實驗研究勻變速直線運動

關(guān)于實驗研究勻變速直線運動第1頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1．練習(xí)使用打點計時器，學(xué)會用打上點的紙帶研究物體的運動．2．掌握判斷物體是否做勻變速直線運動的方法．(Δx＝aT2)3．測定勻變速直線運動的加速度．一、實驗?zāi)康牡?頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1．打點計時器(1)作用：計時儀器，當(dāng)電源頻率為50Hz時，每隔

s打一次點．(2)工作條件0.022204V~6V二、實驗原理第3頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)紙帶上點的意義：①表示和紙帶相連的物體在不同時刻的位置．②通過研究紙帶上各點之間的間隔，可以判斷物體的運動情況．③可以利用紙帶上打出的點來確定計數(shù)點間的時間間隔．

第4頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2．利用紙帶判斷物體運動狀態(tài)的方法(1)沿直線運動的物體在連續(xù)相等時間內(nèi)不同時刻的速度分別為v1、v2、v3、v4、…，若v2－v1＝v3－v2＝v4－v3＝…，則說明物體在相等時間內(nèi)速度的增量相等，由此說明物體在做勻變速直線運動，即a＝＝＝＝…第5頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月aT2(2)沿直線運動的物體在連續(xù)相等時間內(nèi)的位移分別為x1，x2，x3，x4…，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…，則說明物體在做勻變速直線運動，且Δx＝

.3．速度、加速度的求解方法(1)“平均速度法”求速度即vn＝，如圖所示．第6頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)由紙帶求物體運動的加速度①逐差法：即根據(jù)x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2(T為相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔)，求出a1＝、a2＝、a3＝，再算出a1、a2、a3的平均值即為物體運動的加速度：＝＝

.第7頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月②圖象法：即先根據(jù)vn＝求出多個點的瞬時速度，后作出v－t圖象，圖象的斜率即為物體運動的加速度．三、實驗器材電火花計時器(或電磁打點計時器)，一端附有滑輪的長木板，小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙片．第8頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月四、實驗步驟1．把附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路．把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，把紙帶穿過打點計時器，并將它的一端固定在小車的后面．實驗裝置見下圖所示，放手后，看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行．第9頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2．把小車停在靠近

處，先

，后

，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一系列的點，換上新紙帶，重復(fù)三次．3．從三條紙帶中選擇一條比較理想的，舍掉開頭一些比較密集的點，從后邊便于測量的點開始確定計數(shù)點，為了計算方便和減小誤差，通常用連續(xù)打點五次的時間作為時間單位，即T＝0.1s，如圖所示，正確使用毫米刻度尺測量O計數(shù)點到各個計數(shù)點間的距離，并填入設(shè)計的表格中．打點計時器接通電源放開小車第10頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月4．根據(jù)測量結(jié)果，用逐差法求出加速度a，或利用某一段時間的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度求得各計數(shù)點的瞬時速度，作出v－t圖象，由圖象的斜率求得加速度．五、注意事項1.開始釋放小車時，應(yīng)使小車靠近打點計時器．2.應(yīng)該先接通電源，再釋放小車，當(dāng)小車到達(dá)滑輪前及時用手按?。?1頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月3.先斷開電源，再取下紙帶．4.對于電磁打點計時器，如打出的點較輕或是短線時，應(yīng)調(diào)整振針距復(fù)寫紙的高度．5.選擇一條理想的紙帶，是指紙帶上的點跡清晰，適當(dāng)舍棄點密集部分，適當(dāng)選取計數(shù)點(注意計數(shù)點與計時點的區(qū)別)，弄清楚所選的時間間隔T等于(n－1)t.6.每打好一條紙帶，將定位軸上的復(fù)寫紙換個位置，以保證打點清晰(注意此項只對于電磁打點計時器才適用)．第12頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.不要分段測量各段位移，應(yīng)一次測出各計數(shù)點與0計數(shù)點的距離，再逐個計算x1、x2、x3…，讀數(shù)時應(yīng)估讀到0.1mm.8.盡可能保證小車做勻加速直線運動的方法是：①細(xì)繩盡可能與板面保持平行；②滑輪和車輪靈活；③長木板表面粗糙程度、紙帶與打點計時器之間的摩擦基本保持一致．第13頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月題型一：對實驗步驟和注意事項的考查例1在“測定勻變速直線運動的加速度”的實驗中，某同學(xué)的操作步驟如下，其中錯誤或遺漏的步驟有(遺漏可編上序號G、H……)______．A．拉住紙帶，將小車移到靠近打點計時器處先放開紙帶，再接通電源B．將打點計時器固定在平板上，并接好電源C．把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，下面吊著適當(dāng)重的鉤碼第14頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月D．取下紙帶E．將平板一端抬高，輕推小車，使小車能在平板上做加速運動F．將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的限位孔將以上步驟完善并按合理順序填寫在橫線上__________________________．【解析】A中應(yīng)先接通電源再放開紙帶，D中先斷開電源，使計時器停止工作，再取下紙帶；遺漏G，換上新紙帶重復(fù)實驗三次．【答案】ADG

