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    高中物理網

    打點計時器及其紙帶數據處理

    王尚老師微信

    打點計時器是利用交流電源進行計時測量的儀器。打點計時器是高中物理中非常基礎的,同時也是第一個引入的高級測量儀器。

    我們錄制了打點計時器視頻,圍繞物理試卷常見考點展開的,主要是結合了勻變速直線運動加速度的求解方法。在視頻的下方,有打點計時器使用、結構、數據處理、注意事項等詳細的文字介紹。

    用手機看視頻不適請在電腦端看視頻,網址是www.q6113.com;溫馨提醒,可在電腦端設置全屏播放,調整為超清分辨率。

    視頻一:打點計時器紙帶處理物理公式推導

    視頻二:三點法求解紙帶加速度

    視頻三:四點法求解紙帶加速度

    視頻四:逐差法求解紙帶加速度

    視頻五:坐標圖像法求解紙帶加速度

    打點計時器的介紹

    打點計時器是計時裝置,記錄的是時間與位移之間的關系的儀器。

    通常來說,打點計時器的周期是0.02s;這就意味著,每過0.02s便打一個點在紙帶上。如果紙帶運動,則紙帶上的相鄰點之間的時間就是0.02s。

    這樣記錄下一系列點的紙帶,研究紙帶上的各點間的間隔,便可以用來分析運動情況,除了位移之外,還可以用來分析速度與加速度。

    對于勻速直線運動的情況,打點計時器打出來的紙帶上的點是等間距的。我們可以利用紙帶和打點計時器來檢測物體的運動是否是勻速直線運動。

    對于勻加速直線運動的情況,打點計時器打出來的紙帶上的點的距離是逐漸加大的。同樣,我們可以利用紙帶和打點計時器來檢測物體的運動是否是勻變(加)速直線運動。

    打點計時器

    打點計時器紙帶數據處理實例分析

    打點計時器大部分的數據處理時來分析勻變速直線運動的加速度的。

    我們來以下方的一個紙帶數據圖像來具體分析“如何利用打點計時器測量勻變速直線運動的加速度?”

    打點計時器的紙帶

    對圖中紙帶做一個說明:單位是cm;每隔4個點取研究點。

    我們有如下的表示:

    x1=3.86cm

    x2=8.05-3.86=4.19cm

    x3=12.59-8.05=4.54cm

    x4=17.47-12.59=4.88cm

    對應的相鄰兩個T內的位移差:

    Δx1=x2-x1=0.33cm

    Δx2=x3-x2=0.35cm

    Δx3=x4-x3=0.34cm

    我們能夠看出,Δx的數值基本上是相等的。

    根據Δx=aT2;我們去△x=0.34,則有0.34cm=a*0.1s*0.1s,換算為標準單位制,即可求出a的值來。

    打點計時器逐差法求加速度公式

    逐差法求加速度公式的紙帶圖像和物理公式如下圖所示。這是打點計時器的難點,希望同學們借助王尚老師的視頻講解來理解這部分內容。

     

    紙帶的逐差法公式

    逐差法計算加速度公式

    打點計時器實驗的內容與要求

    使用打點計時器,研究紙帶是我們牛頓動力學部分第一個重要學生實驗。其學習目標包括:

    (1)學會使用打點計時器,能根據紙帶研究物體的運動情況。

    (2)能根據紙帶上的點跡計算紙帶的平均速度。

    (3)能夠根據紙帶粗略測量物體的瞬時速度。

    (4)認識 v-t 圖象,能根據圖象分析物體運動情況。

    (5)了解誤差和有效數字。

    紙帶 

    打點計時器實驗主要求解什么?

    如上圖所示,勻變速直線運動中,使用打點計時器,結合打出來的紙帶,我們可以得到這兩個物理量:

    (1)物體運動的加速度值,具體求解方法見上述分析。

    (2)中間的,即B點的瞬時速度。改點的速度,等于AC段的平均速度,其計算公式為

    vB=AC/2T

    高中物理必修2中平拋運動的實驗研究,會考察到上述兩個考點。

    電磁打點計時器簡單介紹

    電磁打點計時器是一種記錄運動物體在一定時間內發生位移的儀器,它使用交變電源,由學生電源供電,其工作電壓小于6V,一般是4~6V,電源的頻率是50Hz,它每隔0.02s打一次點。

    工作電壓電源的頻率是50 Hz時,它每隔0.02s打一個點,通電前把紙帶穿過限位孔,再把套在軸上的復寫紙片壓在紙帶的上面,接通電源后,在線圈和永久磁鐵的作用下,便振動起來,帶動上下振動。這時如果紙帶運動,振針就通過復寫紙片在紙帶上留下一行小點,如果把紙帶跟運動的物體連在一起,即由物體帶動紙帶一起運動,紙帶上各點之間的距離就表示相應時間間隔中物體 。電火花計時器的原理與電磁打點計時器類似,這種計時器工作時,紙帶運動受到的阻力比較大,實驗誤差也就比較大。物理網力學組主編王尚老師新書物理自診斷,每道題都有視頻講解,哪道題不會掃題旁二維碼即可看視頻,學習更高效,考試分數更高,歡迎微信teacherws咨詢。

