第2节匀变速直线运动的实验探究

1、第第2 2节节 匀变速直线运动的实验匀变速直线运动的实验探究探究一、打点计时器及应用一、打点计时器及应用电磁打点计时器电磁打点计时器电火花打点计时器电火花打点计时器两种常见打点计时器两种常见打点计时器直流？直流？交流？交流？交流电交流电1.1.电磁打点计时器电磁打点计时器（1 1）原理）原理（2 2）构造）构造（3 3）工作电压：）工作电压：4 46V6V尖端放电尖端放电2.2.电火花打点计时器电火花打点计时器（1 1）构造：如图）构造：如图（2 2）原理：脉冲电流经放电针、墨粉纸盘放电）原理：脉冲电流经放电针、墨粉纸盘放电（3 3）工作电压：）工作电压：220V220V两种打点计时器有何两种

2、打点计时器有何区别？区别？重点难点剖析：重点难点剖析：打点计时器的构造及原理打点计时器的构造及原理电磁打点计时器是使用电磁打点计时器是使用低压交流电源低压交流电源的一种计时仪的一种计时仪器。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，所用电压通常为的振片才能振动，所用电压通常为4 46V6V。振片的振。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电的周期均为0.02s0.02s。因此，振片的振动周期亦为。因此，振片的振动周期亦为0.02s0.02s，纸带上每隔，纸带上

3、每隔0.02s0.02s打下一个点。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而显示点迹的计时器, ,使用使用220V220V交流电源交流电源, ,当电源频率当电源频率为为50Hz50Hz时时, ,它每它每0.02s0.02s在纸带上打下一孔。在纸带上打下一孔。0.02s0.02s3.3.练习使用打点计时器练习使用打点计时器特别提示：特别提示：应应先接通电源先接通电源打点，待打点计时器稳定后打点，待打点计时器稳定后再让小车运再让小车运动动。每打完一条纸带。每打完一条纸带, ,应及时关掉电源；应及时关掉电源；打点计时器在

4、纸带上打下的点应点迹清晰打点计时器在纸带上打下的点应点迹清晰, ,若点迹不清若点迹不清或打出短横线或打出短横线, ,应调整振针的长度及它与复写纸的距离；应调整振针的长度及它与复写纸的距离；释放物体前，应使物体停在释放物体前，应使物体停在靠近靠近打点计时器的位置；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，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。让纸带通过限位孔，压在复写纸下面。t t ？s s ？疏密与速度疏密与速度的关系的关系纸带的处理纸

5、带的处理 测平均速度测平均速度（1 1）需测量的量：）需测量的量：所选取的两点间的位移所选取的两点间的位移s s和时间和时间t t （2 2）关系式：）关系式：平均速度平均速度v =st4.4.利用纸带求速度和加速度利用纸带求速度和加速度纸带的测量纸带的测量应选取应选取条理想的纸带，是指纸带上条理想的纸带，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，的点迹清晰。适当舍弃打点计时器所打点密集部分，适当选取计数点适当选取计数点( (注意：计数点与计时点有区别注意：计数点与计时点有区别) )，弄，弄清楚所选的时间间隔等于多少秒，即为周期清楚所选的时间间隔等于多少秒，即为周期T T，然后，

6、然后用刻度尺测出距离用刻度尺测出距离s s。1 12 23 34 4. . . . . . . . . . . . . . . . . .0求纸带在几段时间中的位移和平均速度求纸带在几段时间中的位移和平均速度区间区间0 01 11 12 22 23 33 34 40 02 22 24 4s/ms/mt/st/s /ms /ms-1-10.010.01 0.0140.014 0.0180.018 0.0220.022 0.0240.024 0.0400.0400.080.080.080.080.080.080.080.080.160.160.160.160.1250.125 0.1750.175

7、 0.2250.225 0.2750.275 0.1500.150 0.2500.250v在时间间隔很短时，平均速度可近似为瞬时速度在时间间隔很短时，平均速度可近似为瞬时速度, ,由由 可计算出加速度的数值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由上述数据看出，小车做匀变速直线运动相邻段相邻段1 12 2段段 2 23 3段段3 34 4段段1 14 4段段加速度加速度a/msa/ms-2-20.6250.6250.6250.6250.6250.6250.6250.625vat延伸讨论：延伸讨论：我们已知我们已知“在匀变速直线运动中，某一段在匀变速直线运动中，某一段上的平均速度

8、等于这一段中间时刻的瞬时速度上的平均速度等于这一段中间时刻的瞬时速度”，利，利用这一结论我们可以准确计算纸带上中间任意一点的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，这种方法叫做瞬时速度，这种方法叫做“平均速度法平均速度法”。逐差法求加速度逐差法求加速度设物体做匀加速直线运动，加速度是设物体做匀加速直线运动，加速度是a a，在各个连，在各个连续相等的时间续相等的时间T T里的位移分别是里的位移分别是s s1 1、s s2 2、s s3 3则有则有s=ss=s2 2-s-s1 1=s=s3 3-s-s2 2=s=s4 4-s-s3 3=aT=aT2 2 由上式还可得到由上式还可得到

9、s s4 4-s-s1 1=(s=(s4 4-s-s3 3)+(s)+(s3 3-s-s2 2)+(s)+(s2 2-s-s1 1)=3aT)=3aT2 2同理有同理有s s5 5-s-s2 2=s=s6 6-s-s3 3=3aT=3aT2 2可见，测出各段位移可见，测出各段位移s s1 1、s s2 2即可求出加速度即可求出加速度a a1 1= a= a2 2= = 再算出再算出a a1 1、a a2 2的平均值，这就是我们测定匀变速的平均值，这就是我们测定匀变速直线运动的加速度的直线运动的加速度的“逐差法逐差法”。412ss3T（）522(ss )3T例例1.1.在在“探究小车速度随时间变