BEFCADG第15頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月例2(1)某同學(xué)要進(jìn)行探究勻變速直線運動規(guī)律的實驗，請在下面列出的實驗器材中，選出本實驗中不需要的器材填在橫線上(填編號)：________.①打點計時器②天平③低壓交流電源④低壓直流電源⑤細(xì)繩和紙帶⑥鉤碼和小車⑦秒表⑧一端有滑輪的長木板⑨刻度尺題型二：紙帶數(shù)據(jù)的處理和計算第16頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)把紙帶的下端固定在重物上，上端用手提著，紙帶穿過打點計時器，接通電源后將紙帶釋放，重物便拉著紙帶下落．紙帶被打出一系列點，其中有一段如圖所示，則紙帶的哪端與重物相連？______(填左端或右端)．第17頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)若電源的頻率為50Hz，實驗者在處理實驗數(shù)據(jù)時，將每隔4個計時點取一個計數(shù)點，則每兩個計數(shù)點間的時間間隔應(yīng)為______s；如上圖所示，是用打點計時器測定勻變速直線運動規(guī)律時打出的一條紙帶，A、B、C、D、E為紙帶上所選的計數(shù)點，則vB＝______m/s，a＝________m/s2.(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(4)如果在測定勻變速直線運動的加速度時，實驗者不知道工作電壓的頻率變?yōu)樾∮?0Hz，這樣計算出的加速度值與直實值相比是________(填“偏大”、“偏小”或“不變”)．第18頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月【解析】(1)本實驗不需要天平測質(zhì)量，打點計時器應(yīng)用低壓交流電源，也不用秒表測時間，故不需要的器材為②④⑦.(2)開始端，紙帶速度較小，點間距應(yīng)較小，故左端與重物相連．(3)打點周期T0＝s＝0.02s，兩計數(shù)點間的時間間隔為T＝5T0＝0.1s.vB＝＝m/s＝0.26m/s，由a＝得：a＝0.40m/s2.(4)因由Δx＝aT2計算時，用的T比實際的T小，故計算出的a比真實值偏大．【答案】(1)②④⑦

(2)左端(3)0.1

0.26

0.40

(4)偏大第19頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月【方法與知識感悟】在進(jìn)行紙帶數(shù)據(jù)的計算時，應(yīng)注意以下幾點：(1)弄清紙帶中已知的是計時點還是計數(shù)點，若是計數(shù)點，則相鄰計數(shù)點間的時間間隔是多少；(2)弄清題中已知的距離是相鄰計數(shù)點間的距離還是每個計數(shù)點到第一個計數(shù)點間的距離，若是后者應(yīng)換算成相鄰計數(shù)點間的距離再代入原理公式計算；(3)計算時注意將單位化為國際單位制；第20頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)注意題中要求保留幾位有效數(shù)字．在用v－t圖象處理數(shù)據(jù)時，應(yīng)注意以下幾點：(1)確定坐標(biāo)標(biāo)度要適當(dāng)，盡量使描出的線布滿整個坐標(biāo)紙；(2)根據(jù)表格中的v、t數(shù)據(jù)，在平面直角坐標(biāo)系中仔細(xì)描點；(3)將點連成線時，使同一次實驗得到的各點盡量落到這條直線上，落不到直線上的點，應(yīng)均勻分布在直線的兩側(cè)．(如右圖)第21頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月例3張明同學(xué)想研究一下剛買來的遙控電動車的運動，他找來一個廢棄的小輸液瓶，瓶內(nèi)裝上墨水，通過調(diào)節(jié)開關(guān)使墨水緩慢滴下，然后將這個裝置固定在車的尾部，使車從靜止開始沿直線前進(jìn)．然后，他在離出發(fā)點不遠(yuǎn)處，選擇墨水滴間距離較大處的一個點為起點，用卷尺測量這個點后面的10個點到這個點的距離，并記錄在下表中.12345678910距離(m)0.4221.5463.0764.8906.8138.71310.64512.57114.48316.419題型三：實驗的拓展變式第22頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)張明制作的裝置相當(dāng)于物理實驗室的什么儀器？(2)通過上表數(shù)據(jù)，你認(rèn)為小車在所記錄的這段時間內(nèi)做怎樣的運動？

