1．定義：打點計時器是一種通過在紙帶上打出一系列的點來記錄物體運動信息的儀器．2．分類：打點計時器分為________________和______________．
2．測量瞬時速度：紙帶上某一位置的瞬時速度，可以粗略地由包含這一位置在內(nèi)的一小段位移Δs內(nèi)的平均速度表示，即根據(jù)v＝______，當Δt或Δs較小時，用這個__________代表紙帶經(jīng)過該位置的瞬時速度．
1．電磁打點計時器．(1)構造：如圖所示．主要構造包括：線圈、永久磁鐵、振片、振針、限位孔、復寫紙等．
(2)工作原理．電磁打點計時器在加上4～6 V的交流電壓后，通過線圈和永久磁鐵的作用帶動振針上下運動，在紙帶上打出一系列的點，且振針上下振動的時間間隔不變[發(fā)生周期性振動，當電源頻率是50 Hz時，每隔0.02 s打一次點，即紙帶上每打出兩個相鄰點所經(jīng)歷的時間(周期)是0.02 s]．
2．電火花計時器．(1)構造：如圖所示．
(2)工作原理．給電火花計時器接220 V交流電源，按下脈沖輸出開關，計時器發(fā)出的脈沖電流，經(jīng)接正極的放電針和墨粉紙盤到接負極的紙盤軸，產(chǎn)生火花放電，于是在紙帶上打出一系列的點，而且在交變電流的每個周期放電一次，因此電火花計時器打出點間的時間間隔等于交變電流的周期．
3．打點計時器的使用及注意事項．(1)使用步驟．①將打點計時器固定，按使用說明將復寫紙、紙帶裝好并正確連接電路．②接通電源，讓打點計時器開始打點，放手讓小車帶動紙帶運動，在紙帶上打出一系列的點．③取下紙帶，將紙帶上記錄的信息記錄下來，并按要求進行測量計算．④數(shù)據(jù)處理：根據(jù)打出的點求出時間和小車在對應時間內(nèi)的位移，利用公式求出速度．
(2)注意事項．①電磁打點計時器在紙帶上應打出輕重合適的小圓點，如遇到打出的是短橫線，應調(diào)整振針距復寫紙片的高度，使之增大一點；如出現(xiàn)漏點，應減小振針距復寫紙片的高度；如出現(xiàn)雙點，是振針出現(xiàn)了松動；如出現(xiàn)等時性不良，一般要換計時器才能完成實驗．②使用計時器打點時，應先接通電源，待打點計時器穩(wěn)定后，再釋放紙帶．③釋放物體前，應使物體停在靠近打點計時器的位置．
④使用電火花計時器時，應注意把兩條白紙帶正確穿好，墨粉紙盤夾在兩紙帶之間；使用電磁打點計時器時，應讓紙帶通過限位孔，壓在復寫紙下面．(3)計數(shù)點：為了計算方便，可每隔4個打點取一個計數(shù)點，那么相鄰計數(shù)點的時間的為0.02 s×5＝0.1 s.
