1.4 实验：用打点计时器测速度
第一章 运动的描述
重点
打点计时器的使用。
由纸带计算物体运动的瞬时速度。
画物体的速度—时间图象。
难点
对纸带上记录的原始数据进行处理。
测定瞬时速度，画出v-t图象，并通过图象来分析物体的运动情况。
1、电磁打点计时器
2、电火花计时器
3、练习使用打点计时器
4、用打点计时器测量瞬时速度
5、用图象表示速度
1、电磁打点计时器
（1）电磁打点计时器
①参数：
使用交流电源（学生电源）
工作电压在 6V以下
电源的频率 50Hz
每隔 0.02s 打一个点（周期）
——计时仪器
线圈
振片
振针
永久磁铁
底座
②构造：
线圈、永久磁铁、振片、振针、
限位孔、复写纸等。
纸带
构造:接线柱、线圈、振片、振针、永久磁铁、限位孔、定位轴 、复写纸
原理:电磁铁与永久磁铁相互作用，
注意事项:交流、电压6V,先通电等待1～2s后拖动纸带或释放物体、先切断电源后拾取纸带
电磁打点计时器
（2）电磁打点计时器工作原理
0
1
2
工作原理图
电磁打点计时器原理：被交变磁场磁化的振片在永久磁铁的作用下振动，振针打在复写纸上使纸带上打出一系列的点。
(1)电磁打点计时器使用的是直流电还是交流电?其工作电压为多少?
(2)我国交流电的频率为50Hz,使用这种电源时,每隔多长时间打一个点,即相邻两个点之间的时间间隔是多少?
(3)说出电磁打点计时器的构造?工作原理?如图1—4—1所示。
(4)解释电火花计时器的工作原理?如图1—4—2所示,它与电磁打点计时器相比,哪一种误差小?原因是什么?
(5)打点计时器的打点周期取决于什么因素？
(6)打点计时器打出的纸带可以记录哪些信息?
思考与讨论
纸带上打下的点记录了哪些信息? 数点能获得什么？测量两点间距离获得什么？
2、电火花计时器
电火花计时器
（1）电火花计时器
①基本结构：
构造:电源插头、脉冲输出开关、正负脉冲输出、放电针、墨粉纸盘、纸盘轴
原理:脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，蒸发墨粉落在纸带上，频率50Hz、周期0.02s
用途:计时
注意事项:交流、电压220V,先通电等待1～2s后拖动纸带或释放物体、先切断脉冲输出开关后拾取纸带
电源插头
脉冲输出开关
放电针
墨粉纸盘
纸盘轴
②电火花打点计时器使用220 V交流电源．当电源频率为50 Hz时，每隔0．02 s打一次点.
③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过放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的线带上就打出一行点迹.
电火花计时器
工作原理图
（2）两种计时器的比较
①都使用交流电源，但工作电压不同．
②工作原理不同．
③电磁打点计时器使用振针和复写纸打
点，电火花打点计时器使用电火花和墨
粉打点.
④电火花打点计时器工作时，纸带运动
时受到的阻力比较小，实验误差也就较
小．
⑤打在纸上的点，记录了纸带的运动时间．如果把纸带和运动的物体连接在一起，纸带上的点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，从而了解物体的运动情况．
电火花计时器
构造:电源插头、脉冲输出开关、正负脉冲输出、放电针、墨粉纸盘、纸盘轴
原理:脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，蒸发墨粉落在纸带上，频率50Hz、周期0.02s
用途:计时
注意事项:交流、电压220V,先通电等待1～2s后拖动纸带或释放物体、先切断脉冲输出开关后拾取纸带
电磁打点计时器
构造:接线柱、线圈、振片、振针、永久磁铁、复写纸、限位孔、定位轴
原理:电磁铁与永久磁铁相互作用，频率50Hz、周期0.02s
用途:计时
注意事项:交流、电压6V,先通电等待1～2s后拖动纸带或释放物体、先切断电源后拾取纸带
3、练习使用打点计时器
（1）实验目的
①练习使用电火花计时器．
②利用打上点的纸带研究物体的运动情况．
（2）实验器材
电火花计时器、纸带、刻度尺、导线、学生电源．
（3）实验步骤
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。
②把计时器上的电源插头在220V交流电源插座上。
③按下脉冲输出开头，用手水平地拉动两条纸带，纸带上就打上一列圆小点。
④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=0.02（n-1）计算出纸带的运动时间t。
⑤用刻度尺测量一下打下的这些点，纸带通过的距离s 有多长.
⑥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。
⑦选取一条点迹清晰便于分析的纸带进行数据分析。
⑧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。
⑨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。
⑩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，根据表二的数据在坐标轴上描点，将这些点用平滑的曲线连接起来。
如果用电磁打点计时器，则实验步骤的前3步相应地应当是：
①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。
②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。
③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。
（4）注意事项
①要认清你使用了哪种类型的打点计时器，电磁打点计时器要使用6V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接近D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。
按实际大小画出的一条纸带
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。
用打点计时器测量小车的速度
计时点、计数点
0
1
2
3
0.02s
?s
计时点
计数点
步骤、要领
1.把打点计时器固定在实验桌上（不许松动!）,（是电磁式还是电火花式?）连接电源（通电检查!）.
2.把纸带穿过限位孔,复写纸压在纸带上（纸带在下复写纸在上!试拉检查!）.