(3)要測量小車做勻速運動的速度，張明同學(xué)需要知道什么物理量？他還要需要什么測量工具？如何測量？【思路點撥】這不是教材中的實驗，而是教材上打點計時器原理的創(chuàng)新應(yīng)用，很好地理解打點計時器原理，并能遷移應(yīng)用，是解這個題的關(guān)鍵．第23頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月【解析】(1)張明制作的裝置相當(dāng)于打點計時器．(2)求出相鄰兩點間的距離如下表0－1x11－2x22－3x33－4x44－5x55－6x66－7x77－8x88－9x99－10x10距離(m)0.4221.1241.5301.8141.9231.9001.9321.9261.9121.936從上表可以看出，開始時相鄰兩點間的距離是逐漸變大的，后面兩點間的距離基本上保持不變，說明開始時小車做加速運動，后面做勻速運動．(3)他需要知道滴出相鄰的兩墨水滴的時間間隔，要用秒表才能測出，從滴出第一滴計時，數(shù)到滴下n滴(n>30)所用時間為t.則這個時間間隔Δt＝.第24頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月【方法與知識感悟】該實驗的拓展變遷主要體現(xiàn)在以下幾方面：(1)對打點計時器的原理的拓展變遷，如例3中的滴水法、頻閃照相法、利用勻速圓周運動的甩墨法、單擺甩墨法等．(2)測速度和加速度的方法變遷，如利用光電門測速度和加速度．(3)實驗應(yīng)用的拓展，如利用打點計時器測加速度結(jié)合牛頓第二定律來測定動摩擦因數(shù)．第25頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1．某同學(xué)用電火花打點計時器(其打點周期T＝0.02s)來測定自由落體的加速度．試回答：①下列器材料中，不需要的是

(只需填選項字母)．A．直尺B．紙帶C．重錘D．學(xué)生電源②實驗中在紙帶上連續(xù)打出點1、2、3……9，如圖所示，由此測得加速度的大小為

m/s2.D9.4第26頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月③當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮?.8m/s2，測量值與實際值有差異的主要原因是

．空氣阻力，紙帶與限位孔之間的摩擦力【解析】①電火花打點計時器使用220V交流電源，不需要的是D；②依s6－s1＝5aT2(3.92－2.04)×10－2＝5a×(0.02)2，∴a＝9.4m/s2，③空氣阻力，紙帶與限位孔之間的摩擦力．第27頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2．某同學(xué)在做“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗時，打點計時器所用電源的頻率是50Hz，在實驗中得到一條點跡清晰的紙帶，他把某一點記作O，再選依次相鄰的6個點作為測量點，分別標(biāo)以A、B、C、D、E和F，如圖所示．第28頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)如果測得C、D兩點相距2.70cm，D、E兩點相距2.90cm，則在打D點時小車的速度是

m/s.(2)該同學(xué)分別算出打各點時小車的速度，然后根據(jù)數(shù)據(jù)在v－t坐標(biāo)系中描點(如圖所示)，由此可求得小車的加速度a＝

m/s2.1.405.00【解析】(1)根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律，打D點的速度等于CE段的平均速度，即vD＝＝m/s＝1.40m/s.(2)根據(jù)描點作一條過原點的直線，直線的斜率即為小車的加速度．圖象如圖所示，求出加速度為5.00m/s2.第29頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月3．光電計時器是一種研究物體運動情況的常用計時儀器，其結(jié)構(gòu)如圖(a)所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當(dāng)有物體從a、b間通過時，光電計時器就可以精確地把物體從開始擋光到擋光結(jié)束的時間記錄下來．圖(b)中MN是水平桌面，Q是長木板與桌面的接觸點，1和2是固定在長木板上適當(dāng)位置的兩個光電門，與之連接的兩個光電計時器沒有畫出，長木板頂端P點懸有一鉛錘，實驗時，讓滑塊從長木板的頂端滑下，光電門1、2各自連接的計時器顯示的擋光時間分別為1.0×10－2s和4.0×10－3s．用精度為0.05mm的游標(biāo)卡尺測量滑塊的寬度為d，其示數(shù)如圖(c)所示．第30頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)滑塊的寬度d＝

cm.(2)滑塊通過光電門1時的速度v1＝

m/s，滑塊通過光電門2時的速度v2＝

m/s.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)1.0101.02.5第31頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)由此測得的瞬時速度v1和v2只是一個近似值，它們實質(zhì)上是通過光電門1和2時的

，要使瞬時速度的測量值更接近于真實值，可將

的寬度減小一些.

