高中物理 第二章 匀变速直线运动的研究 微型专题 实验：研究匀变速直线运动的规律课件 新人教版必修1.ppt

微型专题实验 研究匀变速直线运动的规律 第二章匀变速直线运动的研究 学习目标 1 进一步练习使用打点计时器 2 会利用平均速度求瞬时速度 3 会利用v t图象处理实验数据 并据此判断物体的运动性质 4 能根据实验数据求加速度并会测量自由落体加速度 5 了解误差和有效数字 内容索引 题型演练学以致用实训演练 达标检测检测评价达标过关 技能储备明确原理提炼方法 技能储备 图1 1 利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法沿直线运动的物体在连续相等时间间隔t内的位移分别为x1 x2 x3 x4 xn 若 x xn xn 1 则说明物体在做匀变速直线运动 且 x x2 x1 x3 x2 x4 x3 at2 一 实验原理 2 测定匀变速直线运动加速度的方法 1 图象法 先根据 平均速度 法求出各计数点的速度vn 作v t图象 求出图象的斜率即物体的 加速度 2 利用位移差公式 xn 1 xn 得a 其中t为两计数点之间的时间间隔 逐差法若纸带上选出多个计数点 可用逐差法求加速度a at2 二 实验器材 以小车的匀变速直线运动为例 打点计时器 纸带 一端附有定滑轮的长木板 小车 细绳 钩码 复写纸 坐标纸 刻度尺 电源 三 注意事项1 开始释放小车时 应使小车打点计时器 2 先 打点计时器正常工作后 再 当小车停止运动时要及时断开电源 3 要区别计时器打出的点与人为选取的计数点 一般在纸带上每隔四个点取一个计数点 即交流电源频率为50hz时 时间间隔为t 0 02 s s 4 描点时最好用坐标纸 在纵 横坐标轴上选取合适的单位 用细铅笔认真描点 靠近 接通电源 释放小车 5 0 1 四 误差和有效数字1 误差 测量值跟被测物理量的之间的差异叫做误差 误差按产生原因可分为偶然误差和系统误差 1 偶然误差 产生原因 由偶然因素造成的 特点 多次重复同一测量时 偏大和偏小的比较接近 减小偶然误差的方法 取平均值 真实值 机会 2 系统误差 产生原因 由仪器结构缺陷 实验不完善造成的 特点 多次重复测量的结果总是 或小于 被测量的真实值 减小系统误差的方法 校准测量 改进实验 完善实验原理 2 绝对误差和相对误差 1 绝对误差 测量值和值之差 2 相对误差 绝对误差与值之比 方法 大于 仪器 方法 真实 测量 3 有效数字 1 定义 带有一位数字的近似数字叫做有效数字 2 运算结果一般取两位或三位有效数字表示 不可靠 题型演练 一 研究匀变速直线运动 例1如图2所示是某同学测量匀变速直线运动的加速度时 从若干纸带中选中的一条纸带的一部分 他每隔4个点取一个计数点 图中注明了他对各计数点间距离的测量结果 所接电源是频率为50hz的交流电 图2 1 为了验证小车的运动是匀变速运动 请进行下列计算 并填入下表内 单位 cm 答案 解析 各位移差与平均值最多相差 cm 由此可以得多出结论 小车的运动是 答案见解析 解析数据如表所示 单位 cm 由数据表分析 可知各位移差与平均值最多相差0 05cm 在误差允许范围内相邻相等时间内的位移差近似相等 因此可以得出结论 小车的运动是匀变速直线运动 答案 解析 2 两个相邻计数点间的时间间隔 t s 答案见解析 解析该打点计时器所接的电源是频率为50hz的交流电 纸带上每隔4个点取一个计数点 即两个相邻计数点间有5段相等时间间隔 所以两个相邻计数点间的时间间隔 t 5 s 0 1s 答案 解析 3 小车的加速度的计算式a 加速度a m s2 答案见解析 答案 解析 4 计算打计数点b时小车的速度vb m s 答案见解析 图3 答案 解析 1 小球在相邻的相等时间内的位移差 填 相等 或 不相等 小球运动的性质属于 直线运动 相等 匀加速 解析由表格中的数据知 相邻的相等时间内的位移差为1 1cm 位移差相等 小球做匀加速直线运动 答案 解析 2 沿斜面向下小球第三个位置速度为 m s 小球的加速度为 m s2 结果保留三位有效数字 0 985 1 10 二 自由落体加速度的测量 例3某同学仿照 探究小车速度随时间变化的规律 这一实验 利用如图4甲所示的装置测量重物做自由落体运动的加速度 图4 1 对该实验装置及操作的要求 下列说法正确的是 填写字母序号 a 电磁打点计时器应接220v交流电源b 打点计时器的两个限位孔应在同一条竖直线上c 开始时应使重物靠近打点计时器处并保持静止d 