资源简介

实验1 练习使用打点计时器
实验背景 创设情境，提出问题
在初中物理的学习中，你学过的计时仪器有哪些？除此之外，你还知道什么样的计时仪器？
在初中物理的学习中，同学们了解到计时的仪器有日晷、沙漏、摆钟、节拍器、秒表等，而在初中物理实验中经常用到的是秒表。今天给大家介绍的计时仪器是打点计时器。
描述物体运动时，物体在某一时刻的位置或每一时间间隔的位移可以用图表的方法表示，除此之外我们还可以用什么方法？
要描述物体的运动，研究其位移随时间的变化规律，就要准确地记录物体的位移和所用的时间。我们可以用图表的方法来研究，用图像描述和表达物理规律是物理研究中常用的方法。位移一时间图像将位移与时间结合起来，形象地表示了它们的关系，即物体在不同时刻的位置和通过不同时间间隔的位移。在研究物体的运动时，只要物体在任意时刻的位置确定了，那么物体的运动状况也就清楚了。
素养目标 明确目标，找准方向
1.经历“练习使用打点计时器”的实验过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物体运动。
2．通过正确、熟练地使用打点计时器，体会物理原理在解决实际问题中的指导作用。
3．经历实验操作和测量、数据处理、画位移一时间图像等，培养学生获取信息、处理信息、用图像法处理数据的能力，体会探究过程的科学性和严谨性。
4．培养学生合作与交流的精神、养成在合作中既坚持原则又尊重他人的精神。
实验准备 聚焦要点，掌握方法
1．了解实验仪器：了解打点计时器的构造和实验原理，以及打点计时器是如何记录物体的运动情况的。
(1)图甲是电磁打点计时器的结构示意图，请写出图中各部件的名称：①____；②____；③____；④____。
(2)工作条件：该打点计时器使用的是交流电源，电压为____V。
(3)工作原理：接通电源后，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。这时如果纸带运动，振针就通过复写纸在纸带上留下一行小点，当电源的频率是50 Hz时，1s内打50个点，每隔0.02 s打下1个点。
(4)图乙是电火花计时器的结构示意图，请写出图中各部件的名称：
①____；②____；③____；④____。
(5)工作条件：该打点计时器使用的是交流电源，电压为____V。
(6)工作原理：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，于是就在运动的纸带上打出一行点迹。当电源的频率是50 Hz时，Is内打50个点，每隔0.02 s打下1个点。
2．电磁打点计时器和电火花计时器相比哪个更好些？哪个误差更小？
电磁打点计时器 电火花计时器
电源 4～6V交流电源(学生电源) 220V交流电源(家庭电路)
打点频率 打点时间间隔0.02s，频率50Hz 打点时间间隔0.02s，频率50Hz
原理 电磁作用下振针振动，在复写纸上打点 脉冲电流经放电针、墨粉纸盘放电打点
阻力来源 振针和纸带间有摩擦，限位孔和纸带间有摩擦，系统误差较大 阻力极小，系统误差较小
电火花计时器比电磁打点计时器更精确
3．怎样处理纸带？怎样根据纸带上的点迹利用位移一时间图像分析物体的运动？
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，共有(n-1)个间隔。把某个点作为研究的起始点，利用毫米刻度尺量出其余点到起始点的位移，填入设计的表格中。在方格纸上建立直角坐标系，用纵坐标表示物体运动的位移，用横坐标表示时间，根据表中各个数据，将(x，t)作为一组坐标在图中描点，然后将点用平滑曲线连线后，得出位移一时间图像(x-t图像)，根据图像就可以确定物体的运动。
实验报告 实事求是，精益求精
物理学生实验报告单
年级____________ 班级____________ 姓名____________
同组人____________ 实验时间____________ 实验地点____________
【实验名称】练习使用打点计时器
【实验目的】练习使用打点计时器，对打点计时器打出的纸带进行分析处理，得出物体的运动情况。
【实验原理和方法】
打点计时器是一种能够按照相同的时间间隔在纸带上连续打点的仪器，当电源的频率是50 Hz时，打点计时器打点的时间间隔为0.02 s，如果把纸带跟运动物体连接在一起，打点计时器便在纸带上打出一系列的点，这些点既记录了运动物体在不同时刻的位置，也记录了发生这些位移所用的时间。通过对纸带的研究，就可以了解物体的运动情况。
