數(shù)點到起始計數(shù)點點O的距離，再分別計算出各計數(shù)點間的距離。的距離，再分別計算出各計數(shù)點間的距離。(3)計數(shù)點間的時間計數(shù)點間的時間t搞錯。幾個計數(shù)點間的時搞錯。幾個計數(shù)點間的時間間隔為間間隔為t(n1)0.02 s，而非，而非tn0.02 s。(4)作作vt圖像不用坐標紙、尺子，坐標單位選圖像不用坐標紙、尺子，坐標單位選定的不合理，作圖粗糙帶來誤差。定的不合理，作圖粗糙帶來誤差。八、它案設(shè)計八、它案設(shè)計(常用測速度的方法常用測速度的方法)除用打點計時器測速度外，還可用以下的方法進行除用打點計時器測速度外，還可用以下的方法進行測量：測量：1借助傳感器用計算機測速度借助傳感器用計算機測速度

10、如圖如圖144是一種運動傳感器的原理圖，這個系統(tǒng)是一種運動傳感器的原理圖，這個系統(tǒng)由由A、B兩個小盒子組成。兩個小盒子組成。A盒裝有紅外線發(fā)射器和超聲盒裝有紅外線發(fā)射器和超聲波發(fā)射器，波發(fā)射器，B盒裝有紅外線接收器和超聲波接收器，將盒裝有紅外線接收器和超聲波接收器，將A盒固定在運動物體盒固定在運動物體(小車小車)上，上，B盒固定在某一位置并調(diào)整盒固定在某一位置并調(diào)整其高度與傳感器其高度與傳感器A等高。測量時等高。測量時A向向B同時發(fā)射一個紅外同時發(fā)射一個紅外圖圖144圖圖1452利用光電門測瞬時速度利用光電門測瞬時速度實驗裝置如圖實驗裝置如圖145所示，所示，使一輛小車從一端墊高的木板上使一輛

11、小車從一端墊高的木板上滑下，木板旁裝有光電門，其中滑下，木板旁裝有光電門，其中A管發(fā)出光線，管發(fā)出光線，B管接收光線。當管接收光線。當固定在車上的遮光板通過光電門固定在車上的遮光板通過光電門時，光線被阻擋，記錄儀上可以直接讀出光線被阻擋的時，光線被阻擋，記錄儀上可以直接讀出光線被阻擋的時間。這段時間就是遮光板通過光電門的時間。根據(jù)遮時間。這段時間就是遮光板通過光電門的時間。根據(jù)遮3利用頻閃照相分析計算物體的速度利用頻閃照相分析計算物體的速度頻閃照相法是一種利用照相技術(shù)，每間隔一定時間頻閃照相法是一種利用照相技術(shù)，每間隔一定時間曝光，從而形成間隔相同時間的影像的方法。在頻閃照曝光，從而形成間隔相

12、同時間的影像的方法。在頻閃照相中會用到頻閃燈，它每隔相等時間閃光一次，例如每相中會用到頻閃燈，它每隔相等時間閃光一次，例如每隔隔0.1 s閃光一次，即每秒閃光閃光一次，即每秒閃光10次。當物體運動時，利次。當物體運動時，利用頻閃燈照明，照相機可以拍攝出該物體每隔相等時間用頻閃燈照明，照相機可以拍攝出該物體每隔相等時間所到達的位置。通過這種方法拍攝的照片稱為頻閃照片。所到達的位置。通過這種方法拍攝的照片稱為頻閃照片。圖圖146圖圖146中是采用每秒閃光中是采用每秒閃光10次拍攝的小球沿斜面滾下的頻閃次拍攝的小球沿斜面滾下的頻閃照片，照片中每兩個相鄰小球的影照片，照片中每兩個相鄰小球的影像間隔的時

13、間就是像間隔的時間就是0.1 s，這樣便記，這樣便記錄了小球運動的時間。而小球運動錄了小球運動的時間。而小球運動的位移則可以用尺子量出。的位移則可以用尺子量出。與打點計時器記錄的信息相比，頻閃燈的閃光頻與打點計時器記錄的信息相比，頻閃燈的閃光頻率相當于打點計時器交變電源的頻率，而相同時間間率相當于打點計時器交變電源的頻率，而相同時間間隔出現(xiàn)的影像則相當于打點計時器打出的點跡。因此，隔出現(xiàn)的影像則相當于打點計時器打出的點跡。因此，運動物體的頻閃照片既記錄了物體運動的時間信息，運動物體的頻閃照片既記錄了物體運動的時間信息，又記錄了物體運動的位移信息。至于求平均速度和瞬又記錄了物體運動的位移信息。至

