高一打点计时器-教师版
使用打点计时器（教师版）
授课时间： 授课教师：卢老师
教学重点： 高考提示： 教学过程：
一：基本知识点
电磁打点计时器：是一种使用交流电源的计时仪器，如图1-4-1所示. 工作电压为4 V——6 V.当电源的频率是50 Hz时，它每隔0.02 s打一次点. 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，线圈产生的交变磁场使振动片（由弹簧钢制成）磁化，振动片的一端位于永久磁铁的磁场中. 由于振动片的磁极随着电流方向的改变而不断变化，在永久磁铁的磁场作用下，振动片将上下振动，其振动周期与线圈中的电流变化周期一致，即为0.02 s.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小点.
电火花计时器：使用时电源插头直接插在交流220 V插座内，将裁成圆片（直径约38 mm）的墨粉纸盘的中心孔套在纸盘轴上，将剪切整齐的两条普通有光白纸带（20 mm×700 mm）从弹性卡和纸盘轴之间的限位槽中穿过，并且要让墨粉纸盘夹在两条纸带之间. 这样当两条纸带运动时，也能带动墨粉纸盘运动，当按下脉冲输出开关时，放电火花不至于始终在墨粉纸盘的同一位置而影响到点迹的清晰度. 也可以用上述尺寸的白纸带和墨粉纸带（位于下面）做实验，还可以用两条白纸带夹着一条墨粉纸带做实验；墨粉纸可以使用比较长的时间，一条白纸带也可以重复使用，应注意降低实验成本.
二．练习使用打点计时器:
1．构造：见教材。
2．操作要点：接50HZ ，4---6伏的交流电 S1 S2 S3 S 4 正确标取记：在纸带中间部分选5个点T 。T 。 T 。 T 。 3．重点：纸带的分析 a．判断物体运动情况：
在误差范围内：如果S 1=S2=S3=……，则物体作匀速直线运动。 如果∆S 1=∆S 2=∆S 3= …….=常数, 则物体作匀变速直线运动。 b．测定加速度：
公式法： 先求∆S ，再由∆S= aT2求加速度。 图象法： 作v —t 图, 求a=直线的斜率
c．测定即时速度： V1=（S 1+S2）/2T V2=（S 2+S3）/2T
三．测定匀变速直线运动的加速度：
1．原理:：∆S=aT2 2．实验条件：
a ．合力恒定，细线与木板是平行的。 b．接50HZ ，4—6伏交流电。
3．实验器材：电磁打点计时器、纸带、复写纸片、低压交流电源、小车、细绳、一端附有滑轮的长木板、刻度尺、钩码、导线、两根导线。 4．主要测量:
选择纸带, 标出记数点, 测出每个时间间隔内的位移S 1、S 2、S 3 。。。。图中O 是任一点。 5． 数据处理 根据测出的S 1、S 2、S 3S 1 。S 2 。 S3 。S 4 。 S5 。 S6 。 用逐差法处理数据求出加速度：
S4—S 1=3a1T 2 ， S5—S 2=3a2T 2 ， S6—S 3=3a3T 2 a =（a 1+a2+a3）/3=（S 4+S5+S6— S1—S 2—S 3）/9T2
即时速度：（同上）
四．研究平抛物体的运动： 1．实验原理：
用一定的方法描出平抛小球在空中的轨迹曲线，再根据轨迹上某些点的位置坐标，由h=再由x=v0t 求v 0，并求v 0的平均值。 2．实验器材：
12gt
2
求出t ，
木板，白纸，图钉，未端水平的斜槽，小球，刻度尺，附有小孔的卡片，重锤线。 3．实验条件：
a． 固定白纸的木板要竖直。
b． 斜槽未端的切线水平，在白纸上准确记下槽口位置。 c．小球每次从槽上同一位置由静止滑下。
五．验证机械能守恒定律
1．原理：物体做自由落体运动，根据机械能守恒定律有：mgh=在实验误差范围内验证上式成立。
2．实验器材：打点计时器，纸带，重锤，米尺，铁架台，烧瓶夹、低压交流电源、导线。 3．实验条件：
a．打点计时器应该竖直固定在铁架台上
b ．在手释放纸带的瞬间，打点计时器刚好打下一个点子，纸带上最初两点间的距离约为2毫米。 4. 测量的量：
a．从起始点到某一研究点之间的距离，就是重锤下落的高度h ，则重力势能的减少量为mgh 1；测多
个点到起始点的高h 1、h 2、h 3、h 4（各点到起始点的距离要远一些好）
b．不必测重锤的质量
5．误差分析：由于重锤克服阻力作切，所以动能增加量略小于重力势能减少量 6．易错点：
1. 选择纸带的条件：打点清淅；第1、2两点距离约为2毫米。 2. 打点计时器应竖直固定，纸带应竖直。 3. 实验操作关键：先合上电源，再松开纸带。
12mV
2
4．为减小误差，重锤应适当大一些。
六．训练指要
本套试题训练和考查的重点是：了解打点计时器的原理和使用方法. 会运用打点计时器来测定匀变速直线运动的加速度、会运用打点计时器来验证牛顿第二定律. 第12题和第13题为创新试题，这两道题主要体现在实验设计上的创新.