操作时 应先放开纸带后接通电源e 为了便于测量 一定要找到打点计时器打下的第一个点 并选取其以后各连续的点作为计数点 答案 解析 解析电磁打点计时器应接4 6v交流电源 故a错误 打点计时器的两个限位孔应在同一条竖直线上 故b正确 开始时应使重物靠近打点计时器处并保持静止 故c正确 操作时 应先接通电源 再释放纸带 故d错误 为了便于测量 不一定找打出的第一个点 可以从比较清晰的点开始 故e错误 2 图乙是某同学在实验中得到的一条较为理想的纸带 把开头几个模糊不清的点去掉 以较清晰的某一个点作为计数点1 随后连续的几个点依次标记为点2 3 4 测量出各点间的距离已标在纸带上 已知打点计时器的打点周期为0 02s 打点计时器打出点2时重物的瞬时速度为 m s 重物做自由落体运动的加速度的值约为 m s2 结果保留3位有效数字 答案 解析 0 385 9 50 解析打出点2时的瞬时速度等于1 3间的平均速度 则 例4如图5甲 乙是某研究性学习小组自己组装的用dis实验装置来测定当地重力加速度g的两套实验方案 与数据采集器和计算机的连接均未画出 图5 1 补齐甲方案操作步骤 如图安装好器材 启动dis 进入 用dis测加速度的界面 开启发射器电源 由静止释放发射器 获得发射器自由下落的v t图象 在图象上选取两点a b 记录va vb和两点之间时间间隔 t 求出该次实验g值 多次测量得出g的平均值 解析为了减小实验误差 需要多次测量求得g的平均值 答案 解析 2 为了减小该实验的误差 选取a b两点时应注意的是 答案 解析 a b两点应 解析这两点的选取应注意相隔较远一点 并且取在直线上的点 因为分布在直线两侧的点的实验误差较大 在v t图线的同一直线上 且相距较远 3 乙方案中已测量的物理量有 球直径d 球通过光电门1和2的时间 t1 t2 还需测出的一个物理量是 并写出g值的表达式 两光电门之间的高度差h 或球从光电门1到 光电门2的时间t 即还需要测量两光电门之间的高度h 答案 解析 4 为了减小实验误差 安装乙方案中两光电门时应注意 两光电门水平且中心应在同一竖直线上 且相距较远 解析为了减小实验误差 实验时间应尽量长一点 即两光电门之间的距离大一些 因为是竖直方向上的运动 所以还需要保证两光电门水平且中心在同一竖直线上 答案 解析 达标检测 1 实验 研究匀变速直线运动 图6为接在周期为t 0 02s低压交流电源上的打点计时器 在纸带做匀加速直线运动时打出的一条纸带 图中所示的是每隔4个计时点所取的计数点 但第3个计数点没有画出 由图中的数据可求得 答案 1 2 3 解析 图6 1 该物体的加速度为 m s2 保留两位有效数字 0 74 解析设1 2间的位移为x1 2 3间的位移为x2 3 4间的位移为x3 4 5间的位移为x4 因为周期为0 02s 且每打5个点取一个计数点 所以每两个计数点之间的时间间隔为t 0 1s 由匀变速直线运动的推论xm xn m n at2得 x4 x1 3at2 代入数据得 5 84 3 62 10 2 3 a 0 12 解得a 0 74m s2 1 2 3 2 第3个计数点与第2个计数点的距离约为 cm 答案 解析 解析第3个计数点与第2个计数点的距离即为x2 由匀变速直线运动的推论 x2 x1 at2得 x2 x1 at2 代入数据得 x2 3 62 10 2 0 74 0 12 0 0436m 即为 4 36cm 4 36 1 2 3 3 打第2个计数点时该物体的速度约为 m s 保留两位有效数字 答案 解析 解析匀变速直线运动中 某段时间内平均速度等于中间时刻的瞬时速度 故 0 40 1 2 3 2 实验 研究匀变速直线运动 如图7所示 某实验小组用光电数字计时器测量小车在斜面上下滑时的加速度 实验主要操作如下 答案 1 2 3 解析 用游标尺测量挡光片的宽度d 测量小车释放处挡光片到光电门的距离x 由静止释放小车 记录数字计时器显示挡光片的挡光时间t 改变x 测出不同x所对应的挡光时间t 1 小车加速度大小的表达式为a 用实验中所测物理量符号表示 图7 1 2 3 2 根据实验测得的多组x t数据 可绘制图象来得到小车运动的加速度 如果图象的纵坐标为x 横坐标为 实验中得到图象的斜率为k 则小车运动的加速度大小为 用d k表示 答案 解析 1 2 3 1 2 3 3 自由落体加速度的测量 某同学用频闪照相法研究小球的自由落体运动 选择一张清晰的频闪照片 剪掉前面小球重叠部分进行研究 已知小球在释放位置时 球心与刻度尺的零