匀变速直线运动的实验探究

1、匀变速直线运动的实验探究学习目标】1、会使用打点计时器测量运动物体的位移和时间。2、了解频闪照相法及其应用。3、探究重力作用下的匀变速直线运动，体会实验在发现自然规律的作用。4、知道误差产生的原因及其减小的方法。重点与难点】重点： 掌握匀变速直线运动的实验探究的原理和方法。难点： 怎样分析处理实验获取的数据并得到实验结果。知识精讲】一、实验原理1、打点计时器打点计时器是一种使用低压、交流电的计时仪器。当交流电频率为 50Hz 时，它每隔 0.02s 打一次点，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位置，研究纸带上各点之间的间隔，就可以了解物体 运动的情况。2、电火花计时器电火

2、花计时器是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示点迹的计时仪器。当接通 220V 交流电源，按下脉 冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针、墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电，于是 在运动纸带上就打出一系列点迹。当电源频率为 50Hz 时，它也是每隔 0.02s 打一次点，即打出的纸带上每相邻 两点间的时间间隔也是 0.02S。电火花计时器工作时， 纸带运动时受到的阻力小，比电磁打点计时器实验误差小。3、如何应用打点计时器探究沿斜面下滑的小车是否做匀变速直线运动方法 1、课本中已经说明，不在赘述。设相邻点之间的位移分别为Si、S2、S3(i)若S2 Si = S3 S2=Sn Sn

3、i = 0则物体做匀速直线运动若S2 Si= S3 S2=Sn Sn-1工0则物体做匀变速直线运动（在实际实验中，只要近似相等即可证明物体做匀变速直线运动）。证明：相邻点之间的位移Si、 S2、 S3的时间都是相同的，设为T（如果认为T不太小，可取6个计数点之间的位移，即以6个点为一段划分纸带，每段的时间间隔就是Sp S2、 S3点对应的时间间隔，即5M.02s= 0.1s，这样计算简单，因此只要Si、S2、S3各段的时间相同即可）那么Si = ViT +产S2 = V2T + 2故$ = S2 Si =(V2 Vl)T又 V2 vi = aT因此 s = aT2同理可证s = S3 S2 =

4、 aT2， 3 = S4 S3 = aT2所以，只要 s = s= 3= = Sn Sn i 0物体就做匀变速直线运动4、求加速度的方法（1）用 逐差法”求加速度2根据S4 Si = S5 S2 = S6 S3= 3aT（T为相邻两计数点间的时间间隔），得:，再求岀ai、a2、a3的平均值，即为物体的加速度，其加速度为:W =亍仙+ 02 +旳）=丄f冷3】十-叱+ $6 -力孔3严3严 3严仇 +J, + 死）-$3 +3 +3】）即全部数据都用上，这样，相当于把2n个间隔分成前n个为第一组，后n个为第二组，利用这两组的位移之差和时间间隔（nT）进行处理，起到了减小误差的目的，即As“师。而

5、如若不用逐法而是用:曲=亍心二亍瞬二-円=亍/亍，再求加速度有:_ 日1 +口2 + dg + 应4 +码a =5: 严1 （旳-訂）5匚卫相当于只用了 S6与si两个数据，这样起不到用多组数据减小误差的目的。用v t图象求加速度:17社=片十片+1先根据2T，即中间时刻的即时速度等于这一段时间的平均速度，求岀打第度，然后作岀v t图像，图线的斜率即为物体的加速度。n点时纸带的瞬时速5、数据处理时应注意的问题:（1）事先接通电源后，待打点计时器工作稳定后，再放开小车。放开小车时，小车要靠近打点计时器，以充 分利用纸带。（2）不要分段测量各段位移，应尽可能一次测量完毕 数时应估读到毫米的下一位。

