实验一：匀变速直线运动.ppt

实验一：研究匀变速直线运动,一、实验要求,1.练习使用打点计时器，学会用打点纸带研究小车的运动情况 2.会利用打点纸带求匀变速直线运动的速度、加速度 3.能画出小车运动的v-t图象，根据图象求加速度,二、实验原理,(3)纸带上点的意义. 表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置. 可以利用纸带上打出的点确定计数点间的时间间隔. 通过研究纸带上各点之间的间距，可以判断物体的运动情况. 2.利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法 设s1、s2、s3、s4为纸带上相邻两个计数点之间的距离，假如s=s2-s1=s3-s2=s4-s3=常数，即连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量，则与纸带相连的物体做匀变速直线运动.,打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸.,三、实验器材,四、实验步骤 1.把带有滑轮的长木板平放在实验桌上，将滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，并把打点计时器连接在电源上,2.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边挂上合适的钩码.把纸带穿过打点计时器的复写纸下，并把它的一端固定在小车的后面，调节滑轮的高度，使细绳与长木板平行. 如图所示,3.将小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，等打点计时器打点稳定后，放开小车.换上新纸带，重复实验3次,4.从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个开始点，以后依次每五个点取一个计数点，确定好计数始点，并标明0、1、2、3、4，测量各计数点到0点的距离d，记录并填入表中,五、数据处理 1.由实验数据得出v-t图象 (1)根据表格中的v、t数据，在直角 坐标系中仔细描点. (2)作一条直线，使同一次实验得到 的各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧，这条直线就是本次实验的v-t图线，它是一条倾斜的直线.,2. 图象分析： (1)直接分析图象的特点得出.小车 运动的v-t图象是一条倾斜的直线， 如图所示，当时间增加相同的值t， 速度也会增加相同的值v，由此得 出结论：小车的速度随时间均匀变化.,(2)通过函数关系进一步得到，既然小车运动的v-t图象是一条倾斜的直线，那么v随t变化的函数关系式为vktb，显然v与t成线性关系，小车的速度随时间均匀变化.,1.小车运动时摩擦不均匀，打点不稳定引起系统误差 2.纸带上计数点间距测量以及作v-t图象引起偶然误差,六、主要误差分析,七、注意事项,1.平行：纸带、细绳要和长木板平行 2.靠近：释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器的位置 3.一先一后：实验时应先接通电源，后释放小车；实验后先断开电源，后取下纸带 4.防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止钩码落地，小车与滑轮碰撞,5.减小误差：小车另一端挂的钩码个数要适当，避免速度过大而使纸带上打的点太少，或者速度太小，使纸带上打的点过于密集 6.纸带选取：选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点 7.准确作图：在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位，仔细描点连线，不能连成折线，应作一条直线，让各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧,1.钩码带动小车做加速运动时，因受摩擦等各方面的影响，致使小车加速度不恒定，即小车不能真正做匀加速直线运动，因此可用阻力小的气垫导轨替代长木板； 2.用频闪照相或光电计时的办法替代打点计时器，可避免由于电源频率不稳定，造成相邻两点间的时间间隔不完全相等，提高实验的精确度.,八、实验改进,1.某同学在测定匀变速直线运动的加速度时，得到了几条较为理想的纸带，并在每条纸带上每5个计时点取一个计数点,依打点先后编为0、1、2、3、4、5.由于不小心，纸带被撕断，部分缺失，如图所示.请根据给出的甲、乙、丙、丁四段纸带回答：,(1)从纸带甲上撕下的 那段应该是乙、丙、丁 三段纸带中的_. (2)打纸带甲时，物体的 加速度大小是_m/s2;打计数点1时，物体的速度大小是_m/s.,【解析】因小车做匀变速直线运动，加速度保持不变，打甲纸 带时，加速度 m/s2=0.6 m/s2, 又小车运动的加速度： 则4、5两点间隔为： s5=s2+3aT2=36.010-3 m+30.60.12 m=5410-3 m=54.0 mm, 所以从纸带甲上撕下的那段应是丙. m/s=0.33 m/s. 答案：(1)丙 (2)0.6 0.33,2.如图所示，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可以测定重力加速度. (1)所需器材有打点计时器(带导 线)、纸带、复写纸、带铁夹的 铁架台和带夹子的重物，此外 还需_(填字母代号)器材. A.