第四节 用打点计时器测速度(1)8cm江苏省大港中学
教学目标：8cm江苏省大港中学
要求学生通过教科书和阅读“说明卡”观察仪器，了解电磁打点计时器和电火花打点计时器结构、原理和使用方法;掌握使用打点计时器在纸带上记录时间和位移的技能，并运用这一技能测定平均速度;学会列表记录实验数据，会根据实验数据画出v-t图象；了解用图象研究物理问题的方法.8cm江苏省大港中学
重点难点: 8cm江苏省大港中学
电磁打点计时器和电火花打点计时器结构、原理和使用方法; 打点计时器在纸带上记录时间和位移后的实验数据处理以及测定平均速度的方法,根据实验数据画出v-t图象.8cm江苏省大港中学
仪器和器材:8cm江苏省大港中学
① 电磁打点计时器（或电火花计时器）；② 纸带；③ 刻度尺，长度在30 cm以上，最好使用透明塑料尺；④ 学生电源，使用4～6 V交流电压挡；⑤ 导线.8cm江苏省大港中学
教学过程：8cm江苏省大港中学
（一） 引入新课 8cm江苏省大港中学
物体沿直线运动时,其位移在不断变化,要研究物体的运动,我们首先要记录物体的运动信息, 打点计时器是一种记录运动物体时间和位移信息的仪器.实验室常用的打点计时器有电磁打点计时器和电火花打点计时器.8cm江苏省大港中学
（二）新课活动8cm江苏省大港中学
(1) 观察电磁打点计时器,对照使用说明书, 了解电磁打点计时器结构、原理和使用方法.8cm江苏省大港中学
电磁打点计时器的构造：电磁线圈、振片、振针、永久磁铁、复写纸、限位孔等.8cm江苏省大港中学
电磁打点计时器使用的交流电源：低压交流.由学生电源供电，工作电压在10V以下,一般是4-6V,当电源的频率是50Hz时，它每隔0．02s打一个点.8cm江苏省大港中学
电磁打点计时器的原理: 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.8cm江苏省大港中学
电磁打点计时器的使用方法：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，接通电源后，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；如果把纸带跟运动的物体连在一起，即由物体带动纸带一起运动，纸带上各点之间的距离就表示相应时间间隔中物体的位移.8cm江苏省大港中学
(2)观察电火花打点计时器,对照使用说明书, 了解电磁打点计时器结构和使用方法.8cm江苏省大港中学
电火花计时器的原理与电磁打点计时器相同，不过在纸带上打点的不是振针和复写纸，而是电火花和墨粉。使用时，墨粉纸盘套在纸盘轴上，把纸带穿过限位孔。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,于是在运动的纸带上就打出一行点迹。当电源频率是50Hz时，每隔0.02s打一次点.这种计时器工作时，纸带运动时受到的阻力比较小，实验误差也就比较小.8cm江苏省大港中学
(3) 实验与探究: 8cm江苏省大港中学
打点计时器是高中物理实验中常用的仪器，用它进行实验之前应该事先熟悉它的使用方法.8cm江苏省大港中学
1.把打点计时器固定在桌子上.8cm江苏省大港中学
2.按照说明把纸带装好.8cm江苏省大港中学
3.启动电源等待1 s ～2 s拖动纸带，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一行小点,拖出纸带后立即切断电源.8cm江苏省大港中学
4.取下纸带，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，这些点划分出来的间隔数是多少?由此计算出纸带从第一个点到第n个点的运动时间.8cm江苏省大港中学
5.用刻度尺测量出第一个点到第n个点的距离. 测量点之间长度时要用量程在30 cm以上透明塑料尺一次测量多组计数点间数值，不要用短刻度尺一段一段的测量计数点间距离，减小偶然误差.8cm江苏省大港中学
6.设计表格,记录数据.8cm江苏省大港中学
7.重新再打一根纸带,参考课本要求,在纸带上选取计数点.弄清什么叫计数点.设计表格,记录数据.8cm江苏省大港中学
(4) 思考与讨论:8cm江苏省大港中学
纸带上的点与纸带的位移和时间是如何对应的?怎样把纸带上的点变成相关数据?8cm江苏省大港中学
自己设计一个表格，用来记录以上测量值.8cm江苏省大港中学
小组之间可以交流、对比实验情况。如有意识的变速拉动纸带，观察纸带上打出的点起始部分、中间部分、最后部分有什么变化？其他小组打出的点有什么不同，这些差异都说明什么问题？以提高对实验现象的观察力.8cm江苏省大港中学
要求学生尊重原始测量的数据，不能随意改动，实验测量的原始数据是研究实验现象,寻找结论和规律的基本依据，也是检验、评价实验结果的依据.尊重原始测量数据，是良好实验素质和科学精神的具体表现.8cm江苏省大港中学
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课后作业:8cm江苏省大港中学
1.思考如何通过记录的有关数据,计算出纸带上点的瞬时速度.8cm江苏省大港中学
2.思考如何通过记录的有关数据,画出纸带运动的V-t图象.8cm江苏省大港中学
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教师资料8cm江苏省大港中学
