高中物理必修一学案打点计时器

《必修一》专题四记录物体的运动信息
一、知识回顾
1.打点计时器
打点计时器是一种记录物体运动的和信息的仪器。

打在纸带上的点，记录了纸带的运动信息，如果把纸带和物体连在一起，纸带上的点就相应地表示出运动物体在不同时刻的位置。

（1）电磁打点计时器：它是利用电磁感应原理打点计时的一种仪器。

当接通低压电源时，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便上下振动起来，位于振片一端的振针就跟着上下振动而打点，这时，如果纸袋运动，振针就在纸带上打出一系列点。

当交流电源的频率是50Hz 时，它每隔打一个点，即打出的纸袋上每相邻两点间的时间间隔为。

（2）电火花打点计时器：它时利用火花放电在纸带上打出点迹的计时仪器。

当通电
交流电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出脉冲电流经接正极的放电针、墨粉纸盘到负极的纸盘轴，产生火花放电，于是在运动纸带上就打出一系列点迹。

当交流电源的频率是50Hz 时，它每隔打一个点，即打出的纸袋上每相邻两点间的时间间隔为。

电火花计时器工作时，纸带运动时受到的阻力，比电磁打点计时器实验误差。

2.使用打点计时器时应该注意以下问题：
（1）电源的电压要符合要求，电磁打点计时器应使用交流电源；电火花计时器使用交流电源。

（2）使用电火花打点计时器时，应注意把条纸带正确穿好，墨粉纸盘
；使用电磁打点计时器时，应让纸带穿过，压在复写纸面。

（3）使用打点计时器时，应先接通电源，待打点计时器稳定后，再释放纸带。

（4）释放前，应使物体停靠在打点计时器的位置。

（5）打点计时器在纸带上应打出轻重合适的，如打出的是短横线，就调整一下距复写纸片的高度，使之增大一点。

（6）纸带的选择，要选择点迹清晰、分布合理的纸带，找计数点时舍掉开始归于密集的点。

（7）出现误差较大的原因是阻力过大。

可能是、、
、复写纸不符合要求等。

3.实验数据处理
（1）根据纸带分析物体的运动情况并能计算平均速度．
①在纸带上相邻两点的时间间隔均为(电源频率为50Hz)，所以点迹密集的地方表示纸带运动的速度小。

②根据v＝，求出任意两点间的平均速度，这里Δx可以用直尺测量出两点间的距离，Δt为两点间的时间间隔数与的乘积．这里必须明确所求的是哪两点之间的平均速度．
（2）粗略计算瞬时速度
某点E的瞬时速度可以粗略地由包含E点在内的两点间的平均速度来表示，如图1－4－2所示，v E≈DG或v E≈DF.
图1－4－2
说明：在粗略计算E点的瞬时速度时，可利用v＝公式来求解，但须注意的是，如果取离E点越接近的两点来求平均速度，这个平均速度越接近E点的瞬时速度，但是距离过小会使测量误差增大，应根据实际情况选取这两个点．
4.利用v－t图象分析物体的运动
（1）v－t图象
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1－4－3所示的v－t图象。

图1－4－3
图1－4－4
（2）v－t图象的意义
v－t图象非常直观地反映了的情况，它并不是物体运动的轨迹。

（3）匀速直线运动的v－t图象
①匀速直线运动的v－t图象是与时间轴平行的直线，如图1－4－4所示，直线a、b分别表示v a＝4 m/s，v b＝8 m/s.
1－4－5
②从匀速直线运动的v－t图象中不仅可以看出速度的大小，并且可以求出位移，根据位移公式x＝v t，在v－t图象中就对应着边长分别为v和t的一个矩形面积，如图1－4－5中画斜线的部分。

