实验用打点计时器测速度说课稿 教案教学设计文档格式.docx
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5.经历科学探究过程,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.
三、情感态度与价值观
1.感受打点计时器的巧妙设计思路,体会物理原理在解决实际问题中的指导作用,增强将物理知识应用于生活实际的意识.
2.经历实验过程,体验科学实验过程的艰辛与喜悦,并乐于探索自然界的奥妙.
四、教学内容:
测定物体的运动速度并不是一件容易的事,特别是物体的速度在不断变化时。
为了简化,我们今天只研究物体的直线运动。
当物体沿直线运动时,其位移在不断变化,要研究物体的运动,我们首先要准确记录物体的运动信息。
怎样记录呢?
打点计时器是高中阶段学习的一个重要的计时仪器,通过本节课的学习要掌握打点计时器的工作原理和操作方法为后面对打点计时器的应用打下良好的基础。
一、电磁打点计时器
1.构造电磁打点计时器构造如下图所示。
其工作电压为交流电。
当电源频率为,它每隔打一次点,即打点周期为。
2.打点原理如上图所示,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,在线圈和永久磁铁的作用下,振片便振动起来。
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的小点。
3.使用方法及注意事项
(1)要在满足电磁打点计时器所需电源,工作电压、频率要求下使用。
(2)使用前应检查打点的清晰程度。
若点迹不清晰或有漏点情况,应适当将振针的高度调低(或将振针的长度稍微调长点);
若出现双点或拖尾巴情况,应适当将振针的高度调高(或将振针的长度调短点),这是振针与纸带接触时间过长,即振动片的振幅过大造成的。
若出现振针的振幅较小或者振动不稳定,可适当调节振动片的长短使振动片的固有频率等于或接近交流电源的频率,使其振动片的振动达到稳定状态,不过一般情况下不要轻易调整振动片的长度,因为其调整难度很大,可能会弄巧成拙,必要时应在老师指导下进行;
若复写纸用久了或损坏了,也会使点迹模糊,应注意更换复写纸。
每更换一次纸带,应适当调整一下复写纸的工作位置,以充分利用它的不同部位,保证打点清晰。
(3)在使用打点计时器时,纸带位置要放正,释放纸带时,要使纸带自始至终与打点计时器基板平面平行,让其紧贴基板移动,要尽量不让纸带在移动过程中与限位孔的侧壁相碰,以减小因摩擦而造成的误差。
(4)在使用打点计时器时,应先接通电源,待打点计时器工作稳定时,再放开纸带。
(5)打点计时器属间歇性工作仪器。
每打完一条纸带,应及时切断电源,防止线圈长时间通电过热而损坏。
二、电火花计时器
1.构造电火花计时器的构造如下图(甲)所示。
主要由脉冲输出开关、正负脉冲输出插座、墨粉纸盘、纸盘轴等构成。
其工作电压为交流,当电源频率为时,它每隔打一次点,电火花计时器的打点周期为。
2.计时原理电火花计时器装置中有一将正弦式交变电流转换为脉冲式交变电流的装置。
当计时器接通交流电源时,按下脉冲输出开关时,计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针和接负极的纸盘轴,产生火花放电,利用火花放电在运动的纸带上打出小孔而显示出点迹。
3.优点与电磁打点计时器相比,这种计时器工作时,纸带运动时受到的阻力小,实验误差小,操作简便,无须调整工作电压,计时精度与交流电源频率稳定程度一致。
★★两种打点计时器比较
1.两种打点计时器使用的都是交流电源,当电源频率为50Hz时,都每隔0.02s打一个点,但两种使用的工作电压不同,电磁打点计时器的工作电压为10V以下的低压交流电压,电火花打点计时器的工作电压是220V交流电压;
2.电磁打点计时器的工作原理是靠交流电的方向改变来改变电磁铁的磁极方向,从而使振动片上下振动的,且振动片的频率与交流电的频率一致.点火花打点计时器用墨粉和电火花打点.墨粉盘夹在两条纸带之间,当按下脉冲输出开关时会产生高温电火花,高温电火花可以使墨粉汽化在纸带上.