例1　(1)電磁打點計時器是一種利用______電源的計時儀器，它的工作電壓是______V，當電源頻率是50 Hz時，它每隔________s打一次點．(2)使用電磁打點計時器時，紙帶應穿過________，復寫紙應放在紙帶的________面；應使用________電源；打點時應先__________，再讓紙帶運動．
(3)打點計時器在紙帶上的點跡，直接記錄了(　　)A．物體運動的時間B．物體在不同時刻的位置C．物體在不同時間內(nèi)的位移D．物體在不同時刻的速度【答案】(1)交流　4～6　0.02　(2)限位孔　上　低壓交流　接通電源　(3)AB
【解析】(1)電磁打點計時器是一種利用交流電源的計時儀器，工作電壓為4～6 V，工作頻率為50 Hz，周期為0.02 s.(3)電火花計時器和電磁打點計時器都是每隔0.02 s在紙帶上打一次點，因此打在紙帶上的點跡可直接反映物體的運動時間，故A正確．因為紙帶跟運動物體連在一起，打點計時器固定，所以紙帶上的點跡就相應地記錄了物體在不同時刻的位置，故B正確．用刻度尺量出各點跡間的間隔，可知道物體在不同時間內(nèi)的位移，再根據(jù)速度公式可算出物體在某段時間內(nèi)的速度，但這些量不是紙帶上的點跡直接記錄的，故C、D錯誤．
變式1　(多選)關于打點計時器的使用下列說法正確的是(　　)A．先接通電源，后釋放紙帶B．電火花計時器使用的是220 V交流電源C．使用的電源頻率越高，打點的時間間隔就越長D．先釋放紙帶或先接通電源都可以【答案】AB　
1．根據(jù)紙帶求解物體的運動速度．
測量紙帶的平均速度和瞬時速度
2．注意事項．(1)如果在紙帶上數(shù)出了n個點，它們的間隔數(shù)是(n－1)個，時間間隔為(n－1)×0.02 s.(2)使用打點計時器打點時，應先接通電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后，再拉動紙帶．
(4)對紙帶進行測量時，不要分段測量各段的位移，正確的做法是一次測量完畢(可先統(tǒng)一測量出各個測量點到起始點O之間的距離)．讀數(shù)時應估讀到毫米的下一位．3．求出各點的速度記錄在表格中，作出v－t圖像，并說明小車的運動情況．
例2　一打點計時器所用電源頻率是50 Hz，如圖所示，紙帶上的A點先通過計時器，A、B間歷時_____s，位移為_______m，這段時間內(nèi)紙帶運動的平均速度是_____m/s，AD段內(nèi)的平均速度為________m/s.【答案】0.04　0.028　0.70　0.76
變式2　用氣墊導軌和數(shù)字計時器更能精確地測量物體的瞬時速度．如圖所示，滑塊在牽引力作用下先后通過兩個光電門，配套的數(shù)字毫秒計記錄了擋光板通過第一個光電門的時間Δt1＝0.29 s，通過第二個光電門的時間Δt2＝0.11 s．已知擋光板的寬度為3.0 cm，求滑塊通過第一個光電門和第二個光電門的速度大小．
【答案】0.10 m/s　0.27 m/s【解析】由于滑塊經(jīng)過光電門時擋光板的擋光時間較短，所以滑塊經(jīng)過光電門的速度可用擋光板擋光時間內(nèi)的平均速度表示．經(jīng)過第一個光電門的速度大小經(jīng)過第二個光電門的速度大小
光電門傳感器測定瞬時速度例3　光電門傳感器是測定瞬時速度的儀器，它的原理是發(fā)射端發(fā)出一束很細的紅外線到另一端的接收窗口(如圖甲所示)，通常和數(shù)字計時器組成計時測量裝置，如圖乙所示．
當固定在運動物體上一個已知寬度的擋光板通過時，它可以通過數(shù)據(jù)采集器計下?lián)豕獍褰?jīng)過的時間，再用擋光板的寬度除以經(jīng)過的時間求得運動物體的瞬時速度．用光電門測變速運動物體的瞬時速度，在測量速度較小時，為了減小測量誤差，應選擇寬度比較______(填“寬”或“窄”)的擋光板．【答案】窄　【解析】極短時間內(nèi)的平均速度大小可以近似認為是該時刻的瞬時速度大小，所以應該選擇寬度比較窄的擋光板．