直流电源、天平及砝码 B.直流电源、毫米刻度尺 C.交流电源、天平及砝码 D.交流电源、毫米刻度尺,(2)通过作图象的方法可以剔除偶然误差较大的数据，提高实验的准确程度.为使图线的斜率等于重力加速度，除作v-t图象外，还可作_图象，其纵轴表示的是_，横轴表示的是_.,【规范解答】(1)选D.打点计时器需接交流电源.重力加速度与 物体的质量无关，所以不需要天平和砝码.计算速度需要测相邻 计数点间的距离，需要毫米刻度尺，故D正确.(2)由公式v2 2gh，如绘出 图象，其斜率也等于重力加速度. 答案：(1)D (2) 速度平方的二分之一 重物下落的高度,3.某学生利用“研究匀变速直线运动”的实验装置来测量一个质量m=50g的重锤下落时的加速度值，该学生将重锤固定在纸带下端，让纸带穿过打点计时器，实验装置如图所示.,(1)以下是该同学正确的实验操作和计算过程，请填写其中的空白部分； 实验操作：_，释放纸带，让重锤自由落下，_. 取下纸带，取其中的一段标出计数点如图所示，测出相邻计数点间的距离分别为s1=2.60 cm，s2=4.14 cm，s3=5.69 cm，s4=7.22 cm，s5=8.75 cm，s6=10.29 cm，已知打点计时器的打点间隔T=0.02 s，则重锤运动的加速度计算表达式为a=_，代入数据，可得加速度a=_m/s2(计算结果保留三位有效数字).,(2)该同学从实验结果发现，重锤下落时的加速度比实际的重力加速度小，为了有效地缩小这个实验测得的加速度与实际的重力加速度之差，请你提出一个有效的改进方法：_ _.,(2)重锤下落时的加速度比实际的重力加速度小，是因为重锤下落时所受空气阻力过大或者纸带与打点计时器限位孔之间的摩擦阻力过大.为了有效地缩小这个实验测得的加速度与实际的重力加速度之差，可以将重锤换成较大质量的重锤或者实验过程中重锤下落时尽量减小纸带与限位孔之间的摩擦.,【解析】(1)实验时，应先接通打点计时器的电源，再释放纸带，实验结束，应立即关闭电源. 由逐差法求解重锤下落的加速度：,答案：(1)接通电源 实验结束关闭电源 9.60(9.599.61都正确) (2)将重锤换成较大质量的重锤或者实验过程中重锤下落时尽量减小纸带与限位孔之间的摩擦,4.利用图1所示的装置可测量滑块在斜面上运动的加速度.一斜面上安装有两个光电门，其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处，光电门甲的位置可移动，当一带有遮光片的滑块自斜面上滑下时，与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从光电门甲至乙所用的时间t. 改变光电门甲的位置进行多次测量，每次都使滑块从同一点由静止开始下滑，并用米尺测量甲、乙之间的距离x，记下相应的t值，所得数据如表所示.,(1)若滑块所受摩擦力为一常量，滑块加速度的大小a、滑块经过光电门乙时的瞬时速度v1、测量值x和t四个物理量之间所满足的关系式是_； (2)根据表中给出的数据，在图2给出的坐标纸上画出 图 线； (3)由所画出的 图线，得出滑块 加速度的大小为a=_m/s2 (保留2位有效数字).,【规范解答】(1)由运动学公式x=v0t+ at2=(v1at)t+ at2= - at2v1t，变形为 ，从此式可知， 图线是一 条斜率为负值的直线. (2)根据题目提供的数据按 进行处理，把处理的数值对应描点， 然后用一根直线连接这些点，所得图象如图所示.,(3)由图线知斜率绝对值为 =1.0，又从 at v1知，斜率的绝对值为 a，故有 a=1.0，即a=2.0 m/s2.,答案：(1) at+v1或 +v1t (2)见规范解答图 (3)2.0(1.82.2范围内均正确),5.光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以精确地把物体从开始挡光到挡光结束的时间记录下来.现利用图乙所示的装置测量滑块和长木板间的动摩擦因数，图中MN是水平桌面，Q是长木板与桌面的接触点，1和2是固定在长木板上适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出，长木板顶端P点悬有一铅锤，实验时，让滑块从长木板的顶端滑下，,光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为1.0102s和4.0103s.用精度为0.05mm的游标卡尺测量滑块的宽度为d1.010cm.,(1)滑块通过光电门1时的速度v1_m/s，滑块通过光电门2时的速度v2_m/s.(结果保留两位有效数字),(2)由此测得的瞬时速度v1和v2只是一个近似值，它们实质上是通过光电门1和2时的_，要使瞬时速度的测量值更接近于真实值，可将_的宽度减小一些. (3)为了计算出滑块的加速度，除了测量d、t1和t2之外，还需要测量_.则用这些物理量计算加速度的表达式为a=_.,【解析】(1)v1 m/s1.0 m/s v2 m/s2.5 m/s (2)v1、v2实质上是滑块通过光电门1和2时的平均速度，要使瞬 时速度的测量值更接近于真实值，可将滑块的宽度减小一些. (3)为了计算出滑块的加速度，除了测量d、t1和t2之外，还需 要测量的物理量有两种方案.,方案一：测滑块由光电门1运动至光电门2所用时间t，由 v2=v1+at得 方案二：测两光电门之间的距离L，由 =2aL得 答案：(1)1.0 2.5 (2)平均速度 滑块 (3)滑块由光电门1运动至光电门2所用时间t或两光电门之间的 距离L 或,6.小球做匀变速直线运动时的频闪照片如图所示，已