实验注意事项8cm江苏省大港中学
① 会安装复写纸，并且会调节复写纸的位置，将纸带从复写纸圆片下穿过。将计时器接入50 Hz交流电源，从交流4 V开始，观察振动片振动情况，若振动片振幅较小，再升高电压至6 V。8cm江苏省大港中学
② 开启电源，打点计时器工作，待1～2 s再拖动纸带打出点子。观察点迹是否清晰，打完点后，立即关闭电源（因打点计时器是按间歇工作设计的，避免线圈过热而损坏）。8cm江苏省大港中学
③ 在纸带上打不出点或点迹颜色过淡情况下，纠正的对策大致有三种：电源电压较低（4 V）情况下，可适当调高；调整复写纸位置或更换复写纸；调整打点计时器。8cm江苏省大港中学
④ 打点计时器的调整。如打不出点时，首先要检查压纸框的位置是否升高，而阻碍了振动片，振针打不到纸带上。可将压纸框向下压恢复其原来位置。这种情况一般是由于操作不当引起。检查打点计时器是否正常工作的方法是，将计时器接在4～6 V交流电源上，将纸带穿过计时器，开启电源后观察振针是否在纸带上打出印记。若没有打出印记，可能有两种情况。8cm江苏省大港中学
1）说明振动片没有工作在共振情况下。可拧松螺钉，适当调整振动片位置，紧固后观察振幅，若达到或接近共振状态即可正常工作。8cm江苏省大港中学
2）如果振动片振动较大仍打不出点，可调整振针的位置，直至打出点为止。若振针向下调节过长，则打点针打点的声音过大，且易出现双点，调节时要仔细。8cm江苏省大港中学
⑤ 有的学生可能将打点计时器错接到学生电源的直流电源上（非稳压电源），也能在纸带上打出点迹，这是因为直流输出为单向脉动电流，频率为100 Hz，会导致数据处理时发生错误。8cm江苏省大港中学
⑥ 使用电火花计时器在纸带上打点，安装纸带的方法有两种：一种是用一条纸带从墨粉盘下穿过，打点时墨粉盘不随纸带转动，电火花只将墨粉盘上某一位置的墨粉蒸发到纸带上，打出的点迹颜色较淡,打过一条纸带后要将墨粉盘转一角度再打另－条纸带。学生实验时可采用这一方法。另－种是用两条纸带，将墨粉盘夹在中间，拖动纸带时由于两条纸带的摩擦作用，墨粉盘会随纸带转动，电火花将墨粉盘上不同位置的墨粉蒸发到纸带上，所以打出的点迹颜色较重。墨粉盘上面的一条纸带没有点迹，可重复使用。用一条纸带打点时，纸带与打点计时器之间的摩擦阻力较小，用两条纸带打点时摩擦阻力较大。不管用哪种方法，打完纸带后立即切断电源。8cm江苏省大港中学
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电火花计时器与电磁打点计时器的比较8cm江苏省大港中学
这两种计时器的共同点是在纸带上记录运动物体的“时——空”分布信息，计时基准都是取自市电的周期，在我国每两个点之间的时间间隔为0．02秒，因而有相同的数据采集方法与数据整理分析方法，并可与斜面小车、轨道小车等配套使用，但在可靠性、准确性以及课时利用率等方面，则有很大的差别。电火花计时器成功地克服了电磁打点计时器的缺点。8cm江苏省大港中学
一、运动与计时互相干扰的排除8cm江苏省大港中学
电磁打点计时器工作时，由市电经线圈引起磁场的周期变化，策动弹片带动打点针，在运动体拖动的纸带上，以50赫兹频率打点，并产生了计时和运动间的相互干扰.电火花计时器利用高压脉冲火花放电，放电针与纸带没有接触，因而不会干扰纸带运动。8cm江苏省大港中学
二、操作性能的改善8cm江苏省大港中学
1.减少调节，提高工作可靠性8cm江苏省大港中学
使用电磁打点计时器时，对打点相位的调节，常常是一般师生难以掌握的技术难点；对已调好的计时器，在使用中因随环境因素而改变，即使耗费大量时间与精力调节，也常常难以调好，从而降低了工作的可靠性，降低了实验的置信度和课时利用率。8cm江苏省大港中学
使用电火花计时器时由于不需要上述调节，一般学生在2一5分钟内便能采集到实验数据，从而可以使学生的精力集中到控制实验现象产生的条件，以及研究分析运动规律上去。8cm江苏省大港中学
2.安全性能的突破8cm江苏省大港中学
电磁打点计时器在使用中是没有安全问题的。电火花打点计时长期不能在教学中使用的关键之一是安全问题。早期的电火花打点计时器、其记录灵敏度低下，依赖于电火花在白纸上烧孔，其电压大于6kV，电流达80mA，对人是有生命危险的。后来用热敏纸，电压也大于6kV，电流为5至20mA，也是极不安全的。我们采用的打点记录方法，是一种与电场描绘及传真记录相类似的微电流转印方法，其电压虽然高达3万伏，但电流控制在200μA以下，从而解决了使用电火花计时器时的安全问题。8cm江苏省大港中学
三、实验成本8cm江苏省大港中学
电磁打点计时器是一种低成本教学仪器，它的价格和实验消耗都比较低。八十年代初，电火花计时器与电磁打点计时器之间的价格比在10：1以上，材料消耗比在50：1以上（前者用热敏纸时），经过长期研究改进，我们终于找到了在充电放电上都利用市电的相位信息，使电路大为简化，使两种产品的价格比低于2：1。由于电火花计时器不用低压电源（学生电源），而电磁打点计时器要用配套的学生电源，若将此项因素一并考虑，则上述的价格比就要倒过来了，因此，电火花计时器更便宜。在材料的消耗方面，由于我们采用了合适的介质材料，火花放电的点迹经过放大转印到普通白纸上，因此比电磁打点计时器用的电报纸带价格更低.8cm江苏省大港中学
教学后记8cm江苏省大港中学
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