例4　實驗室的電磁打點計時器的工作電壓約為______V，當交流電源的頻率為50 Hz，每隔______s打一次點．打點計時器可以記錄時刻和位置，小明觀察到家里的自來水龍頭調(diào)節(jié)到足夠合適的時候水滴一滴一滴地下落，相當于打點計時器的作用，通過觀察發(fā)現(xiàn)自來水從第一滴水落在地面開始計時，到第10滴水落在地面恰好是9 s的時間，通過查找資料又知道相鄰的兩滴水落到地上的時間間隔相等．
保持水龍頭不動，紙帶緊貼地面，減速拖動紙帶得到水滴滴落在紙帶上的痕跡A、B、C、D、E(已用鉛筆加深)如圖所示．紙帶上最先留下的痕跡是______(填“O點”或“E點”)，紙帶運動AC段的平均速度大小為______m/s，此平均速度______(填“大于”或“小于”)C點的瞬時速度．【答案】6　0.02　E點　0.07　小于
1．在“練習使用打點計時器”的實驗中，下列操作不正確的是(　　)A．打點前，小車應靠近打點計時器處，要先接通電源，待計時器開始打點穩(wěn)定后再釋放小車B．舍去紙帶上開頭比較密集的點，然后選取計數(shù)點C．打點頻率為50 Hz，若每隔四個點取一個計數(shù)點，則計數(shù)點之間的時間間隔為0.1 sD．實驗中應使小車速度盡量小些【答案】D　
【解析】使用打點計時器時，小車應靠近打點計時器，要先接通電源，待計時器開始打點穩(wěn)定后再釋放小車，A正確；選擇紙帶時要舍去紙帶上開頭比較密集的點，然后選取后面清晰的計數(shù)點，B正確；打點頻率為50 Hz時打點周期為0.02 s，若每隔四個點取一個計數(shù)點，則Δt＝5×0.02 s＝0.1 s，C正確；小車速度越小點跡越密集，越不容易測量，故實驗中應使小車速度盡量大一些，D錯誤．
2．在實驗中，某同學得到一張打點清晰的紙帶如圖所示，要求測出D點的瞬時速度．本實驗采用包含D點在內(nèi)的一段間隔中的平均速度來粗略地代表D點的瞬時速度，下列幾種方法中最準確的是(　　)【答案】D
3．使用電火花計時器來分析物體運動情況的實驗中：(1)在如下基本步驟中，正確的排列順序為______．A．把電火花計時器固定在桌子上B．安裝好紙帶C．松開紙帶讓物體帶著紙帶運動D．接通220 V交流電源E．按下脈沖輸出開關，進行打點(2)在安放紙帶時，要檢查墨粉紙盤是否已經(jīng)正確地套在___________上，還要檢查_____________是否夾在兩條紙帶之間．【答案】(1)ABDEC　(2)紙盤軸　墨粉紙盤
【解析】電火花計時器具有打點清晰、實驗誤差小的優(yōu)點．電火花計時器的特點是打點是靠放電針和墨粉紙盤之間火花放電來實現(xiàn)的，故其操作步驟和電磁打點計時器是相似的．墨粉紙盤應套在紙盤軸上，目的是使它可以轉(zhuǎn)動，均勻地被利用．一定要先開始打點，后松開紙帶．
4．(多選)通過打點計時器得到的一條紙帶上的點不均勻，下列判斷正確的是(　　)A．點密集的地方物體運動得快B．點密集的地方物體運動得慢C．點不均勻說明物體在相等時間內(nèi)發(fā)生的位移不相等D．點不均勻說明打點計時器有故障【答案】BC　
【解析】紙帶上每相鄰兩個點之間的時間間隔都相等，所以點密集的地方，說明相同長度的紙帶通過打點計時器的時間長，所以物體運動得慢，故A錯誤，B正確．點不均勻是由于物體在相等的時間內(nèi)發(fā)生的位移不相等，故C正確，D錯誤．
5．使用電磁打點計時器時，下列做法不正確的是(　　)A．應將振針調(diào)整到適當?shù)母叨龋也坏盟蓜覤．實驗時應當先接通電源，再放開小車，讓其運動起來C．也可以用干電池作為打點計時器的電源D．每打完一條紙帶要及時切斷電源，防止線圈因過熱而損壞【答案】C　

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第四節(jié) 測量直線運動物體的瞬時速度

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