《匀变速直线运动的实验探究》（3）.ppt

第2节匀变速直线运动的实验探究 目标导航1 掌握打点计时器的原理及应用 2 了解频闪照相法的应用 难点 3 掌握匀变速直线运动的实验探究 重点 1 打点计时器的分类 1 打点计时器是一种记录物体运动 和 信息的仪器 2 电磁打点计时器 工作电压为 当接通电源时 在线圈和永久磁铁的作用下 振片便振动起来 振针也就跟着上下振动 如果电源的频率为50hz 振针就会通过复写纸每隔 在纸带上打一个点 时间 位移 4 6v 0 02s 3 电火花计时器 使用时 套在纸盘轴上 把纸带穿过限位孔 接通 v交流电源 按下脉冲输出开关时 计时器发出的脉冲电流经放电针 墨粉纸盘到纸盘轴 产生火花放电 当电源的频率是50hz时 每隔 在纸带上打一个点 墨粉纸盘 220 0 02s 2 电磁打点计时器的工作原理电磁打点计时器每隔 打一次点 由于电源频率是 hz 因此纸带上的点就表示了和纸带相连的运动物体在不同时刻的 研究纸带上各点之间的间隔 就可以了解物体运动的情况 3 频闪照相法及其应用 1 频闪照相法 利用照相技术 每隔一定时间曝光一次 从而形成间隔相同时间的影像的方法 0 02s 50 位置 2 频闪灯 每隔 闪光一次 如每隔 闪光一次 即每秒闪光10次 3 频闪照片 利用频闪灯照明 照相机可以拍摄出运动物体每隔相等时间所到达的 通过这种方法拍摄的照片称为频闪照片 4 记录信息 物体运动的 和 相等时间 0 1s 位置 时间 位移 4 用打点计时器测量瞬时速度用测量瞬时速度的方法如图所示 根据d f两点间的位移 s和时间 t 算出纸带在这两点间的平均速度 用这个平均速度代表纸带经过e点的 瞬时速度 一 实验目的1 练习使用打点计时器 2 掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法 3 测定匀变速直线运动的加速度 4 学会探究重力作用下运动的规律和方法 二 实验原理1 打点计时器及其应用 特别提醒 电磁打点计时器中振针和纸带间的摩擦大 电火花打点计时器在使用中运动阻力极小 这种极小阻力来自于纸带运动的本身 而不是打点产生的 因而系统误差小 同时它的操作简易 使用安全可靠 脉冲放电电流平均值不大于5 a 三 实验器材打点计时器 纸带 复写纸 低压交流电源 小车 垫片 长木板 刻度尺 导线等 四 实验步骤1 将打点计时器固定在长木板的一端 并用垫片垫高此端 使木板倾斜 2 连接好打点计时器的电路 注意此过程中要断开开关 3 将纸带穿过打点计时器 连接在小车后面 并使小车靠近打点计时器 4 闭合电路开关 然后释放小车 打完纸带后立即关闭电源 5 更换纸带 重复操作三次 6 选择一条点迹最清晰的纸带 舍掉开头一些过于密集的点 找一适当的点作为开始点 选择相隔0 1s的若干个计数点进行长度测量 并将数据填入设计好的表格中 逐差法处理数据求加速度的平均值 好处是各个数据都得到了利用 达到正 负偶然误差充分抵消的效果 使计算结果更接近真实值 2 用v t图象求加速度 1 在三条纸带中选择一条最清晰的 舍掉开头一些比较密集的点迹 在后边便于测量的地方找一个开始点 为了测量方便和减小误差 通常选择相隔0 1s的若干计数点进行测量 在选好的开始点下面标明0 在第六个点下面标1 在第十一个点的下面标2 依此类推 每5个点 下面计一个数 这些标数字的点叫做计数点 如图所示 测出两相邻计数点的距离分别为s1 s2 s3 填入下表 3 用横坐标表示时间t 纵坐标表示瞬时速度v 在坐标平面上标出 t v1 2t v2 各点 把这些点连接起来可画出一条直线 它就是物体运动的速度图象 从此直线的斜率就可求得物体的加速度 图象的具体作法 根据所得数据 选择合适的标度建立坐标系 让图象尽量分布在坐标系平面的大部分面积 描点 观察和思考点的分布规律 拟合 从点的分布可以有很大把握地说这些点应该在一条直线上 