6、（可能统一量岀各计数点到计数起点0之间的距离），读（3）利用纸带上的点迹进行有关计算时，要注意以下几点：一是计数点是如何取的；二是长度采用什么单位;三是给岀的哪段长度。从而减用求得的几组速度值在 v t图像中描点作图， 要使描得的点尽可能较均匀地分布在图线的两侧, Av小作图带来的误差，然后在图线上取两个较远的点，依这两个点由也f求岀a即可。二、频闪照相法及其应用频闪照相法是一种利用照相技术，每隔一定时间曝光，从而形成时间间隔相同的影像的方法，与打点计时 器记录的信息相比，频闪灯的闪光频率相当于打点计时器交变电源的频率，而相同时间间隔岀现的影像则相当 于打点计器打岀的点子。因此运动物体的频闪照

7、片即记录了物体运动的信息，也记录了物体运动的位移信息。因此，用此手段处理获取的数据信息，与处理利用打点计时器获取的数据信息方法是雷同的。【典例分析】例1、如1图所示，为某同学在 研究匀变速直线运动 计数点， 有关长度如图所示。”的实验中打岀的纸带的一段，其中A、B、C为三个已知此物体的运动是匀变速直线运动，打点计时器使用 打点计时器打下 B点时物体的速度 VB50HZ交流电，则测得物体的加速度为m/s2，m/s。解析：由图可知 S1 = Sab = 3.27cm = 3.27 X0-2msBC = s2 s1= (8.00 3.27)cm = 4.73 X10-2mT = 0.02 Xs= 0

8、.1s根据 s aT2得A；a = =严常=逻評x宀例2、利用打点计时器测定匀加速直线运动的小车的加速度，图2给岀了该次实验中，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都为记数点。测得相邻计数点的距离依次为S1 = 1.40cm，s2= 1.90cm，s = 2.38cm，S4= 2.88cm，S5= 3.39cm，$= 3.87cm，作岀速度图象，并由图象求岀小车的加速度。it解析：小车在打各计数点时的速度为:工1如+1刃 顷/S = 16和旳门】2T 2x0.1同理：V2= 21.40cm/s,V3 = 26.30cm/s, V4= 31 .35cm/s ,

9、 V5= 36.30cm/s，作岀图象如 3 图所示:50 1 2 3 4 5 6J V /(cm - 5 )vB = 42.20cm/s , tB = 0.6s,在直线上选取 A和B两点计算加速度，Va = 12.00cm/s，tA = 0，.=土空=处上空曲/ 7 .如 / 则： 切-切 01-0cm)例3、如图4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。图上注明了他对各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:S2 siS3 S2S4 S3S5 S4S6 S5%,由此可以得

10、岀结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 论：小车的位移在 的位移之差，在 范围内相等，所以小车的运动是fl (2)根据3严，可以求岀:m/s2，m/s2， 沪=m/s2，所以解析：(1)S2 si = 1.6cm ； s S2 = 1.55cm ； & S3 = 1.62cm ； S5 & = 1.53cm ； S6 & = 1.61cm ； A s 1.58cm ；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空。由此得岀结论：小车的位移在任意两个连续相等的时间内的位移之差，在误差允许范围内相等，所以小车运动是匀变速直线 采用逐差法，即:【过关练习】

11、1、电火花计时器是利用 _ 当电源频率是50Hz时，它每隔.在纸带上打岀小孔而显示点迹的 s打一次点。仪器，它的工作电压为2、电磁打点计时器是一种使用 电源的计时仪器，它的工作电压是时，它每隔 S打一次点。若用打点计时器测定物体的速度，当电源频率低于时间间隔打一个点计算，则测岀的速度数值将比物体的速度真实值._V。当电源频率是 50Hz50Hz时，如果仍按 0.02s的3、根据打点计时器打岀的纸带，我们可以不利用公式计算就能直接得到的物理量是A、时间间隔B、位移C、加速度D、平均速度4、运动小车拖动的纸带经过打点计时器后，在纸带上留下的点中有 1点到第6点的距离为18cm，6个连续清晰的点，测