【实验步骤】
(1)把电磁打点计时器固定在桌子上，将电磁打点计时器的两个接线柱接到4～6 V的低压交流电源上。
(2)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。
(3)接通电源开关，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。随后关闭电源。
(4)取下纸带，重复(2)、(3)的步骤打出三四条纸带，选取合适的纸带。从能看得清的某个点开始，往后数出若干个点，在纸带上标注0、1、2、3、4、5、6、7、8。
(5)用刻度尺测量表格1中需要的数值，填入表格1。
(6)用刻度尺按要求测量表格2中需要的数值，填入表格2。
【注意事项】
(1)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。
(2)手拉动纸带时速度应快一些，以防点迹太密集。
(3)打点计时器不能连续工作太长时间，打点完之后应立即关闭电源。
(4)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0之间的距离)，读数时应估读到分度值的下一位。
【实验记录】
表格1 手拉动纸带，打点计时器打点在几段时间间隔中的位移
区间 0～1 1～2 2～3 1～4 0～5 4～6 0～7 7～8
时间间隔△t/s
位移△x/m
表格2 手拉动纸带，打点计时器打出的点相对于0点的位置
位置 0 1 2 3 4 5 6 7
t/s
相对于0点的位置x/m
【数据处理及误差分析】
(一)数据处理
1．用横轴表示时间t，纵轴表示位移x，建立直角坐标系。
2．根据表格2中的数据在坐标系中描点。
3．用平滑的曲线把这些点连接起来，即得到手拉纸带运动时的x-t图像。
(二)误差分析
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【实验结论】
通过研究纸带，间接地反映出物体的运动情况：
1．打出的点越密，则物体运动越慢；
2．若打出的点间距相等，则物体做匀速直线运动。
实验 实验得分
评价 指导教师签名
应用迁移 拓展创新，提升素养
※夯实基础
1．下列关于纸带的点迹的说法中，不正确的是( )
A．点迹可以记录被测量的物体在一段时间内的运动情况
B．点迹记录了物体在不同时刻的位置以及某段时间内的位移
C．纸带上点迹越密集，说明被测量的物体运动越快
D．纸带上的点迹可以反映被测量的物体运动的时间
2．(多选)在“练习使用打点计时器”的实验中，若打点周期为0.02 s，下列说法正确的是( )
A．应先接通电源，后拉动纸带
B．应先拉动纸带，后接通电源
C．电火花计时器使用6V以下的交流电源
D．连续n个计时点间的时间为(n-1)×0.02 s
3．(多选)采用下列哪些措施，有利于减少纸带因受到摩擦而产生的误差( )
A．改用6V直流电源
B．将电磁打点计时器换成电火花计时器
C．用平整的纸带，不用褶皱的纸带
D．电源电压越低越好
4．(多选)实验中，关于计数点间时间间隔的下列说法中，正确的有( )
A．每隔四个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0.10 s
B．每隔四个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0.08 s
C．每隔五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0.08 s
D．每隔五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0.10 s
5．电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器。如图所示为某次实验打出的一条纸带，其中1、2、3、4为依次选定的计数点，相邻两个计数点的时间间隔为____s。根据图中标出的数据可知，实验物体在2与4两点间的位移是____m。(电源的频率是50 Hz)
6．某次用电火花计时器做实验获得的纸带如图所示，则B点在刻度尺上的读数为____cm，B运动到E的时间为____s，BF间的位移为____m。(电源的频率是50 Hz)
