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练习使用打点计时器
一、实验目的
1.了解打点计时器的结构、原理及使用方法。
2．学会用打点计时器测量物体通过的位移以及所用的时间。
3．能利用位移 时间图象分析实验数据，并能根据图像分析物体的运动。
一、了解打点计时器
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.打点计时器的原理及使用
电火花计时器 电磁打点计时器
结构图示
工作电压 220 V交流电 6 V以下的交流电源
打点方式 周期性产生电火花 振针周期性上下振动
打点周期 0.02 s 0.02 s
记录信息 位置、位移、时刻、时间
3．电火花打点计时器：
(1)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．
4．电磁打点计时器：
(1)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．
5．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．
6.跟运动物体连在一起的纸带上打出的点记录了物体在不同时刻的位置，用刻度尺测出两个计数点间的位移Δx。打两个点的时间可用Δt＝(n－1)×0.02s求得
二、实验器材
电磁打点计时器(或电火花计时器)、纸带、刻度尺、导线、复写纸片、低压交流电源(频率50 Hz，电压4～6 V；电火花计时器使用220 V交流电源，频率也为50 Hz)。
三、实验步骤
1．把电磁打点计时器固定在桌子上，纸带穿过限位孔，把复写纸套在定位轴上，并且压在纸带上面。
2．把电磁打点计时器的两个接线柱接到6 V的低压交流电源上。
3．接通电源，用手水平拉动纸带，使它在水平方向上运动，纸带上就打下一系列点，随后立即关闭电源。
4．取下纸带，从能看得清的某个点开始，往后数出若干个点，如果共有n个点，那么这n个点的间隔数为n－1，则纸带的运动时间Δt＝(n－1)×0.02 s。
5．把纸带上能看得清的某个点作为起始点O，以后每隔T＝0.1 s的点分别标上A、B、C、D…作为“计数点”，如图所示，依次测出O到A、B、C、D…的距离，再分别算出O到A、A到B、B到C…之间的距离x1、x2、x3…。
四、分析与处理实验数据
1．理论数值与计算
把数据填入下表，根据数据判断纸带是否做匀速运动。
0～1 1～2 2～3 3～4 4～5
Δx/m 0.0480 0.0483 0.0466 0.0482 0.0480
Δt/s 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04
3.根据以上表格数据作出位移—时间图象，通过图象判断物体的运动规律。
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带来系统误差。为减小误差，应取以计数点为中心的较小位移Δx来求平均速度。
2．分段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．作v t图象不用坐标纸、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．实验前，应将打点计时器固定好，以免拉动纸带时晃动，并要先轻轻试拉纸带，应无明显的阻滞现象。
2. 打点前，应使物体停在靠近(填“靠近”或“远离”)打点计时器的位置.
3．使用打点计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再拉动纸带。
4．手拉动纸带时速度应快一些，以防点迹太密集。
5．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。
6．使用电磁打点计时器时，如打出的点较轻或是短线，应调整振针距复写纸的高度。
7．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。
8．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。
9．计数点间的时间Δt搞错。计数点间涉及到n个打印点，计数点间的时间间隔为Δt＝(n－1)×0.02 s，而非Δt＝n×0.02 s。
【典例精析】
例1.(多选)使用打点计时器测量瞬时速度时应注意(　　)
A．电火花计时器使用的电源是220 V的交流电源，电磁打点计时器使用的是直流6 V以下
B．使用打点计时器时应先接通电源，再拉动纸带
C．使用打点计时器拉动纸带时，拉动的方向应与两限位孔平行
D．打点计时器只能连续工作较短时间，打点之后要立即关闭电源
答案：BCD
解析：电磁打点计时器和电火花计时器都是使用交流电源，故A错；实验时应当先接通电源，再拉动纸带，故B正确；为了减小摩擦，拉动纸带的方向应当与限位孔平行，故C正确；打点计时器不能长时间连续工作，故D正确．
【变式训练】如下图所示的四条纸带是某同学练习使用打点计时器时得到的，纸带右端先通过打点计时器，从纸带上点的分布情况可以断定：纸带________是匀速通过打点计时器的，纸带________是越走越慢的，纸带________是先越走越快，后来又越走越慢。若所用电源频率是50 Hz，图中D纸带，从b点通过计时器到a点通过计时器，历时________s，位移为________m
答案：C　A　D　0.02　0.12　
解析：点之间的距离分布均匀的表示匀速直线运动，如题图中的C纸带；A纸带中点之间的距离越来越小，说明纸带越走越慢；D纸带中点之间的距离先增大后减小，即纸带先越走越快，后来又越走越慢。题图中D纸带从b点通过计时器到a点通过计时器，历时0.02 s，位移为0.12 m，
【自我检测】
1．练习使用打点计时器时，接通电源与释放纸带让纸带(随物体)开始运动，这两项操作的先后顺序是(　　)
A．先释放纸带，后接通电源
B．先接通电源，后释放纸带
C．释放纸带的同时接通电源
D．先接通电源或先释放纸带都可以
答案：B
2．你左手拿一块表，右手拿一支笔，当你的合作伙伴沿直线拉动一条纸带，使纸带在你的笔下向前移动时，每隔1 s用笔在纸带上点下一个点，这就做成了一台“打点计时器”．如果在纸带上点下了10个点，则在打下的这些点的过程中，纸带的运动时间是(　　)
A．1 s　　　B．9 s　　　C．10 s　　　D．11 s
答案：B
解析：每隔1 s用笔在纸带上点下一个点，如果在纸带上点下了10个点，也就有9个时间间隔，所以纸带的运动时间是9 s．故选B.