12、岀这 6个点的第A、小车运动的平均速度为0.03m/sB、小车运动的平均速度为1.5m/sC、小车运动的平均速度为1.8m/sD、小车运动的平均速度为180m/s5、为了测定某辆桥车在平直公路上启动时的加速度（轿车起动时的运动可近似看作是匀加速运动）。某人拍摄了一张在同一底片上多次曝光的照片，如下图所示，车身长为3个小格，如果拍摄时每隔2s曝光一次，轿车车身总长为4.5m，那么这辆轿车的加速度约为 m/s2（保留一位有效数字）。J6、一同学在打点计时器做测定匀速直线运动加速度的实验时，纸带上打岀的不是圆点。如下图所示的一些 短线，这可能是因为（）A、打点计时器错接在直流电源上B、电源电压不稳定

13、C、电源的频率不稳定D、打点针压得过紧7、在研究匀变速直线运动”的实验中，下列说法中有助于减小实验误差的是A、选取计数点，把每打5个点的时间间隔作为一个时间单位B、使小车运动的加速度尽量小些C、舍去纸带上开始时密集的点，只利用点迹清晰、点间隔适当的那一部分进行测量、计算D、适当增加挂在细绳下钩码的个数为了算岀加速度,8、在研究匀变速直线运动的实验中，算岀小车经过各计数点的瞬时速度如下表格中所示,误差最小的方法是（）计数点序号123456计数点对应时刻(S)0.10.20.30.40.50.6通过计数点的速度(cm/s)44.062.081.0100.0110.0168.0A、根据任意两计数点的

14、速度用公式a = A v/ 算岀加速度B、根据实验数据画岀 vt图象,量取其倾角，由公式 a= tan a求岀加速度C、根据实验数据画岀 v t图象, 度由图象上相距较远的两点所对应的速度、时间用公式a= v/ 算岀加速D、依次算岀通过连续两计数点间的加速度，算岀平均值作为小车的加速度9、如图示(b)两图都是使用电磁打点计时器测量重力加速度频率为50Hz。g的装置示意图，已知该打点计时器的打点IT*17纸带一纸带打点计时器1SiLII重薇15(1)这(b)两图相比较，哪个图所示的装置较好？简单说明为什么?其中0为打岀的第一个点,17点间的距离为 11.76cm ,m/s ,测岀的重力加速度(2

15、)图中(c)的图是采用较好的装置并按正确的实验步骤进行实验打岀的一条纸带，标为1，后面依次打下的一系列点迹分别标为2、3、4、5.经测量，第15至第第1点至第16点间距离为44.1cm，则打下第16个点时，重物下落的速度大小为_值为g =m/s2(要求保留三位有效数字)。10、为小球做自由落体运动的闪光照片，它是用 照片上边数字表示的是这些相邻间隔的序号，五冷勺时间拍摄的。从某个稍大些的位置间隔开始测量，下边的数值是用刻度尺量岀的其中两个间隔的长度。根据所给两个数值求岀小球下落加速度的测量值g=_位置A的瞬时速度Va =m/som/s2（结果保留3位有效数字）。由所给数据，求岀小球的coooo

16、7702丄 3 I 4 丄 J I 6 a 0 00 3g 0 沏11、利用水滴下落可以测岀重力加速度 子，调节盘子的高度，使一个水滴碰到盘子时, 中的水滴。测岀水龙头到盘子间距离为 水滴落在盘中，共用时间为 度g的关系式如何？g。调节水龙头，让水一滴一滴地流岀，在水龙头的正下方放一盘 恰好有另一水滴从水龙头开始下落，而空中还有一个正在下落 h（m）,再用秒表测时间，以第一个水滴离开水龙头开始计时，到第T（s），则第一个水滴到达盘子时，第二个水滴离开水龙头的距离是多少？重力加速【参考答案】1、火花放电，计时,220，0.022、低压交流，4- 6,0.02，大3、AB4、5、6、7、ACD8、C9、（1）a图较好。因为夹子固定，可以避免（b）图中由于手的抖动而造成纸带上的第一点迹被