第第第第一一一一章章章章第第第第节节节节实验理论指导实验理论指导实验理论指导实验理论指导典题案例导析典题案例导析典题案例导析典题案例导析知能演练提升知能演练提升知能演练提升知能演练提升题型一题型一题型一题型一题型二题型二题型二题型二题型三题型三题型三题型三一、实验目的一、实验目的(1)(1)了解打点计时器的结构、原理及使用方法。了解打点计时器的结构、原理及使用方法。(2)(2)学会用打点计时器测量物体的速度。学会用打点计时器测量物体的速度。(3)(3)能利用能利用v vt t图像分析实验数据，描述物体的运动。图像分析实验数据，描述物体的运动。二、实验原理二、实验原理(1)(1)打点计时器的原理及使用：打点计时器的原理及使用：电火花火花计时器器电磁打点磁打点计时器器结构构图示示电火花火花计时器器电磁打点磁打点计时器器工作工作电压220 V交流交流电6 V交流交流电打点方式打点方式周期性周期性产生生电火花火花 振振针周期性上下振周期性上下振动打点周期打点周期0.02 s0.02 s记录信息信息位移、位移、时间四、四、实验步步骤(1)把把电磁打点磁打点计时器固定在桌子上，器固定在桌子上，纸带穿穿过限位限位孔，把复写孔，把复写纸套在定位套在定位轴上，并且上，并且压在在纸带上面。上面。(2)把把电磁打点磁打点计时器的两个接器的两个接线柱接到柱接到6 V的低的低压交流交流电源上。源上。(3)接通接通电源开关，用手水平拉源开关，用手水平拉动纸带，使它在水平，使它在水平方向上运方向上运动，纸带上就打下一系列点。上就打下一系列点。 三、实验器材三、实验器材 电磁打点计时器电磁打点计时器( (或电火花计时器或电火花计时器) )、纸带、刻度尺、导、纸带、刻度尺、导线、复写纸片、低压交流电源线、复写纸片、低压交流电源( (频率是频率是50 Hz50 Hz，电火花计时器，电火花计时器使用使用220 V220 V交流电源，频率也为交流电源，频率也为50 Hz)50 Hz)。(4)取下取下纸带，从能看得清的某个点开始，往后数出，从能看得清的某个点开始，往后数出若干个点，如果共有若干个点，如果共有n个点，那么个点，那么n个点的个点的间隔数隔数为n1个，个，则纸带的运的运动时间t(n1)0.02 s。(5)用刻度尺用刻度尺测量出从开始量出从开始计数的点到第数的点到第n个点个点间的的距离距离x。图 141把数据填入下表，根据数据判断把数据填入下表，根据数据判断纸带是否做匀速运是否做匀速运动。位置位置ABCDEF(xnxn1)/(m)v/(m/s)(2)利用利用vt图像分析物体的运像分析物体的运动：vt图像：像：用横用横轴表示表示时间t，纵轴表示速度表示速度v，建立直角坐，建立直角坐标系。根据系。根据测量的数据在量的数据在坐坐标系中描点，然后用平滑的曲系中描点，然后用平滑的曲线把把这些点些点连接起来，即得到如接起来，即得到如图142所所示的示的vt图像。像。图142vt图像的意像的意义：vt图像非常直像非常直观地反映了速度随地反映了速度随时间变化的情况，它化的情况，它并不是物体运并不是物体运动的的轨迹。迹。图143匀速直匀速直线运运动的的vt图像：像：匀速直匀速直线运运动的的vt图像是与像是与时间轴平行的直平行的直线。从匀速直从匀速直线运运动的的vt图像中不像中不仅可以看出速度的大小，并且可以求可以看出速度的大小，并且可以求出位移。根据位出位移。根据位移公式移公式xvt，在，在vt图像中就像中就对应着着边长分分别为v0和和t0的一个矩形面的一个矩形面积，如，如图143中阴影的部分。中阴影的部分。六、注意事六、注意事项(1)实验前，前，应将打点将打点计时器固定好，以免拉器固定好，以免拉动纸带时晃晃动，并要先，并要先轻轻试拉拉纸带，应无明无明显的阻滞的阻滞现象。象。(2)使用使用计时器打点器打点时，应先接通先接通电源，待打点源，待打点计时器器打点打点稳定后，再拉定后，再拉动纸带。(3)手拉手拉动纸带时速度速度应快一些，以防点迹太密集。