一、选择题（每小题5分，共40分）
1. 某人在t =0时刻时观察一个正在做匀加速直线运动的质点，现只测出了该质点 在3 s内及第7 s内的位移，则下列说法正确的是（BD ）
A. 不能求出任一时刻的瞬时速度 B.能求出任一时刻的瞬时速度 C. 不能求出第3 s末到第7 s初内的位移 D.能求出该质点的加速度
2. 在验证a 与M 的关系的实验中，下列做法哪些是错误的(ACD) A. 平衡摩擦力时，将砂桶用绳跨过定滑轮拴在小车上 B. 每次改变小车的质量M 时，不再移动垫块平衡摩擦力
C. 当m
3. 用接在50 Hz 交流低压电源上的打点计时器，测定小车做匀加速直线运动的加速度，某次实验中得到的一条纸带如图1—18—1所示，从比较清晰的点起，每五个打印点取一个点做为计数点，分别标为0、1、2、3、4，测得s 1=30 mm，s 4=48 mm，则小车在0与1两点间的平均速度和小车的加速度分别为（ ）
图1—18—1
A.0.30 m/s 0.6 m/s2 B.0.6 m/s 0.33 m/s2 C.6 m/s 3.3 m/s D.3.3 m/s 6 m/s
4. 某学生做“验证牛顿第二定律”的实验，在平衡摩擦力时把长木板的一端垫得过高，使得倾角偏大. 它所得到的a -F 关系可用下列哪一图线表示.(图1—18—2中a 是小车的加速度，F 是细线作用于小车的拉力) （ ）
2
2
图1—18—2
5. 在验证牛顿第二定律关于力一定时加速度与质量成反比的实验中，以下做法错误的是（ ） A. 平衡摩擦力时，应将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上 B. 每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力 C. 实验时，先放开小车，再接通打点计时电源
D. 小车运动的加速度，可从天平测出装砂小桶和砂的质量(M ′和m ′) 以及小车质量M ，直接用公式a =(M ′+m ′) g /M ，求出［(M ′+m ′)
6. 做以下四个实验时，要用打点计时器的实验是（ ） A. 验证牛顿第二定律 B.验证碰撞中的动量守恒 C. 验证机械能守恒定律 D.研究平抛物体的运动
7. 一学生在练习使用打点计时器时，纸带上打出的不是圆点，而是一些短线，这可能是因为（ ） A. 打点计时器错接在直流电源上 B.电源电压不稳定 C. 电源频率不稳定 D. 振针压得过紧
8. 如图1—18—3所示，为一做匀加速直线运动的小车通过打点计时器所得纸带的一部分，A 是任选的第一点，B 、C 是第11点和第21点，若小车运动的加速度是10 m/s2，则打点计时器的频率为（ ）
图1—18—3
A.25 Hz
二、填空题（每小题6分，共24分）
9. 在某次测匀变速运动的加速度的实验中得到如图1—18—4所示的纸带，图中所标各点均为打点计时器所打的点，由此可知，匀加速运动的加速度的大小为_______(电源频率f
=50 Hz).
B.50 Hz
C.100 Hz D.200 Hz
图1—18—4
10. 图1—18—5为接在50 Hz 低压交流电源上的打点计时器在纸带做匀加速直线运动时打出的一条纸带，图中所标的是按每隔五个点取一个计数点的原则所取的计数点，但第三个计数点没有画出，则该物体运动的加速度为______.第3计数点与第2计数点的距离约为_____cm.
图1—18—5
11. 在验证牛顿第二定律的实验中，当小车质量m 不变时，a —F 图象如图1—18—6所示，则m =_______.
图1—18—6 图1—18—7
12. （2001年全国高考试题）一打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下，如图1—18—7所示. 图1—18—8是打出的纸带的一段.