3.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,而电火花打点计时器在使用过程中阻力极小,这极小的阻力来自纸带运动的本身而不是打点时产生的,因而系统误差较小,同时电火花打点计时器操作简易,安全可靠。
三、练习使用打点计时器
计时器打点的时间间隔都是T=0.02s,因此,打在纸带上的点,记录了纸带运动的时间。
如果把纸带跟运动物体连接在一起,纸带上的点子就相应地表示出运动物体在不同时刻的位置。
研究纸带上的点子之间的间隔,就可以了解运动物体在不同时间里发生的位移,从而了解物体运动的情况。
例1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
解析:
打点计时器每隔一定的时间(当电源频率为50Hz时,打点的时间间隔为0.02s)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;
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。
正确选项为A、B、D。
点评:
熟悉物理仪器的用途,是做好物理实验的前提。
打点计时器并不是测量长度的仪器,不要产生误解。
练习使用打点计时器主要包括两个方面,一是打点计时器的安装,特别是纸带的安装;
二是用纸带上的点研究物体的运动。
(一)打点计时器的安装及基本操作步骤
1.把电火花计时器固定在桌子上,检查墨粉纸盘是否已经正确地套在纸盘轴上,检查两条白纸带是否已经正确地穿好,墨粉纸盘是否在两条纸带之间;
把计时器上的电源插在220V交流电源插座上;
按下脉冲输出开头,用手水平地拉动两条纸带,纸带动上就打上一行小点;
2.取下纸带,从能看得清规戒律的某个点数起,数一数纸带上共有多少个点。
如果共有n个点,点子的间隔数则为(n-1)个,用t=0.02s(n-1)计算出纸带的运动时间t;
3.用刻度尺测量一下,打下这些点,纸带通过的距离s有多长;
4.利用公式计算纸带在这段时间内的平均速度。
把测量和计算的结果填入表一中。
表一:
实验次数
点子数n
点子间隔数n-1
运动时间t/s
位移s/m
平均速度/m/s
1
2
例1一同学在使用打点计时器时,纸带上点不是圆点而是一些短线,这可能的原因是()
A.接在直流电源上B.电源电压不稳
C.电源频率不稳D.打点针压得过紧
A中接在直流电源上不会打点,故A错;
打点与电压是否稳定无关,点痕重轻与电压有关,B错;
电源频率不同打的点仍为圆点,故C错;
打点针压得过紧,针和纸接触时间长,打出一些短线,D正确。
振针打的点不清晰或打不出点有可能出现的情况:
可能是复写纸该换新的了;
可能是振动片的振动幅度太小了,可以调节振动片的位置;
可检查压纸框的位置是否升高而阻碍了振动片使振针打不到纸带上,可将压纸框向下调节到原来的位置;
可能是振针的位置太高,调节振针直到能打出点为止
;
可能是选择的4—6V的电压太低,可适当调高电压,但不得超过10V。
(二)用打点计时器测量瞬时速度
5.选取一条点迹清晰便于分析的纸带进行数据分析;
6.从能够看清的某个点开始,每隔0.1s取一个点,在纸带上用数字0,1,2….5标出这些“测量点”,测量包括每个点的一段位移△x,记录在表二中,同时记录相对应的时间,以测量该点的瞬时速度。
表二:
位置
3
4
5
/m
/s
0.06
v/(m/s)
(三)用图象表示速度
7.计算出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,填入表三中,点0作为计时的开始,即t=0;
表三:
t/s
8.以速度v为纵轴,以时间t为横轴在坐标纸上建立直角坐标系,根据表三的数据在坐标轴上描点,将这些点用平滑的曲线连接起来;
9.通过曲线的走向大致看出手的速度变化规律,将你的实验结果与其他同学交流一下,说出你的体会;
10.重复以上步骤再做一次。
如果用电磁打点计时器,则实验步骤的第1步相应地应当是:
把打点计时器固定在桌子上,让纸带穿过两个限位孔,压在复写纸的下面;
把电磁打点计时器的两个接线柱用导线分别与6V的低压交流电源的接线柱相连接;
打开电源开关,用手水平地拉动纸带,纸带上就打出一列小点。
★★实验注意事项
1.要认清楚你使用了哪种类型的打点计时器,电磁打点计时器要使用10V以下的交流学生电源;
而电火花计时器则直接使用220V的交变电流。
2.开头的点迹很密集,这是由于先接通电源后拉动纸带和开始时的速度比较慢而造成的,数点时不能从开始处数,而要向后看,从能够看清的某个点开始。
3.如果数出了n个点,那么,他们的间隔数是(n-1)个。
他们所用的运动时间为(n-1)0.02s.
4.打点计时器要固定好,在使用时打点计时器不允许松动。
5.打点计时器打点结束时要立刻切断电源。
6.要保证手每一次“水平地拉动纸带”。
7.可以大致表示某包含点的瞬时速度,两边点离得越近算出的平均速度越接近B点的瞬时速度,但过小的间距也会增大测量的误差,应根据课本中的例子仔细选取。
8.测量点要每隔0.1s选一个,即每隔六个点取一个点,而测量点的、的选取上应取前一个点,后两个点之间。
即:
v==。
9.建立坐标系要根据实际情况取合适的单位,以便曲线能分布于大部分的坐标系中。
四、实验数据处理
1.根据纸带分析物体的运动情况并能计算平均速度:
(1)在纸带上相邻两点间的时间间隔均为0.02s(电源频率为50Hz),所以点迹密集的地方表示纸带运动的速度小。
(2)根据v=,求出在任意两点间的平均速度,这里为用直尺量出的两点间的距离,为两点间的时间间隔数与0.02s的乘积,这里必须明确所求的是哪两点之间的平均速度。
例2用接在50Hz交流电源上的打点计时器,测定小车速度,某次实验中得到一条纸带,如图所示,从比较清晰的点起,每五个打印点取一个记数点,分别标明0、l、2、3、4……,量得0与1两点间距离x1=30mm,1与2两点间距离x2=34mm,3与4两点间的距离x2=48mm,则小车在0与1两点间的时间间隔为,小车在0与1两点间的平均速度为,小车在0与1两点间比在1与2两点间运动的(“快”或“慢”)
0与1两点间的
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