【参考答案】
1.位移，时间（1）4~6V，交流，（2）220V，
2.（1）4~6V，220V（2）2，夹在两纸带之间，限位孔，下（4）靠近
（5）小圆点，振针（7）压纸框架压纸带过紧，纸带边缘不整齐，纸带不平直
4.（2）速度随时间变化
二、题型训练
1.根据打点计时器打出的纸带，可以从纸带上不经过计算而直接得到的物理量是（）
A.位移
B.时间间隔
C.加速度
D.平均速度
2.下列关于使用电磁打点计时器的说法正确的是（）
A.不要在未放纸带时通电打点，每次打点完毕，应及时切断电源，切忌长时间通电使用
B.每打完一条纸带，要将复写纸调整一下，确保下一次打点清晰
C.若发现振片振幅不稳定，应调节振片螺母，以使振片稳定
D.若打出的点带尾巴或双点，是由于振针太长所造成的，应适当调整振针的长度
3.当纸带与运动物体连接时，打点计时器在纸带上打出点迹。

下列关于纸带上点迹的说法中正确的是（）
A.点迹记录了物体运动的时间
B.点迹记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移
C.纸带上点迹的分布情况反映了物体的质量和形状
D.纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况
4.某同学在用打点计时器做实验时，得到的纸带如图所示，请你判断一下这可能是因为（）
A.打点计时器错接在直流电源上
B.电源的电压不稳
C.电源的频率不稳定
D.振针压得过紧
5.关于打点计时器打出的纸带，下列叙述中正确的是()
A．点迹均匀，说明纸带做匀速运动
B．点迹变稀，说明纸带做加速运动
C．点迹变密，说明纸带做加速运动
D．相邻两点间的时间间隔相等
6.通过打点计时器得到的一条纸带上的点迹不均匀，下列判断正确的是()
A．点迹密集的地方物体运动的速度较大
B．点迹密集的地方物体运动的速度较小
C．点迹不均匀说明物体做变速运动
D．点迹不均匀说明打点计时器有故障
7.打点计时器所用的电源是50Hz的交流电，其相邻点的时间间隔是T，若纸带上共打出N 个点，这纸带上记录的时间为t，则下列各式正确的是()
A．T＝，t＝NT B．T＝，t＝(N－1)T
C．T＝，t＝(N－1)T D．T＝，t＝NT
8.图1－4－8是一位同学利用电磁打点计时器打出的一条纸带，相邻点的时间间隔为，纸带旁边是一把最小刻度为1 mm的直尺，试计算拖着纸带做直线运动的物体：
(1)在AC这段时间内的平均速度；
(2)在B点的瞬时速度．
9.一同学利用打点计时器打出的纸带分析小车的运动速度时，从几条纸带中选出了一条不很完整的纸带，如图1－4－1所示．纸带上有六个计数点，相邻两计数点之间还有四个点没有画出，所用交流电的频率为50Hz，相邻计数点之间的距离已标在图中，单位是厘米．
图1－4－1
(1)计算0～6点之间的平均速度；
(2)打点计时器打第4个点时小车的瞬时速度接近多少？
【参考答案】
（点拨：因为打点计时器每隔打一次点，根据纸带上打点的个数可确定出时间间隔，故A
正确；由刻度尺可直接测量出两点间距离即位移大小，故B正确；速率和平均速度可通过上述A、B项，再进行计算方可求得，因此C、D项错．）
解析(1)x＝，A到C共10个点，9个时间间隔，所以A到C所用的时间
t＝×9＝，所以AC这段时间内的平均速度＝＝＝s；
(2)根据公式v B＝来计算B点的瞬时速度。

为了尽量精确，取靠近B点的左右两个点，左边点在刻度尺上的读数是1.77 cm，右边点在刻度尺上的读数是2.65 cm，那么
Δx＝2.65 cm－1.77 cm＝0.88 cm，两点间相隔的时间为Δt＝×2＝，所以B点的瞬时速度v B＝＝＝0.22 m/s.
答案(1)s (2)s
9.解析(1)0到6点间的平均速度为：
v＝＝×10－2 m/s＝0.676 m/s≈0.68 m/s
(2)当打点计时器打第4个点时，小车的瞬时速度应当最接近于3～5点间的平均速度，则v4＝＝×10－2 m/s＝0.834 m/s≈0.83 m/s。