实验：用打点计时器测速度-2.doc

实验：用打点计时器测速度
将实验教学与其他教学内容紧密地结合在一起的教学形式是这次实验教学的一个特点。虽然没有规定学生的必做实验，但凡是《课程标准》做出这样要求的，教材都安排了实验。本节实验要求全体学生都必须完成。
第一次实验课应向学生介绍实验室要求及安全注意事项。最好让学生课前阅读一下教科书中“学生实验”部分的内容，不要求完全读懂，主要是让学生对物理实验有所了解，对物理实验的意义有所认识。
（1）实验目标
要求学生通过教科书和阅读“说明卡”观察仪器，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，画出v-t图象。了解用图象研究物理问题的方法。
（2）仪器和器材
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。
（3）注意事项
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。
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）。
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。
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。
·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。
·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。
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。
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。
（4）教学中的几点考虑
① 注意培养学生的实验素质。实验课以学生活动为主，各种活动应有序进行。指导学生阅读课文、说明卡，对照课文和说明卡观察仪器结构、了解仪器功能、操作要领。认真观察实验现象，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。
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。
② 注意理解一些名词、概念。如计时点、计数点，两个计数点之间的位移、平均速度、某时刻的瞬时速度是怎样求得的。各组交流v-t图象的异同，研究异同的原因。
画v-t图象时，横轴、纵轴单位长度的确定要根据实验数据的最大值、最小值合理选取，使描绘的图象v-t能充满坐标平面的大部分空间。
③ 说明卡片内容建议（以电磁打点计时器为例）：
·在桌边固定打点计时器；
·将复写纸调节片向外拉出将复写纸圆片孔套在复写纸定位销上，向里推调节片，可调节复写纸位置；
·将纸带穿过限位框，从复写纸下穿过压纸框，从另一侧限位框穿出；
·开启电源等待1 s ～2 s拖动纸带，拖出纸带后立即切断电源；
·在纸带上选取计数点，测量计数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。
（5）手拉纸带的速度—时间图象（示例）

手拉纸带的速度—时间图象
实验：用打点计时器测速度
距离d/m
时间t/s
速度v/（m·s-1）

0．0290
0．10
0．29
0．0383
0．20
0．38
0．0449
0．30
0．45
0．0459
0．40
0．46
0．0459
0．50
0．46
0．0560
0．60
0．56
0．0578
0．70
0．58
0．0562
0．80
0．56
0．0578
0．90
0．58
0．0574
1．00
0．57
0．0588
1．10
0．59
（6）借助传感器用计算机测速度的教学
从《课程标准》教学要求来看，该栏目的内容不是硬性的，可根据学校的具体情况选做。具体做法如下：
由A、B两个传感器与数据采集器组成的仪器系统，先将红外线、超声波接收盒B与数据采集器用传输线插口接好，将数据采集器与计算机用数据传输线接好，将数据采集器电源线接好，接通电源。将红外线、超声波发射器盒A固定在小车上，接收传感器B固定在某一位置并调整其高度与传感A等高。小车上A盒发射器对着接收器B，并处于同一直线上。开启A盒电源开关，推动小车运动，在计算机屏幕上即可显示小车位移随时间变化的图象。从计算机屏幕的提示可以选择s-t图象、v-t图象，也可以同时显示两种图象。可以测量某时刻的瞬时速度、加速度，某段时间内的位移、平均速度，并显示其数值。
注意：不同的产品的操作方法会有区别，请看说明书。