高中物理第一章运动的描述9测定匀变速直线运动的加速度课件教科版必修1.ppt

第一章 9测定匀变速直线运动的加速度 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图像处理实验数据 并据此判断物体的运动性质 4 能根据实验数据求加速度 5 了解误差和有效数字 内容索引 自主预习梳理 重点知识探究 当堂达标检测 自主预习梳理 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 一 实验原理 图1 x2 x1 x3 x2 x4 x3 aT2 2 测定匀变速直线运动加速度的方法 1 图像法 先根据 平均速度 法求出各计数点的速度vn 作v t图像 求出图像的斜率即物体的 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 aT2 加速度 二 实验器材 打点计时器 纸带 一端附有滑轮的长木板 小车 细绳 钩码 坐标纸 交流电源 刻度尺 三 实验步骤 1 如图2所示 把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上 并使滑轮伸出桌面 打点计时器固定在长木板没有滑轮的一端 连接好电路 图2 2 把一条细绳拴在小车上 使细绳水平跨过滑轮 下面挂上适当的钩码 放手后 看小车能否在木板上平稳地加速滑行 3 把纸带穿过打点计时器 并把纸带的另一端固定在小车的后面 4 把小车停在靠近的位置 先 后 让小车拖着纸带运动 打点计时器在纸带上打下一行小点 随后立即关闭电源 换上新纸带 重复操作三次 打点计时器 接通电源 释放小车 四 数据处理 1 挑选纸带并测量在三条纸带中选择一条点迹最清晰的 为了便于测量 舍掉开头一些过于密集的点迹 找一个适当的点当作计时起点 0点 每5个点 相隔0 1s 取一个计数点进行测量 如图3所示 相邻两点间还有4个点未画出 图3 2 瞬时速度的计算和记录 2 设计表格并记录相关数据 3 作出小车运动的v t图像 1 定标度 坐标轴的标度选取要合理 应使图像大致分布在 2 描点 在坐标纸上确定出各个坐标点的位置 3 连线 用一条或直线 拟合 这些点 坐标平面中央 平滑的曲线 五 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 放开小车 5 0 1 六 误差和有效数字 1 误差 测量值与之间的差异叫做误差 误差按产生原因可分为系统误差和偶然误差 1 系统误差 产生原因 由于仪器本身 或实验方法 或实验原理 产生的 特点 当多次重复测量时 测量值总是同样的或 减小系统误差的方法 校准测量 改进实验 完善实验 真实值 不精确 粗略 不完善 偏大 偏小 仪器 方法 原理 2 偶然误差 产生原因 由于各种偶然因素对实验者 被测的影响而产生的 特点 测量值和真实值相比有时偏大 有时 并且偏大和偏小的相同 减小偶然误差的方法 多次测量求 测量仪器 物理量 偏小 概率 平均值 2 有效数字 1 可靠数字 通过直接读数获得的 2 存疑数字 通过得到的数字 3 有效数字 带有一位的全部数字 4 凡是用测量仪器直接测量的结果 读数一般要求在读出仪器最小刻度所在位的数值 可靠数字 后 再向下估读 存疑数字 5 运算结果一般可用2 3位有效数字表示 准确数字 估读 存疑数字 一位 重点知识探究 一 实验操作 例1在 测定匀变速直线运动的加速度 实验中 某同学进行了以下实验操作步骤 试找出其中错误和遗漏的步骤 遗漏步骤可编上序号G A 拉住小车 将小车移到靠近打点计时器的一端后 放开小车 再接通电源B 将打点计时器固定在长木板无滑轮的一端 并接好电路C 把一条细绳拴在小车上 细绳跨过定滑轮 下面吊着适当的钩码D 取下纸带 再断开电源E 将纸带固定在小车尾部 并穿过打点计时器的限位孔F 从所打的纸带中选取理想的纸带进行测量分析 错误和遗漏 G 正确的步骤顺序为 答案 A中应先接通电源 再放开小车 D中应先断开电源 再取下纸带 换上新纸带 重复操作两次 BCEADGF 二 利用v t图像法求加速度 