用直线拟合 让尽可能多的点处在直线上 不在直线上的点尽可能等量地分布在直线两侧 特别提醒 理论上 时间间隔越小 求出的平均速度越接近某点或某时刻的瞬时速度 但是时间间隔越小 位移也就越小 测量时的相对误差也就越大 所以时间间隔太大或太小都不合适 应该根据实际情况选取合适的两个点 求两点间的平均速度 六 误差分析 七 注意事项1 交流电源电压及频率必须符合要求 2 固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置 3 实验前要检查打点的稳定性和清晰程度 必要时要调节振针的高度或更换复写纸 4 小车应由紧靠打点计时器处开始释放 在撞击长木板末端前应让小车停止运动 防止小车从木板上掉下来 5 开始实验时 先接通电源 待打点计时器打点稳定后再让小车运动 6 复写纸不要装反 每打完一条纸带 应调整一下复写纸的位置 以保证打点清晰 7 要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点 一般在纸带上每隔4个点取一个计数点 即时间间隔为0 1s 8 画v t图象时 注意坐标轴单位长度的选取 应使图象尽量分布在较大的坐标平面内 某课外兴趣小组在探究小车的速度随时间变化规律的实验中 得到如图所示的实验纸带 实验中打点计时器所用交流电的频率为50hz 纸带前面的几个点较模糊 因此从a点开始每打五个点取一个计数点 其中b c d e点的对应速度vb m s vc m s vd m s ve m s 由此推得f点的速度vf m s 小车从b运动到c的加速度a1 m s2 从c运动到d的加速度a2 m s2 从d运动到e的加速度a3 m s2 思路点拨 解答本题的关键是掌握利用纸带分析匀变速直线运动的方法 答案 0 25250 32750 40250 47750 55250 750 750 75 变式训练1 如图是某同学用打点计时器研究物体运动规律时得到的一段纸带 根据图中的数据 计算物体在ab段 bc段 cd段和de段的平均速度大小 判断物体运动的性质 答案 见解析 一打点计时器固定在倾角为 的斜面上 一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下 打出的纸带的一段 如图所示 纸带上0 1 2 3 4 5 6是计数点 每相邻计数点之间的时间为0 1s 1 根据纸带上记录的数据判断 小车是做 运动 2 若小车做匀加速运动 则加速度大小a 3 小车在计数点3所对应的速度大小v 思路点拨 解答本题要把握以下三点 1 判断小车做匀变速直线运动的方法 s是一恒值 2 求解加速度a的方法之一 s at2 3 一段时间内的平均速度等于这段时间内中间时刻的瞬时速度 答案 1 匀加速直线 2 4m s2 3 1 6m s 变式训练2 在 研究匀变速直线运动 的实验中 如图给出了从0开始 每5个点取一个计数点的纸带 其中0 1 2 3 4 5 6都为计数点 测得 s1 1 40cm s2 1 90cm s3 2 38cm s4 2 88cm s5 3 39cm s6 3 87cm 那么 1 在打点计时器打出点1 2 3 4 5时 小车的速度分别为 v1 cm s v2 cm s v3 cm s v4 cm s v5 cm s 2 在平面直角坐标系中作出速度 时间图象 3 分析小车运动速度随时间变化的规律 2 利用描点法作出v t图象 如图所示 3 小车运动的v t图象是一条倾斜向上的直线 说明速度随时间均匀增加 它们成 线性关系 答案 见解析 一小球在桌面上从静止开始做匀加速运动 现用高速摄影机在同一底片上多次曝光 记录下小球每次曝光的位置 并将小球的位置编号 如图所示 1位置恰为小球刚开始运动的瞬间 摄影机连续两次曝光的时间间隔均为1s 则小球在4位置时的瞬时速度约为 m s 小球从1位置到6位置的运动过程