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高考物理打點計時器測速度實驗操作
用打點計時器測速度時中間時刻瞬時速度,等于這段時間的平均速度。以下是用打點計時器測速度實驗操作，物理網(wǎng)請考生仔細(xì)掌握。
一. 教學(xué)內(nèi)容：
實驗：用打點計時器測速度
二. 教學(xué)重點：
1. 了解誤差有關(guān)常識和有效數(shù)字運算相關(guān)知識.
2. 學(xué)會使用打點計時器。
3. 能根據(jù)紙帶計算物體運動的瞬時速度。
4.用打點計時器測速度物理實驗：會用描點法描繪物體的速度?D?D時間圖象，并從中獲取物理信息。
三. 教學(xué)難點：
處理紙帶的方法，用描點法畫圖象的能力。
四. 重點、難點解析：
(一)誤差和有效數(shù)字
1. 誤差
測量值與真實值的差異叫做誤差。誤差可分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差兩種。
(1)系統(tǒng)誤差的特點是在多次重復(fù)同一實驗時，誤差總是同樣地偏大或偏小。系統(tǒng)誤差具有確定的方向性，因此找出其產(chǎn)生的原因后，可采取適當(dāng)?shù)拇胧p小或消除它。
(2)偶然誤差總是有時偏大，有時偏小，并且偏大和偏小的機(jī)會相同。減小偶然誤差的方法，可以多進(jìn)行幾次測量，求出幾次測量的數(shù)值的平均值。這個平均值比某一次測得的數(shù)值更接近于真實值。
2. 有效數(shù)字
帶有一位不可靠數(shù)字的近似數(shù)字，叫做有效數(shù)字。
(1)有效數(shù)字是指近似數(shù)字而言。
(2)只能帶有一位不可靠數(shù)字，不是位數(shù)越多越好。
凡是用測量儀器直接測量的結(jié)果，讀數(shù)一般要求在讀出儀器最小刻度所在位的數(shù)值(可靠數(shù)字)后，再向下估讀一位(不可靠數(shù)字)，這里不受有效數(shù)字位數(shù)的限制。
間接測量的有效數(shù)字運算不作特別要求，運算結(jié)果一般可用2~3位有效數(shù)字表示。
從儀器上讀出來的數(shù)值，經(jīng)常有一位數(shù)是估計出來的，或多或少存在著誤差。例如米尺的最小刻度是mm(0.001m)，那么用米尺測量長度可讀到十分之一毫米(0.0001m)。0.001m這一位可以從米尺上讀出來，是可靠的，0.001m位前面的數(shù)都是可靠數(shù)，0.0001m這一位是測量者估讀出來的，估讀的數(shù)字因人而異，因此是有疑問的，稱為存疑數(shù)。由于0.0001m位已存疑，在它以后各位數(shù)的估讀已無必要。我們把可靠數(shù)加上最后一位存疑數(shù)，一起記錄下來，統(tǒng)稱為有效數(shù)字。
(二)打點計時器原理及使用
1. 電磁打點計時器
教師布置學(xué)生對照儀器看說明書，引導(dǎo)學(xué)生注意其重點：觀察打點計時器并閱讀其使用說明書，明確電磁打點計時器的結(jié)構(gòu)、各部分的名稱、工作原理及使用方法。
電磁打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器，如圖1所示。工作電壓為4V～6V。當(dāng)電源的頻率是50Hz時，它每隔0.02s打一次點。通電以前，把紙帶穿過限位孔，再把套在軸上的復(fù)寫紙片壓在紙帶的上面。當(dāng)接通電源時，線圈產(chǎn)生的交變磁場使振動片(由彈簧鋼制成)磁化，振動片的一端位于永久磁鐵的磁場中。由于振動片的磁極隨著電流方向的改變而不斷變化，在永久磁鐵的磁場作用下，振動片將上下振動，其振動周期與線圈中的電流變化周期一致，即為 0.02s。位于振片一端的振針就跟著上下振動起來。這時，如果紙帶運動，振針就在紙帶上打出一系列小點。
電磁打點計時器
電磁打點計時器使用低壓交流電源工作，大家想一想能不能使用直流電源，為什么?