3.先通电等待1～2s,后拖动或释放物体（先通电后拉动!控制快慢!）.
4.先切断电源,后取下纸带（先断电后取带!）.
5.再取2～3条纸带,重复2～4步2～3次.
6.选取纸带（点迹清晰?漏点拖点?）,测量点编号（注意先后!写下序号!）,数点计时（点数不等于间隔数!）.
7.用刻度尺测量距离（最小分度?有效数字?）,记录数据（忠实地记录原始数据!）,保留纸带（不能丢失!）.
8.整理实验器材（不要忘记!）.
分析数据
1.列表法:高中实验报告册 物理 必修1 国标·人教版 第7页。
2.图像法:在坐标纸上建立坐标系（横坐标表示时间,纵坐标表示瞬时速度?）;
选取合适的标度（反映记录数据的有效数字,使曲线能分布于大部分的坐标系中!）;
描点、连线（用平滑的曲线,通过尽可能多的点,不能通过的点均匀分布在曲线两侧!）
4、用打点计时器测量瞬时速度
（1）测量方法
某点E的瞬时速度可以粗略地由包含E点在内的两点间的平均速度来表示。
（2）说明
理论上讲如果这两点离E点越接近（即Δt 越短），这个平均速度越接近E点的瞬时速度，但是实际操作时距离太小会使测量误差增大，应该根据实际情况选取这两个点。
（3）用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很小。
②根据v=△x/△t，求出在任意两点间的平均速度，这里△x可以用直尺测量出两点间的距离，△t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。
（4）粗略计算瞬时速度
某点E的瞬时速度可以粗略地由包含E点在内的两点间的平均速度来表示。
注意：如果取离E点越接近的两点来求平均速度，这个平均速度越接近E点的瞬时速度，但是距离太小会使测量误差增大，应该根据实际情况选取这两个点。
5、用图象表示速度
v - t图象与其画法 ：以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系，根据计算出的不同时刻对应的瞬时速度值，在坐标系中描点，最后用平滑曲线把这些点连接起来就得到了一条能够描述速度v与时间t关系的图象。例如：如下所示的图
工作原理
工作原理
练习使用打点计时器时注意： 1. 电源电压要符合要求：
2. 实验前要检查打点的稳定性和清晰程度，
必要时要进行调节或更换器材。
3. 应先接通电源，待打点稳定时再拉动纸带。
4. 手拉纸带时，速度应快一些，以防止点迹太
密集。
共同点与区别
电火花计时器与电磁打点计时器的共同点与区别
1.打点方式不同：
电磁打点计时器：利用振动的振针打点
电火花计时器：利用火花放电打点
3.振针打点时与纸带接触，会对纸带产生阻碍作用；而火花放电基本不会阻碍纸带的运动
电磁打点计时器：10V以下交流电
电火花计时器：220V交流电
2.电源电压不同：
打点频率相同
练习使用打点计时器
打点计时器的使用
1.把打点计时器固定在桌子上。
2.按说明正确安装纸带。
3.启动电源，用手水平拉动纸带，纸带上打出一系列的点，随后立即关闭电源。
4.取下纸带，从能够看清的某个点开始，向后数若干点，如果数出n个点，这些点所对应的时间为 秒。
5.用刻度尺量出第一个点到第n个点的距离。
0.02(n-1)
利用公式 v = △x /△t 可求出第一个点到第n个点的平均速度
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
2. 电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，根据打点计时器打出的纸带，我们可以从纸带上直接得到的物理量是（ ）
A. 时间间隔
B. 位移
C. 加速度
D. 平均速度
3. 小明以同一个打点计时器固定頻率下，测量小车拉动纸带甲、乙、丙、丁的运动速度，每次车子都是自右向左运动，四段纸带的长度都相同。则下列叙述哪些是正确（ ）
A. 纸带甲打点均匀，表示车子的速度一定
B. 纸带乙显示的平均速度最大
C. 纸带丙表示的速度越来越小
D. 纸带丁表示小车的速率越來越大
4. 用接在50 Hz 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，如下图所示，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，3与4两点间的距离x2=48mm，则小车在0与1两点间平均速度为______m／s。
0.3
5. 打点计时器的电源频率为50Hz时，振针每隔______s打一个点。现用打点计时器测定物体的速度，当实际的电源频率低于50Hz时，如果仍按50Hz来计算，则测得的速度值将比真实值偏______ 。
0.02
大
1. 答：电磁打点计时器误差较大。因为电磁打点时振针与复写纸对纸带的摩擦力较大，而电火花相对阻力较小，另外，电磁打点时容易出现振针压的过紧、过松、复写纸不好用都不易把点打清晰，所以电火花计时器误差较小。
2. 答：
（1）纸带左端与重物相连。
（2）取离A点最近的两个点，求其两点间的平均速度就可代替A点的瞬时速度。因为在A的附近取的点越近，用平均速度代替A点的速度就越精确，而离A最近的只能是BC两点，所以如此。
3. 对甲：物体开始有初速度，方向为正，在运动过程中是大小不变，方向也不变的，所以甲是匀速直线运动，速度的大小方向都不变，运动方向也不变。
对乙：物体开始初速度为0，向正向运动，到达一定值后大小方向不变，一段时间后速度开始变小，方向不变，直到减为零，而运动方向不变。速度大小变化，方向没变。
4. 解：两相邻点距离与纸带速度有关，速度越大距离越大。两相邻点的时间都是1s，纸带快慢不影响。