    在具體的實驗操作中,需要注意的有:

    1.打點計時器使用的電源是交流電源,電磁打點計時器電壓是4~6V;電火花打點計時器電壓是220V。

    2.打點計時器在紙帶上應打出輕重合適的小圓點,如遇到打出的是小橫線、重復點或點跡不清晰,應調整振針距復寫紙片的高度,使之大一點。

    3.復寫紙不要裝反,每打完一條紙帶,應調整一下復寫紙的位置,若點跡不夠清晰,應考慮更換復寫紙。

    4.紙帶應捋平,減小摩擦力,從而起到減小誤差的作用。

    5.使用打點計時器,應先接通電源,待打點計時器穩定后再放開紙帶。

    6.使用電火花計時器時,還應注意把兩條白紙帶正確穿好,墨粉紙盤夾在兩紙帶之間;使用打點計時器時,應讓紙帶通過限位孔,壓在復寫紙下面。

    7.處理紙帶數據時,密集點的位移差值測量起來誤差大,應舍去;一般以五個點(中間間隔四個)為一個計數點。

    8.描點作圖時,應把盡量多的點連在一條直線(或曲線)上不能連在線上的點應分居在線的兩側。誤差過大的點可以舍去。

    9.打點器不能長時間連續 工作。每打完一條紙帶后,應及時切斷電源。待裝好紙帶后,再次接通電源并實驗。

    10.在實驗室使用打點計時器時,先將打點計時器固定在實驗臺上,然后接通電源。王尚老師輔導書物理自診斷每道題都有視頻講解,哪道題不會掃題旁二維碼即可看視頻,學習更高效,考試分數更高,歡迎添加微信teacherws咨詢。

    打點計時器的學習問題與王尚老師的答疑

    王尚老師物理答疑

    學生問題1:紙帶上有四個點的問題,如何利用打點計時器紙帶公式求解呢?

    王尚老師:如下圖所示,四個點的紙帶數據處理,求解加速度的科學解法是這樣的:S3-S1=2aT2。為什么要用這個公式而不用S2-S1呢?這是因為S3-S1會把四個點的數據都用上,而利用S2-S1或S3-S2都會少用一個點的數據,這樣就誤差會更大一些。為什么用到四個點就比三個點好呢,這個幾句話說不清楚,我特別建議你還可以結合作v-t圖求解斜率的方法來做一做,就會理解的更加深入。我建議你把《物理自診斷》專題3的題和視頻都看一看。

    打點計時器的紙帶處理

    學生問題2:王老師您好,我發現您視頻講的特別好,我做平拋運動實驗圖像有問題,按照您視頻講解的解題方法實在是太棒了。還有哪些問題,能利用打點計時器紙帶處理加速度公式求解嗎?請您指點一下,多謝。

    王尚老師:您是一個記憶力很好的學生,也喜歡復習,及時反思學過的內容并進行總結對物理的學習非常有益。解決平拋運動實驗圖像的問題,一定要把打點計時器求解加速度的公式用起來,有的復雜的題還要用到中間點速度的求解公式。我建議你在看看《物理自診斷》的這些題:專題1例9;專題2例3,例10,看看我的視頻講解,你會對深入理解這部分內容特別有幫助。

    學生問題3:王老師您好,我想問您一個問題,就是逐差法非得是七點法嗎?比如五個點,我能不能用呢?請您指點一下,多謝。

    王尚老師:可以的,逐差法是一種解題思想。您結合我上面的視頻講解來考慮這個問題:如果是五點法,就有四個間隔,那么您可以采用這兩個公式:

    S3-S1=2a1T2

    S4-S2=2a2T2

    分別求出兩個a,在求解平均數,這也是逐差法的應用。您也可以再聯立一個求平均數的方程,進行化簡得到五點逐差法的加速度a公式。請務必注意,不能是S4-S3就為什么?您要是不理解,再把我的視頻看一遍。打點計時器的思想,在一些物理題中也有考察,這些題中,未必會出現紙帶和打點計時器。我建議你在看看《物理自診斷》的這些題:專題1例9;專題2例3,例10,看看我的視頻講解,你會對深入理解這部分內容特別有幫助。

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    參考文獻

    高考物理二十大必考點詳細解析

    http://www.q6113.com/zongjie/kaodian/32195.html

    高中物理必修一知識點與學習策略解析

    http://www.q6113.com/zongjie/b1/35.html

    伽利略對自由落體運動的研究

    http://www.q6113.com/zongjie/b1/57.html

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