快一些，以防点迹太密集。(4)使用使用电火花火花计时器器时，应注意把注意把纸带正确穿好，墨正确穿好，墨粉粉纸盘位于位于纸带上方；使用上方；使用电磁打点磁打点计时器器时，应让纸带穿穿过限位孔，限位孔，压在复写在复写纸下面。下面。(5)使用使用电磁打点磁打点计时器器时，如打出的点，如打出的点较轻或是短或是短线，应调整振整振针距复写距复写纸的高度。的高度。(6)打点打点计时器不能器不能连续工作太工作太长时间，打点之后，打点之后应立立即关即关闭电源。源。(7)对纸带进行行测量量时，不要分段，不要分段测量各段的位移，正量各段的位移，正确的做法是一次确的做法是一次测量完量完毕(可先可先统一一测量出各个量出各个测量点到起量点到起始始测量点量点O之之间的距离的距离)。读数数时应估估读到毫米的下一位。到毫米的下一位。七、七、误差分析差分析(1)利用平均速度来代替利用平均速度来代替计数点的瞬数点的瞬时速度自身速度自身带来系来系统误差。差。为减小减小误差，差，应取以取以计数点数点为中心的中心的较小位移小位移x来求平均速度。来求平均速度。(2)分段分段测量量计数点数点间的位移的位移x带来来误差。减小此差。减小此误差的差的方法是一次方法是一次测量完成，即一次量完成，即一次测出各出各计数点到起始数点到起始计数点数点O的距离，再分的距离，再分别计算出各算出各计数点数点间的距离。的距离。(3)计数点数点间的的时间t搞搞错。几个。几个计数点数点间的的时间间隔隔为t(n1)0.02 s，而非，而非tn0.02 s。(4)作作vt图像不用坐像不用坐标纸、尺子，坐、尺子，坐标单位位选定的不合理，作定的不合理，作图粗糙粗糙带来来误差。差。八、它案八、它案设计(常用常用测速度的方法速度的方法)除用打点除用打点计时器器测速度外，速度外，还可用以下的方法可用以下的方法进行行测量：量：1借助借助传感器用感器用计算机算机测速度速度如如图144是一种运是一种运动传感器的原理感器的原理图，这个系个系统由由A、B两个小盒子两个小盒子组成。成。A盒装有盒装有红外外线发射器和超声射器和超声波波发射器，射器，B盒装有盒装有红外外线接收器和超声波接收器，将接收器和超声波接收器，将A盒固定在运盒固定在运动物体物体(小小车)上，上，B盒固定在某一位置并盒固定在某一位置并调整整其高度与其高度与传感器感器A等高。等高。测量量时A向向B同同时发射一个射一个红外外图144图1452利用光利用光电门测瞬瞬时速度速度实验装置如装置如图145所示，所示，使一使一辆小小车从一端从一端垫高的木板上高的木板上滑下，木板旁装有光滑下，木板旁装有光电门，其中，其中A管管发出光出光线，B管接收光管接收光线。当。当固定在固定在车上的遮光板通上的遮光板通过光光电门时，光，光线被阻被阻挡，记录仪上可以直接上可以直接读出光出光线被阻被阻挡的的时间。这段段时间就是遮光板通就是遮光板通过光光电门的的时间。根据遮。根据遮3利用利用频闪照相分析照相分析计算物体的速度算物体的速度频闪照相法是一种利用照相技照相法是一种利用照相技术，每，每间隔一定隔一定时间曝光，从而形成曝光，从而形成间隔相同隔相同时间的影像的方法。在的影像的方法。在频闪照照相中会用到相中会用到频闪灯，它每隔相等灯，它每隔相等时间闪光一次，例如每光一次，例如每隔隔0.1 s闪光一次，即每秒光一次，即每秒闪光光10次。当物体运次。当物体运动时，利用，利用频闪灯照明，照相机可以拍灯照明，照相机可以拍摄出出该物体每隔相等物体每隔相等时间所所到达的位置。通到达的位置。通过这种方法拍种方法拍摄的照片称的照片称为频闪照片。照片。图146图146中是采用每秒中是采用每秒闪光光10次拍次拍摄的小球沿斜面的小球沿斜面滚下的下的频闪照片，照片中每两个相照片，照片中每两个相邻小球的影小球的影像像间隔的隔的时间就是就是0.1 s，这样便便记录了小球运了小球运动的的时间。而小球运。而小球运动的位移的位移则可以用尺子量出。可以用尺子量出。