3．(多选)使用打点计时器测量瞬时速度时应注意(　　)
A．无论使用电磁打点计时器还是电火花计时器，都应该把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸压在纸带的上面
B．使用打点计时器时应先接通电源，再拉动纸带
C．在拉动纸带时，拉动的方向应与限位孔平行
D．打点计时器只能连续工作较短时间，打点之后要立即关闭电源
答案：BCD
解析：电磁打点计时器需要使用复写纸，电火花计时器不需要用复写纸，选项A错误；实验时应当先接通电源，再拉动纸带，选项B正确；为减小摩擦，拉动纸带的方向应当与限位孔平行，选项C正确；打点计时器不能长时间连续工作，打点完毕后应立即关闭电源，选项D正确。
4．(多选)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
答案：ABD
解析：从打点计时器的用途出发对选项进行筛选．打点计时器每隔一定的时间打下一个点，因而点迹记录了物体运动的时间，也记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移；纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况，而不能反映物体的质量和形状．
5．打点计时器所用电源是频率为50 Hz的交流电，在纸带上打下相邻两点的时间间隔是T，若纸带上共打出n个点，该纸带上记录的时间为t，则(　　)
A．T＝0.1 s，t＝nT 　　　
B．T＝0.05 s，t＝(n－1)T
C．T＝0.02 s，t＝(n－1)T 　　　
D．T＝0.02 s，t＝nT
答案：C
解析：因为电源频率为50 Hz，所以打点计时器的打点周期为0.02 s，纸带上有n个点，则有(n－1)个时间间隔，所以t＝(n－1)T，故选项C正确。
6．电磁打点计时器的工作电压是________，电火花计时器的工作电压是________，当电源频率是50 Hz时，它们每隔________s打一次点。使用电磁打点计时器时，纸带应穿过________，复写纸要放在纸带的________面；打点时应先________，稳定后，再让纸带运动。
答案：6 V以下　220 V　0.02　限位孔　上　接通电源
解析：打点计时器分为两种，电磁打点计时器使用低压交流电源，而电火花计时器使用220 V交流电，电源频率为50 Hz时，每隔0.02 s打一个点，电磁打点计时器靠振针和复写纸打点，纸带应穿过限位孔，放在复写纸下面，故复写纸要放在纸带的上面，拉动纸带前，应先接通电源。
7．在用打点计时器研究小车在重物牵引下运动的实验中，
(1)(多选)关于打点计时器的原理和使用方法，下列说法正确的是(　　)
A．打点计时器应接交流电源，交流频率通常为50 Hz
B．如果纸带上相邻两个计数点之间有四个点，则相邻两个计数点间的时间间隔是0.08 s
C．如果打点计时器在纸带上打下的点先密集后稀疏，则说明纸带的速度由小变大
D．电磁打点计时器接在220 V交流电源上，电火花打点计时器接在6 V交流电源上
(2)某同学有如下操作步骤，其中错误的步骤是________，内容有遗漏的步骤是________。
A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，松开纸带后再接通电源
B．将打点计时器固定在平板上，并接好电路
C．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
D．取下纸带
E．放手，使小车在平板上运动
F．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔
将以上步骤完善后合理的序号排列为________。
答案:(1)AC　(2)AB　D　BFCAED
解：(1)打点计时器使用交流电，电磁打点计时器使用6 V以下的低压交流电源；电火花计时器使用220 V交流电源，相邻两计数点的时间间隔是0.1 s，A、C正确。
(2)合理的步骤如下：
B．将打点计时器固定在平板上没有滑轮的一端，并接好电路
F．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔
C．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
A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，接通电源
E．放手，使小车在平板上运动
D．断开电源，取下纸带
8.某同学在“用打点计时器测速度”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点．相邻计数点间的距离如图所示，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.1 s．(本题计算结果均保留3位有效数字)
(1) 在实验中，使用打点计时器时应先________再________(填“释放纸带”或“接通电源”)．
(2) 每两个计数点间还有________个点没有标出．
答案：(1)接通电源　释放纸带　(2)4
解:(1) 在实验中，使用打点计时器时应先接通电源，再释放纸带．
(2) 每两个计数点间还有n＝－1＝－1＝4个点没有标出
9.在做“练习使用打点计时器”的实验中，某同学得到了如图所示的一条纸带。图中所示数字为各点距第一点的距离，单位是cm。
(1)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位移填入表格中。
(2)判断纸带运动的性质，并说明理由。
0～1 1～2 2～3 3～4 4～5
Δx/m 0.0480 0.0483 0.0466 0.0482 0.0480
Δt/s 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04

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