实验用打点计时器是中学物理实验中常用的一种测量速度的工具,主要分为电磁打点计时器和电火花计时器两种类型。这两种计时器的工作原理都是基于电磁感应或火花放电来实现定时打点,从而记录物体运动的时间。
电磁打点计时器是一种利用电磁感应原理工作的设备,当接通4-6V低压交流电源时,振片在磁场力的作用下振动,带动振针在纸带上打点。当电源频率为50Hz时,每隔0.02秒打一个点,因此纸带上相邻两点的时间间隔是固定的。
电火花计时器则是在220V交流电源下工作,通过火花放电在纸带上形成点迹。同样,它的打点周期也是0.02秒,但由于火花放电产生的阻力小,因此实验误差相对较小,更适合高速运动的物体测量。
实验的主要目标包括了解打点计时器的结构和工作原理,掌握其安装和使用方法,以及根据纸带测量速度。学生需要学会从纸带上获取信息,处理数据,并通过描点法绘制速度-时间图象。在这个过程中,不仅锻炼了学生的实践操作能力,还培养了他们独立学习、处理信息、画图象等多方面技能。
在实际操作中,学生首先需要观察打点计时器,阅读使用说明书,理解各部分功能。然后,通过动手操作,了解如何将纸带上的点与小车的位移和时间对应起来,并将这些数据整理成表格。接下来,学生要根据瞬时速度的概念,计算不同时间点的速度,这通常通过计算两点间平均速度的极限来实现。学生需绘制速度-时间图象,用平滑曲线拟合点迹,以直观展示物体的运动规律。
教学的重点在于打点计时器的使用、瞬时速度的计算以及速度-时间图象的绘制。难点在于如何处理纸带上的数据,以及正确使用图象法处理物理数据。教学方法强调教师的启发和引导,结合学生的自主学习、动手实验和讨论交流,旨在培养学生的创新精神和实事求是的科学态度。
在课堂总结时,教师会回顾打点计时器的构造原理,强调如何通过纸带上的点分析物体的运动情况,以及如何计算平均速度和近似瞬时速度。学生通过实验,不仅能掌握测量技术,还能体会到物理学在解决实际问题中的应用,以及科学研究过程中的挑战和乐趣。