（1）已条打点计时器使用的交流电频率为50 Hz ，利用图1—18—8给出的数据可求出小车下滑的加速度a =_______.
（2）为了求出小车在下滑过程中所受的阻力，还需测量的物理量有_________.用测得的量及加速度a 表示阻力的计算式为：F f =______________.
图1—18—8
三、计算题（共36分）
13. （12分）利用打点计时器测自由落体的加速度，重锤下落时打出一条纸带如图1—18—9所示，计算重力加速度的数值.
图1—18—9
14.(12分) 在“验证牛顿第二定律”的实验中，在砂和砂桶的质量不变时，改变小车的质量，得出下表中数据：
图1—18—10
(1)在图1—18—10中作出a —(2)由图象得出什么结论? (3)砂和砂桶的重力约为多少?
15. （12分）一个小车拖着纸带做匀加速直线运动，用频率为50 Hz 的交流电源，使打点计时器在纸带上打下一系列的点. 舍去开头比较密集的点，适当选取某一点作为第1计数点后，用刻度尺量出第6点到第11点间的距离为2 cm，第21点到第26点间的距离为4.4 cm，那么： （1）该小车的加速度是多大？
（2）打点计时器打第21点时小车的速度是多大？
（3）纸带上第1点到第26点这段时间内小车的平均速度是多少？
参考答案 一、1.BD
2.ACD 平衡摩擦力时不能将砂桶拴在小车上；摩擦力平衡后，改变小车质量M 时，不需要重新平衡摩擦力；求小车的加速度应从低带上求；画图线应画a -3.A 4.C
5.ACD 平衡摩擦力实际上就是让小车的重力沿斜面的分力与小车受摩擦阻力(包括纸带，但不悬挂小桶)
1M
1M
图象.
图线.
相平衡，粗略分析就是Mg sin θ=μMg cos θ，可见平衡摩擦力与物体的质量无关，即改变小车质量M 时，无须重新平衡摩擦力，知B 正确，A 错. 在使用打点计时器时应先接通电源，待振针稳定后再松开纸带，知C 错. 在本实
验中，目的是验证牛顿第二定律，故加速度应为实测得到的数值，即通过分析纸带而得出，而不是利用牛顿第二定律进行计算，知D 错.
6.AC
7.D 若打点计时器错接在直流电源上，则不打点，A 不可能；若电源电压不稳定，则打点的力的大小不同，即纸带上打出圆点的清晰度不同，B 不可能；若电源频率不稳定，则打点的时间间隔不同，点间距离不同，C 不可能；若振针压得过紧，则会出现托迹现象即纸带上打出的不是圆点，而是一些短线.
8.C 二、9.8.63 m/s2
10.0.51 m/s2;4.36 11.0.71 kg
12.(1)a =4.00 m/s (2)小车的质量m ；斜面上任意两点间的距离L 及两点间的高度差；mg 三、13. g =9.50 m/s
14. （1）先求出M 的倒数，在坐标中描点，再连线得到a -1M
2
2
h L
-ma .
图象如下图所示
（2）图象是一条过原点的斜直线，表明：a ∝(3)砂和砂桶的重力约等于小车的牵引力.
即(m 砂+m 桶）g =F 而F =ma =
a 1m
1M
.
等于图线的斜率.
由图象可得：（m 砂+m 桶）g ≈0.155 N
15. 设第1、6点间的位移为s 1，第6、11点间的位移为s 2„„第21、26点间的位移为s 5. 每6个点间的运动时间
T =0.02×5 s =0.1 s . (1)a =
s 5-s -2
23T
2
=
(4. 4-2) ⨯103⨯(0. 1)
2
m/s2=0.8 m/s2
(2)因为Δs =s 3-s 2=s 5-s 4 所以s 3+s 4=s 2+s 5 第16点的速度v s 16 =3+s 4
s 5
2+4. 4) ⨯10
-2
2T
=s 2+2T
=
(2⨯0. 1
m/s =0.32 m/s
所以v 21=v 16+aT =0.32 m/s+0.8×0.1 m/s=0.4 m/s (3)因为v =
v 1+v 26
2
又因为v 1=v 16-a ×3T =0.32 m/s-0.8×0.3 m/s=0.08 m/s v 26=v 16+a ×2T =0.32 m/s+0.8×0.2 m/s=0.48 m/s 所以v =
0. 08+0. 48
2
m/s=0.28 m/s