例2在做 测定匀变速直线运动的加速度 的实验中 1 实验提供了以下器材 电磁打点计时器 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 弹簧测力计 其中在本实验中不需要的器材是 答案 弹簧测力计 2 如图4甲所示是某同学由打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带 纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出 打点计时器打点的时间间隔T 0 02s 则相邻两个计数点间的时间间隔为 s 其中x1 7 05cm x2 7 68cm x3 8 33cm x4 8 95cm x5 9 61cm x6 10 26cm 解析 答案 如下表列出了打点计时器打下B C E F时小车的瞬时速度 请在表中填入打点计时器打下D点时小车的瞬时速度 图4 0 1 0 864 3 以A点为计时起点 在图乙所示坐标系中画出小车的速度 时间关系图线 解析 答案 解析小车的速度 时间关系图线如图所示 答案见解析图 4 计算出的小车的加速度a m s2 解析在v t图像中 图线的斜率表示加速度的大小 则a 0 64 0 01 m s2 0 64 0 01 解析 答案 1 在坐标纸上画v t图像时 注意坐标轴单位长度的选取 应使图像尽量分布在坐标平面中央 2 利用描出的点作v t图像时 不要将相邻的点依次相连成折线 而应使大多数点在直线 或曲线 上 不在线上的点均匀分布在直线 或曲线 两侧 个别离线较远的点应舍去 三 利用逐差法求加速度 其中T为相邻两个计数点间的时间间隔 这样使所给的数据得到了有效利用 达到了减小误差的目的 例3如图5所示 是某同学测量匀变速直线运动的加速度时 从若干纸带中选取的一条纸带的一部分 他每隔4个点取一个计数点 图上注明了他对各个计数点间距离的测量结果 1 为了验证小车的运动是匀变速运动 请进行下列计算 填入表内 单位 cm 电源频率为50Hz 图5 各位移差与平均值最多相差 cm 即各位移差与平均值最多相差 由此可得出结论 小车在任意两个连续相等的时间内的位移之差 在误差允许的范围内相等 所以小车的运动是 1 60 1 55 1 62 1 53 1 61 1 58 0 05 3 2 匀加速直线运动 解析 答案 解析x2 x1 1 60cm x3 x2 1 55cm x4 x3 1 62cm x5 x4 1 53cm x6 x5 1 61cm 各位移差与平均值最多相差0 05cm 即各位移差与平均值最多相差3 2 由此可得出结论 小车在任意两个连续相等的时间内的位移之差 在误差允许的范围内相等 所以小车的运动是匀加速直线运动 2 小车的加速度a m s2 保留三位有效数字 解析 答案 1 58 当堂达标检测 1 在 测定匀变速直线运动的加速度 的实验中 下列说法正确的是A 通过调节 使小车 纸带 细绳和定滑轮上边缘在一条直线上B 坐标轴单位长度越小越好C 开始前要先接通电源后松开纸带 打完点要先断开电源后取纸带D 钩码的质量越大越好 解析 答案 1 2 1 2 解析实验中调节滑轮的高度使小车 纸带 细绳和定滑轮上边缘在一条直线上 所以A正确 要适当地选取坐标轴的单位长度使图像尽量分布在较大的坐标平面内 B错误 开始前要先接通电源后松开纸带 打完点要先断开电源后取纸带 这样可以使实验更精确 所以C正确 钩码的质量要适中 不要太大也不要太小 D错误 2 某同学学习了 自由落体运动 后 想到既然自由落体也是匀变速直线运动 那就可以设计一自由落体运动来测量自由落体加速度g 于是和同学合作 按照如图6甲所示的装置来进行试验 解析 答案 1 2 解析电火花计时器是计时仪器 1 实验室中电火花计时器是 仪器 计时 图6 2 该同学实验时让重物从静止下落 并且测量了第1 2点的间距接近 mm 就可以确保重物做的是自由落体运动 解析 答案 1 2 2 测量了第1 2点的间距接近2mm 可以确保重物做的是自由落体运动 3 做完实验 选择了一条纸带 并截取了中间某一段 如图乙 已知时