※方法创新
7．自制打点计时器，左手拿一块表，右手拿一支彩色画笔，让你的同伴牵动一条宽约1cm的纸带，使纸带在你的笔下沿着直线向前移动，每隔1s用画笔在纸带上点一个点。你还可以练习在1s内均匀地点上两个点。这样就做成了一台简单的“打点计时器”。想一想，相邻两点间的距离跟牵动纸带的速度有什么关系？牵动纸带的快慢不均匀，对相邻两点所表示的时间有没有影响？
8．在做“练习使用打点计时器”的实验时，如图甲是某次实验的纸带，舍去前面比较密的点，从A点开始，每2个连续点取1个计数点，标以A、B、C、D、E、F、G，那么相邻两个计数点之间的时间间隔为____s，现在量得各相邻计数点间的距离依次为X1=1.0 cm、x2=2.9cm、x3=5.1cm、x4=7.1cm、x5=9.0 cm、x6=10.9 cm，根据以上数据，以A点为计时起点，在图乙中画出运动物体的位移－时间图像，并说明运动物体的运动特点。
※走进高考
9．某同学用如图甲所示的实验装置研究小车在斜面上的运动。实验步骤如下：
a．安装好实验器材。
b．接通电源后，让拖着纸带的小车沿平板斜面向下运动，重复几次。选出一条点迹比较清晰的纸带，舍去开始密集的点迹，从便于测量的点开始，每两个打点间隔取一个计数点，如图乙中0、1、2、…、6所示。
c．测量1、2、3、…、6计数点到0计数点的距离，分别记作x1，、x2、x3、…、x6。
d．通过测量和计算，该同学判断出小车沿平板做加速直线运动。
e．分别计算出x1、x2、x6、…、x6与对应时间的比值。
f．以为纵坐标、t为横坐标，标出与对应时间t的坐标点，画出图线。
结合上述实验步骤，请你完成下列任务：
(1)实验中，除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、平板、铁架台、导线及开关外，在下面的仪器和器材中，必须使用的有____和____。(填选项前字母)
A．电压合适的50 Hz交流电源
B．电压可调的直流电源
C．刻度尺
D．秒表
E．天平
F．重锤
(2)将最小刻度为1 mm的刻度尺的0刻线与0计数点对齐，0、1、2、5计数点所在位置如图丙所示，则x2=____cm，x5＝____cm。
(3)该同学在图丁中已标出1、3、4、6计数点对应的坐标，请你在该图中标出与2、5两个计数点对应的坐标点，并画出图线。
(4)根据图线判断，可以求出的物理量有哪些？能否判断物体做加速运动？
※拓展实验：对“练习使用打点计时器”实验中摩擦引起的系统误差的研究
【提出问题】在“练习使用打点计时器”实验中，电磁打点计时器使用时阻力较大，阻力包括振针和纸带间的摩擦以及限位孔和纸带间的摩擦。这样就会影响物体的运动，我们能不能改变实验方法，消除这一影响？
【实验方法】利用频闪照相的办法。
【实验步骤】(以研究小车从斜面上滑下来为例)
如图所示，让小车从一定的位置沿斜面滑下。
1．长木板下垫一木块构成一个斜面，将小车放在斜面上，小车能沿着木板缓慢下滑。
2．把电磁打点计时器固定在斜面的上端，将打点计时器的两个接线柱接到4～6 V的低压交流电源上。
3．把纸带安装在小车的后部并穿过限位孔，让小车靠近电磁打点计时器并使纸带与斜面平行，记下小车前段在斜面上的位置。
4．接通电源开关，释放小车，等小车到达斜面底端时关闭电源。
5．取下纸带。
6．架好照相机，调节好拍摄角度，并设置好频闪时间，按下拍摄按钮，并立刻从斜面的同一位置释放小车。
7．从相机中导出图片，记录数据，得出结论分析。
【实验记录】
表格1 纸带上的数据
位置 0 1 2 3 4 5 6 7
t/s
相对于0点的位置x/m
表格2 频闪照片的数据
位置 0 1 2 3 4 5 6 7
t/s
相对于0点的位置x/m
【数据处理】
【实验结论】
通过比较图像可以得出____。
参考答案
1．C 2．AD 3．BC 4．BD
5．0.1 0. 126 0
6．1. 00 0.12 0.055 0
7．相邻两点间的距离跟牵动纸带的速度成正比；牵动纸带的快慢不均匀，对相邻两点所表示的时间没有影响。
8．0.04 如图所示。物体做加速运动。
9．(1)A C (2)2. 98 13. 30
(3)如图所示。
(4)小车运动的初速度和直线的斜率。能。

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