用打点计时器测速度物理实验

一. 教学内容：实验：用打点计时器测速度

二. 教学重点 ：

1. 了解误差有关常识和有效数字运算相关知识.

2. 学会使用打点计时器。

3. 能根据纸带计算物体运动的瞬时速度。

4.用打点计时器测速度物理实验：会用描点法描绘物体的速度?D?D时间图象，并从中获取物理信息。

三. 教学难点：

处理纸带的方法，用描点法画图象的能力。

四. 重点、难点解析：

(一)误差和有效数字

1. 误差

测量值与真实值的差异叫做误差。误差可分为系统误差和偶然误差两种。

(1)系统误差的特点是在多次重复同一实验时，误差总是同样地偏大或偏小。系统误差具有确定的方向性，因此找出其产生的原因后，可采取适当的措施减小或消除它。

(2)偶然误差总是有时偏大，有时偏小，并且偏大和偏小的机会相同。减小偶然误差的方法，可以多进行几次测量，求出几次测量的数值的平均值。这个平均值比某一次测得的数值更接近于真实值。

2. 有效数字

带有一位不可靠数字的近似数字，叫做有效数字。

(1)有效数字是指近似数字而言。

(2)只能带有一位不可靠数字，不是位数越多越好。

凡是用测量仪器直接测量的结果，读数一般要求在读出仪器最小刻度所在位的数值(可靠数字)后，再向下估读一位(不可靠数字)，这里不受有效数字位数的限制。

间接测量的有效数字运算不作特别要求，运算结果一般可用2~3位有效数字表示。

从仪器上读出来的数值，经常有一位数是估计出来的，或多或少存在着误差。例如米尺的最小刻度是mm(0.001m)，那么用米尺测量长度可读到十分之一毫米(0.0001m)。0.001m这一位可以从米尺上读出来，是可靠的，0.001m位前面的数都是可靠数，0.0001m这一位是测量者估读出来的，估读的数字因人而异，因此是有疑问的，称为存疑数。由于0.0001m位已存疑，在它以后各位数的估读已无必要。我们把可靠数加上最后一位存疑数，一起记录下来，统称为有效数字。

(二)打点计时器原理及使用

1. 电磁打点计时器

教师布置学生对照仪器看说明书，引导学生注意其重点：观察打点计时器并阅读其使用说明书，明确电磁打点计时器的结构、各部分的名称、工作原理及使用方法。

电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，如图1所示。工作电压为4V～6V。当电源的频率是50Hz时，它每隔0.02s打一次点。通电以前，把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面。当接通电源时，线圈产生的交变磁场使振动片(由弹簧钢制成)磁化，www.xuexidiyi.com振动片的一端位于永久磁铁的磁场中。由于振动片的磁极随着电流方向的改变而不断变化，在永久磁铁的磁场作用下，振动片将上下振动，其振动周期与线圈中的电流变化周期一致，即为 0.02s。位于振片一端的振针就跟着上下振动起来。这时，如果纸带运动，振针就在纸带上打出一系列小点。

图1电磁打点计时器

电磁打点计时器使用低压交流电源工作，大家想一想能不能使用直流电源，为什么?

图2

使用时电源插头直接插在交流220 V插座内，将裁成圆片(直径约38 mm)的墨粉纸盘的中心孔套在纸盘轴上，将剪切整齐的两条普通有光白纸带(20 mm×700 mm)从弹性卡和纸盘轴之间的限位槽中穿过，并且要让墨粉纸盘夹在两条纸带之间。这样当两条纸带运动时，也能带动墨粉纸盘运动，当按下脉冲输出开关时，放电火花不至于始终在墨粉纸盘的同一位置而影响到点迹的清晰度。也可以用上述尺寸的白纸带和墨粉纸带(位于下面)做实验，还可以用两条白纸带夹着一条墨粉纸带做实验;墨粉纸可以使用比较长的时间，一条白纸带也可以重复使用，应注意降低实验成本。

从原理上考虑，电火花计时器跟电磁打点计时器相比，哪个更好些，误差可能会更小?

小结：电火花计时器使用中运动阻力极小，这种极小阻力来自于纸带运动的本身，而不是打点产生的，因而系统误差小，计时精度与交流电源频率的稳定程度一致(脉冲周期误差不大于50

s，这一方面也远优于电磁打点计时器)，同时它的操作简易，使用安全可靠(脉冲放电电流平均值不大于5

A)。

打点计时器能记录哪些信息?

答案：B

答：将复写纸套在复写纸定位销上，推动调节片，可调节复写纸位置。将纸带从复写纸圆片下穿过。

问题2：振针打的点不清晰或打不出点可能是哪些原因?怎样调整?

答：因打点计时器是按间歇工作设计的，故长期工作可能会因线圈发热而损坏。

电火花计时器的纸带安装方法：

使用电火花计时器在纸带上打点，安装纸带的方法有两种：一种是用一条纸带从墨粉盘下穿过，打点时墨粉盘不随纸带转动，电火花只将墨粉盘上某一位置的墨粉蒸发到纸带上，打出的点迹颜色较淡，打过一条纸带后要将墨粉盘转一角度再打另一条纸带。学生实验时可采用这一方法。另一种是用两条纸带，将墨粉盘夹在中间，拖动纸带时由于两条纸带的摩擦作用，墨粉盘会随纸带转动，电火花将墨粉盘上不同位置的墨粉蒸发到纸带上，所以打出的点迹颜色较重。墨粉盘上面的一条纸带没有点迹，可重复使用。用一条纸带打点时，纸带与打点计时器之间的摩擦阻力较小，用两条纸带打点时摩擦阻力较大。不管用哪种方法，打完纸带后应立即切断电源。

问题4：处理纸带时，从能够看清的某个点开始，往后数出若干个点。如果数出n个点，这些点划分出来的时间间隔数是多少?

，T为相邻两个字母之间的时间间隔。用这个平均速度代表纸带经过E点时的瞬时速度vE =vDF。

可以大致表示E点的瞬时速度，D、F两点离E点越近，算出的平均速度越接近E点的瞬时速度。然而D、F两点距离过小则测量误差增大，应该根据实际情况选取这两个点。

根据粗略表示某点瞬时速度的方法，选择合适的计数点，测量包含这个点的一段时间内的位移Δx，同时记录对应的时间Δt，填入教材第23页中设计好的表1中。

算出刚填完的表1中各点附近的平均速度，把它当作计时器打下这些点时的瞬时速度，抄入教材表2中。从该表中能粗略看出手拉纸带运动的速度变化情况。

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