14、于求平均速度和瞬時速度，兩者都是一樣的。時速度，兩者都是一樣的。 例例1在用打點計時器研究小車在重物牽引下運在用打點計時器研究小車在重物牽引下運動的實驗中，某同學(xué)有如下操作步驟，其中錯誤的步動的實驗中，某同學(xué)有如下操作步驟，其中錯誤的步驟是驟是_，有遺漏內(nèi)容的步驟是，有遺漏內(nèi)容的步驟是_。A拉住紙帶，將小車移至靠近打點計時器處，松拉住紙帶，將小車移至靠近打點計時器處，松開紙帶后再接通電源開紙帶后再接通電源B將打點計時器固定在平板上，并接好電路將打點計時器固定在平板上，并接好電路C把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪下面把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪下面懸掛適當?shù)你^碼懸掛適當?shù)你^碼D取下紙

15、帶取下紙帶E放手，使小車在平板上運動放手，使小車在平板上運動F將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的限位孔將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的限位孔將以上步驟完善后合理的序號排列為將以上步驟完善后合理的序號排列為_。 解析解析 合理的步驟如下：合理的步驟如下：B B將打點計時器固定在平板上沒有滑輪的一端，將打點計時器固定在平板上沒有滑輪的一端，并接好電路并接好電路F F將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的限位孔限位孔C C把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪下面把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪下面懸掛適當?shù)你^碼懸掛適當?shù)你^碼A A拉住紙帶，

16、將小車移至靠近打點計時器處，拉住紙帶，將小車移至靠近打點計時器處，接通電源接通電源E E放手，使小車在平板上運動放手，使小車在平板上運動D D斷開電源，取下紙帶斷開電源，取下紙帶 答案答案 ABABD DBFCAEDBFCAED圖圖1 14 47 7 例例22在做在做“用打點計時器用打點計時器測速度測速度”的實驗中，某同學(xué)得的實驗中，某同學(xué)得到了如圖到了如圖1 14 47 7所示的一條紙所示的一條紙帶。圖中所示數(shù)字為各點距第一點的距離，單位是帶。圖中所示數(shù)字為各點距第一點的距離，單位是cmcm。(1)(1)設(shè)計一個表格，將測量得到的物理量和計算出的各設(shè)計一個表格，將測量得到的物理量和計算出的各

17、相鄰兩點間的平均速度填入表格中。相鄰兩點間的平均速度填入表格中。(2)(2)判斷紙帶運動的性質(zhì)，并說明理由。判斷紙帶運動的性質(zhì)，并說明理由。0112233445x/m0.024 00.024 30.023 60.024 20.024 0t/s0.020.020.020.020.02v/(ms1)1.201.221.181.211.20(2)(2)根據(jù)表格數(shù)據(jù)，作出速度隨時間變化的根據(jù)表格數(shù)據(jù)，作出速度隨時間變化的v vt t圖圖像，如圖所示，在誤差允許的范圍內(nèi)，相等時間內(nèi)的像，如圖所示，在誤差允許的范圍內(nèi)，相等時間內(nèi)的平均速度相等，所以紙帶做勻速直線運動。平均速度相等，所以紙帶做勻速直線運動。

18、 答案答案 見解析見解析例例3用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計時器能夠更精確地測用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計時器能夠更精確地測量物體的瞬時速度。如圖量物體的瞬時速度。如圖148所示，滑塊在牽引力所示，滑塊在牽引力的作用下先后通過兩個光電門，配套的數(shù)字毫秒計記的作用下先后通過兩個光電門，配套的數(shù)字毫秒計記錄了遮光板通過第一個光電門的時間為錄了遮光板通過第一個光電門的時間為t10.19 s，通，通過第二個光電門的時間為過第二個光電門的時間為t20.10 s，已知遮光板的寬，已知遮光板的寬度為度為2.8 cm，試分別求出滑塊通過第一個光電門和第二，試分別求出滑塊通過第一個光電門和第二個光電門時的速度大小。個光電門時的速度大小。圖圖148答案答案0.15 m/s0.28 m/s