使用時電源插頭直接插在交流220 V插座內(nèi)，將裁成圓片(直徑約38 mm)的墨粉紙盤的中心孔套在紙盤軸上，將剪切整齊的兩條普通有光白紙帶(20 mm×700 mm)從彈性卡和紙盤軸之間的限位槽中穿過，并且要讓墨粉紙盤夾在兩條紙帶之間。這樣當(dāng)兩條紙帶運動時，也能帶動墨粉紙盤運動，當(dāng)按下脈沖輸出開關(guān)時，放電火花不至于始終在墨粉紙盤的同一位置而影響到點跡的清晰度。也可以用上述尺寸的白紙帶和墨粉紙帶(位于下面)做實驗，還可以用兩條白紙帶夾著一條墨粉紙帶做實驗;墨粉紙可以使用比較長的時間，一條白紙帶也可以重復(fù)使用，應(yīng)注意降低實驗成本。
從原理上考慮，電火花計時器跟電磁打點計時器相比，哪個更好些，誤差可能會更小?
小結(jié)：電火花計時器使用中運動阻力極小，這種極小阻力來自于紙帶運動的本身，而不是打點產(chǎn)生的，因而系統(tǒng)誤差小，計時精度與交流電源頻率的穩(wěn)定程度一致(脈沖周期誤差不大于50s，這一方面也遠(yuǎn)優(yōu)于電磁打點計時器)，同時它的操作簡易，使用安全可靠(脈沖放電電流平均值不大于5A)。
打點計時器能記錄哪些信息?
答案：B
答：將復(fù)寫紙?zhí)自趶?fù)寫紙定位銷上，推動調(diào)節(jié)片，可調(diào)節(jié)復(fù)寫紙位置。將紙帶從復(fù)寫紙圓片下穿過。
問題2：振針打的點不清晰或打不出點可能是哪些原因?怎樣調(diào)整?
答：因打點計時器是按間歇工作設(shè)計的，故長期工作可能會因線圈發(fā)熱而損壞。
電火花計時器的紙帶安裝方法：
使用電火花計時器在紙帶上打點，安裝紙帶的方法有兩種：一種是用一條紙帶從墨粉盤下穿過，打點時墨粉盤不隨紙帶轉(zhuǎn)動，電火花只將墨粉盤上某一位置的墨粉蒸發(fā)到紙帶上，打出的點跡顏色較淡，打過一條紙帶后要將墨粉盤轉(zhuǎn)一角度再打另一條紙帶。學(xué)生實驗時可采用這一方法。另一種是用兩條紙帶，將墨粉盤夾在中間，拖動紙帶時由于兩條紙帶的摩擦作用，墨粉盤會隨紙帶轉(zhuǎn)動，電火花將墨粉盤上不同位置的墨粉蒸發(fā)到紙帶上，所以打出的點跡顏色較重。墨粉盤上面的一條紙帶沒有點跡，可重復(fù)使用。用一條紙帶打點時，紙帶與打點計時器之間的摩擦阻力較小，用兩條紙帶打點時摩擦阻力較大。不管用哪種方法，打完紙帶后應(yīng)立即切斷電源。
問題4：處理紙帶時，從能夠看清的某個點開始，往后數(shù)出若干個點。如果數(shù)出n個點，這些點劃分出來的時間間隔數(shù)是多少?，T為相鄰兩個字母之間的時間間隔。用這個平均速度代表紙帶經(jīng)過E點時的瞬時速度vE =vDF。
可以大致表示E點的瞬時速度，D、F兩點離E點越近，算出的平均速度越接近E點的瞬時速度。然而D、F兩點距離過小則測量誤差增大，應(yīng)該根據(jù)實際情況選取這兩個點。
根據(jù)粗略表示某點瞬時速度的方法，選擇合適的計數(shù)點，測量包含這個點的一段時間內(nèi)的位移Δx，同時記錄對應(yīng)的時間Δt，填入教材第23頁中設(shè)計好的表1中。
算出剛填完的表1中各點附近的平均速度，把它當(dāng)作計時器打下這些點時的瞬時速度，抄入教材表2中。從該表中能粗略看出手拉紙帶運動的速度變化情況。
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