高中物理 2.2 匀变速直线运动的实验探究（情境互动课型）课件 鲁科版必修1.ppt

第2节匀变速直线运动的实验探究 在日常生活中 我们经常需要知道物体运动的瞬时速度和加速度 例如 如何测量做匀变速直线运动小车的瞬时速度和加速度呢 可以选择直尺和秒表测量位移和时间后进行计算 但误差较大 用什么方法可减小测量误差呢 让我们一起来认识一个奇妙的仪器吧 1 了解打点计时器的结构 工作原理 2 掌握打点计时器的使用注意事项 3 会应用平均速度法 逐差法处理纸带和频闪照片 重点 一 打点计时器及应用 电磁打点计时器 电火花打点计时器 两种常见打点计时器 直流 交流 交流电 1 电磁打点计时器 1 原理 2 构造 3 工作电压 4 6v 尖端放电 2 电火花打点计时器 1 构造 如图 2 原理 脉冲电流经放电针 墨粉纸盘放电 3 工作电压 220v 两种打点计时器有何区别 重点难点剖析 打点计时器的构造及原理 电磁打点计时器是使用低压交流电源的一种计时仪器 电磁打点计时器的线圈中通过交流电时 线圈中的振片才能振动 所用电压通常为4 6v 振片的振动周期与交流电的周期相同 目前我们所使用的交流电的周期均为0 02s 因此 振片的振动周期亦为0 02s 纸带上每隔0 02s打下一个点 电火花打点计时器是利用火花放电在纸带打出小孔而显示点迹的计时器 使用220v交流电源 当电源频率为50hz时 它每0 02s在纸带上打下一孔 3 练习使用打点计时器 特别提示 使用打点计时器注意事项 应先接通电源打点 待打点计时器稳定后再让小车运动 每打完一条纸带 应及时关掉电源 打点计时器在纸带上打下的点应点迹清晰 若点迹不清或打出短横线 应调整振针的长度及它与复写纸的距离 释放物体前 应使物体停在靠近打点计时器的位置 使用电火花计时器时 应注意把两条纸带正确穿好 墨粉纸盘应夹在两纸带之间 使用电磁打点计时器时应让纸带通过限位孔 压在复写纸下面 4 利用纸带求速度和加速度 t s 疏密与速度的关系 纸带的处理 测平均速度 1 需测量的量 所选取的两点间的位移 s和时间 t 2 关系式 平均速度 纸带的测量 应选取 条理想的纸带 是指纸带上的点迹清晰 适当舍弃打点计时器所打点密集部分 适当选取计数点 注意 计数点与计时点有区别 弄清楚所选的时间间隔等于多少秒 即为周期t 然后用刻度尺测出距离s 0 01 0 014 0 018 0 022 0 024 0 040 0 08 0 08 0 08 0 08 0 16 0 16 0 125 0 175 0 225 0 275 0 150 0 250 在时间间隔很短时 平均速度可近似为瞬时速度 由可计算出加速度的数值由上述数据看出 小车做匀变速直线运动 延伸讨论 我们已知 在匀变速直线运动中 某一段上的平均速度等于这一段中间时刻的瞬时速度 利用这一结论我们可以准确计算纸带上中间任意一点的瞬时速度 这种方法叫做 平均速度法 逐差法求加速度设物体做匀加速直线运动 加速度是a 在各个连续相等的时间t里的位移分别是s1 s2 s3 则有 s s2 s1 s3 s2 s4 s3 at2由上式还可得到s4 s1 s4 s3 s3 s2 s2 s1 3at2 同理有s5 s2 s6 s3 3at2可见 测出各段位移s1 s2 即可求出加速度a1 a2 再算出a1 a2 的平均值 这就是我们测定匀变速直线运动的加速度的 逐差法 例1 在 探究小车速度随时间变化的规律 的实验中 如图给出了从0点开始 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 89cm 那么 1 在计时器打出点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v t图象 3 分析小车运动速度随时间的变化规律 答案 1 16 5021 4026 3031 3536 40 2 在平面直角坐标系中作出v t图像 如图 3 v随t均匀增加 二 频闪照相法及其应用 频闪照相与打点计时器记录的信息相比较 频闪照相是如何记录时间信息和位移信息的呢 10 0 0 0 0 0 0 0 频闪灯的闪光频率相当于打点计时器交流电的频率 而相同时间出现的影像相当于打点计时器打出的点 因此频闪照片记录了物体运动的时间和位移 利用频闪照片求物体的速度和加速度 同纸带的处理方法相同 现在你明白了吗 例2 小球做直线运动时的频闪照片如图所示 已知频闪周期t 0 1s 小球相邻位置间距分别为oa 6 51cm ab 5 59cm bc 4 70cm cd 3 80cm de 2 89cm ef 2 00cm 小球在位置a时的速度大小va m s 小球运动的加速度大小a m s2 0 605 0 901 三 科学探究研究物体仅在重力作用下是否做匀变速直线运动实验器材 打点计时器 低压交流电源 铁架台 纸带 复写纸 重物 刻度尺实验装置图 学生电源 实验步骤 1 把打点计时器竖直固定在铁架台上 连接好电路 2 将纸带固定在重物上 让纸带穿过打点计时器 3 用手握住纸带 让重物静止并靠近打点计时器 先接通电源 然后放开纸带 让重物自由下落 4 更换纸带 重复2 3步 5 选择一条点迹清晰的纸带 标记上0 1 2 3 4 5 并用刻度尺测量出各段的距离 计入表格并求出加速度a 匀变速直线运动的实验探究 打点计时器 电磁打点计时器 电火花打点计时器 平均速度法 逐差法 纸带处理中经常用到的两种方法 原理 频闪照相法 1 打点计时器是一种使用交流电的计时仪器 电磁打点计时器工作电压为4 6v 电火花打点计时器工作电压为220v 它们的打点周期都是0 02s 同时还能记录物体运动的位移信息 2 平均速度法 和 逐差法 是纸带处理中经常用到的两种方法 要重点掌握 3 频闪照片可记录物体的时间和位移信息 因此可仿照纸带的处理方法求出物体的加速度 1 在 测定匀变速直线运动的加速度 的实验中 用打点计时器记录纸带运动的时间 计时器所用电源的频率为50hz 图为一次实验得到的一条纸带 纸带上每相邻的两计数点间都有四个点未画出 按时间顺序取0 1 2 3 4 5六个计数点 用米尺量出 1 2 3 4 5点分别到0点的距离如图所示 单位 cm 由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度大小v4 m s 小车的加速度大小a m s2 0 405 0 756 2 做匀变速直线运动的小车 牵引一条通过打点计时器的纸带 交流电源的频率是50hz 由纸带上打出的某一点开始 每5个点剪下一段纸带 如图所示 每一小段纸带的一端与x轴相重合 两边与y轴平行 将纸带贴在坐标系中 1 仔细研究图像 找出小车在相邻时间内位移存在的关系 2 设 t 0 1s 请画出该小车的v t图像 3 根据图像求其加速度 答案 1 相邻相等的时间内的位移差相等