平均速度滑塊【解析】(1)d＝10mm＋0.05mm×2＝10.10mm＝1.010cm.(2)v1＝＝m/s＝1.0m/sv2＝=m/s＝2.5m/s.(3)v1、v2實質(zhì)上是通過光電門1和2時的平均速度，要使瞬時速度的測量值更接近于真實值，可將滑塊的寬度減小一些.

第32頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月【鞏固基礎(chǔ)】*1.在“研究勻變速直線運動”的實驗中，下列方法有助于減少實驗誤差的是()A．選取計數(shù)點，把每打5個點的時間間隔作為一個時間單位B．使小車運動的加速度盡量小些C．舍去紙帶上開始時密集的點，只利用點跡清晰、間隔適當(dāng)?shù)哪且徊糠诌M(jìn)行測量、計算D．適當(dāng)增加掛在細(xì)繩下鉤碼的個數(shù)ACD第33頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月【解析】選取的計數(shù)點間隔較大，在用直尺測量這些計數(shù)點與O計數(shù)點間的距離時，在測量絕對誤差基本相同的情況下，相對誤差較小，A正確；在實驗中，如果小車運動的加速度過小，打出的點很密，長度測量的相對誤差較大，測量準(zhǔn)確性降低，因此小車的加速度應(yīng)適當(dāng)大些，而使小車加速度增大的常見方法是適當(dāng)增加掛在細(xì)繩下鉤碼的個數(shù)以增大拉力，B錯誤，D正確；為了減小長度測量的相對誤差，舍去紙帶上過于密集甚至分辨不清的點，C正確.

第34頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月BC

第35頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月3．在“研究勻變速直線運動”的實驗中，算出小車經(jīng)過各計數(shù)點的瞬時速度如下：計數(shù)點序號123456計數(shù)點對應(yīng)的時刻(s)0.10.20.30.40.50.6通過計數(shù)點時的速度(cm/s)44.062.081.0100.0110.0168.0第36頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月C為了算出加速度，合理的方法是()A．根據(jù)任意兩個計數(shù)點的速度，用公式a＝算出加速度B．根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出v－t圖，量出其傾角α，由a＝tanα算出加速度C．根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出v－t圖，由圖線上間隔較遠(yuǎn)的兩點所對應(yīng)的速度，用公式a＝算出加速度D．依次算出通過連續(xù)兩個計數(shù)點間的加速度，算出平均值作為小車的加速度第37頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月【解析】根據(jù)任意兩個計數(shù)點的速度用公式a＝算出加速度的偶然誤差較大，A不合理；B選項是錯誤的，a＝，由于兩坐標(biāo)軸單位長度的標(biāo)度值不相同，a不一定等于tanα，如圖所示，tan45°＝1，而a＝3m/s2，由圖線上間隔較遠(yuǎn)的兩點對應(yīng)的速度，利用公式a＝算出的加速度偶然誤差小，即C合理；依次算出通過連續(xù)兩個計數(shù)點間的加速度，算出平均值作為小車的加速度，實際只相當(dāng)于用了第1組和第6組兩組數(shù)據(jù)，偶然誤差仍然較大，D不合理．第38頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月【提升能力】4．如圖所示，是做測定勻變速直線運動的加速度實驗時，打點計時器打出的一段紙帶，A、B、C、D是連續(xù)打出的幾個點．測得AB＝4.2cm，AC＝8.8cm，AD＝13.8cm，所用交流電源的頻率為50Hz，則物體的加速度為____m/s2，打B點時速度為

m/s.(結(jié)果保留二位有效數(shù)字)若物體是在打下第一個點開始運動的，則A點是打出的第

個點．102.211第39頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第40頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月s1(cm)s2(cm)s3(cm)s4(cm)8.209.3010.4011.50第41頁