与打点与打点计时器器记录的信息相比，的信息相比，频闪灯的灯的闪光光频率相当于打点率相当于打点计时器交器交变电源的源的频率，而相同率，而相同时间间隔出隔出现的影像的影像则相当于打点相当于打点计时器打出的点迹。因此，器打出的点迹。因此，运运动物体的物体的频闪照片既照片既记录了物体运了物体运动的的时间信息，信息，又又记录了物体运了物体运动的位移信息。至于求平均速度和瞬的位移信息。至于求平均速度和瞬时速度，两者都是一速度，两者都是一样的。的。 例例1在用打点在用打点计时器研究小器研究小车在重物在重物牵引下运引下运动的的实验中，某同学有如下操作步中，某同学有如下操作步骤，其中，其中错误的步的步骤是是_，有，有遗漏内容的步漏内容的步骤是是_。A拉住拉住纸带，将小，将小车移至靠近打点移至靠近打点计时器器处，松，松开开纸带后再接通后再接通电源源B将打点将打点计时器固定在平板上，并接好器固定在平板上，并接好电路路C把一条把一条细绳拴在小拴在小车上，上，细绳跨跨过定滑定滑轮下面下面悬挂适当的挂适当的钩码D取下取下纸带E放手，使小放手，使小车在平板上运在平板上运动F将将纸带固定在小固定在小车尾部，并穿尾部，并穿过打点打点计时器的限位孔器的限位孔将以上步将以上步骤完善后合理的序号排列完善后合理的序号排列为_。 解析解析 合理的步骤如下：合理的步骤如下：B B将打点计时器固定在平板上没有滑轮的一端，将打点计时器固定在平板上没有滑轮的一端，并接好电路并接好电路F F将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔限位孔C C把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮下面把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮下面悬挂适当的钩码悬挂适当的钩码A A拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，接通电源接通电源E E放手，使小车在平板上运动放手，使小车在平板上运动D D断开电源，取下纸带断开电源，取下纸带 答案答案 ABABD DBFCAEDBFCAED图图1 14 47 7 例例22在做在做“用打点计时器用打点计时器测速度测速度”的实验中，某同学得的实验中，某同学得到了如图到了如图1 14 47 7所示的一条纸所示的一条纸带。图中所示数字为各点距第一点的距离，单位是带。图中所示数字为各点距第一点的距离，单位是cmcm。(1)(1)设计一个表格，将测量得到的物理量和计算出的各设计一个表格，将测量得到的物理量和计算出的各相邻两点间的平均速度填入表格中。相邻两点间的平均速度填入表格中。(2)(2)判断纸带运动的性质，并说明理由。判断纸带运动的性质，并说明理由。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)根据表格数据，作出速度随时间变化的根据表格数据，作出速度随时间变化的v vt t图图像，如图所示，在误差允许的范围内，相等时间内的平像，如图所示，在误差允许的范围内，相等时间内的平均速度相等，所以纸带做匀速直线运动。均速度相等，所以纸带做匀速直线运动。 答案答案 见解析见解析例例3用气用气垫导轨和数字和数字计时器能器能够更精确地更精确地测量物体的瞬量物体的瞬时速度。如速度。如图148所示，滑所示，滑块在在牵引力引力的作用下先后通的作用下先后通过两个光两个光电门，配套的数字毫秒，配套的数字毫秒计记录了遮光板通了遮光板通过第一个光第一个光电门的的时间为t10.19 s，通，通过第二个光第二个光电门的的时间为t20.10 s，已知遮光板的，已知遮光板的宽度度为2.8 cm，试分分别求出滑求出滑块通通过第一个光第一个光电门和第二个和第二个光光电门时的速度大小。的速度大小。图148答案答案0.15 m/s0.28 m/s