10、化的规律探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，的实验中，如图给出了从如图给出了从0 0点开始，每点开始，每5 5个点取一个计数点的纸带，个点取一个计数点的纸带，其中其中0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6都为计数点。测得都为计数点。测得s s1 1=1.40cm=1.40cm，s s2 2=1.90cm=1.90cm，s s3 3=2.38cm=2.38cm， s s4 4=2.88cm=2.88cm，s s5 5=3.39cm=3.39cm，s s6 6=3.89cm=3.89cm。那么。那么（1 1）在计时器打出点）在计时器打出点1 1、2 2、3 3、4 4、5 5时

11、，小车的时，小车的速度分别为：速度分别为：v v1 1= = cm/s,vcm/s,v2 2= = cm/s,cm/s,v v3 3=_cm/s,v=_cm/s,v4 4= = cm/s,vcm/s,v5 5= = cm/scm/s。（2 2）在平面直角坐标系中作出）在平面直角坐标系中作出v-tv-t图象图象（3 3）分析小车运动速度随时间的变化规律）分析小车运动速度随时间的变化规律答案：答案：(1) 16.50 21.40 26.30 31.35 36.40 (1) 16.50 21.40 26.30 31.35 36.40 (2)(2)在平面直角坐标系中作出在平面直角坐标系中作出v-tv-

12、t图像图像, ,如图如图(3) v(3) v随随t t均匀增加均匀增加频闪照相频闪照相与打点计时器记录的与打点计时器记录的信息相比较，频闪照信息相比较，频闪照相是如何记录时间信相是如何记录时间信息和位移信息的呢？息和位移信息的呢？二、频闪照相法及其应用二、频闪照相法及其应用10100 00 00 00 00 00 00 0例例2 2小球做直线运动时的频闪照片如图所示，已小球做直线运动时的频闪照片如图所示，已知频闪周期知频闪周期T T0.1s0.1s，小球相邻位置间距分别为，小球相邻位置间距分别为OAOA6.51cm6.51cm，ABAB5.59cm5.59cm，BCBC4.70cm4.70cm

13、，CDCD3.80cm3.80cm，DEDE2.89cm2.89cm，EFEF2.00cm.2.00cm.小球在位置小球在位置A A时的速度大时的速度大小小v vA A_m/s._m/s.小球运动的加速度大小小球运动的加速度大小a a_m/s_m/s2 2. .0.6050.6050.9010.901三、科学探究三、科学探究研究物体仅在重力作用下是否做匀变速研究物体仅在重力作用下是否做匀变速直线运动直线运动实验器材：实验器材：打点计时器、低压交流电源、铁架台、打点计时器、低压交流电源、铁架台、纸带、复写纸、重物、刻度尺纸带、复写纸、重物、刻度尺实验装置图：实验装置图：学生电源实验步骤：实验步骤

14、：1.1.把打点计时器竖直固定在铁架台上，连接好电路。把打点计时器竖直固定在铁架台上，连接好电路。2.2.将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器。将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器。3.3.用手握住纸带，让重物静止并靠近打点计时器，先用手握住纸带，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。接通电源，然后放开纸带，让重物自由下落。4.4.更换纸带，重复更换纸带，重复2 2、3 3步。步。5.5.选择一条点迹清晰的纸带，标记上选择一条点迹清晰的纸带，标记上0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5，并用刻度尺测量出各段的距离，计入表格并求出，并用刻度尺测量出

15、各段的距离，计入表格并求出加速度加速度a a。匀匀变变速速直直线线运运动动的的实实验验探探究究打点计时器打点计时器电磁打点计时器电磁打点计时器电火花打点计时器电火花打点计时器平均速度法平均速度法逐差法逐差法纸带处理中经常用到的两种方纸带处理中经常用到的两种方法法原理原理频闪照相法频闪照相法1.1.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打点计时器工作电压为4 46V6V, ,电火花打点计时器工电火花打点计时器工作电压为作电压为220V220V，它们的打点周期都是，它们的打点周期都是0.02s0.02s, ,同时还同时还能记录物体运

16、动的位移信息。能记录物体运动的位移信息。2.“2.“平均速度法平均速度法”和和“逐差法逐差法”是纸带处理中经常是纸带处理中经常用到的两种方法，要重点掌握。用到的两种方法，要重点掌握。3.3.频闪照片可记录物体的频闪照片可记录物体的时间和位移时间和位移信息，因此可信息，因此可仿照纸带的处理方法求出物体的加速度。仿照纸带的处理方法求出物体的加速度。1.1.在在“测定匀变速直线运动的加速度测定匀变速直线运动的加速度”的实验中，用的实验中，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频率为50Hz50Hz，图为一次实验得到的一条纸带，纸带上，图为

17、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，按时间顺序每相邻的两计数点间都有四个点未画出，按时间顺序取取0 0、1 1、2 2、 3 3、4 4、5 5六个计数点，用米尺量出六个计数点，用米尺量出. . . . . . . . .0 00 01 12 23 34 45 56 61.401.403.553.556.456.4510.1510.1514.5514.5519.7019.701 1、2 2、3 3、4 4、5 5点分别到点分别到0 0点的距离如图所示（单位：点的距离如图所示（单位：cmcm）。由纸带数据计算可得计数点）。由纸带数据计算可得计数点4 4所代表时刻的瞬所代表时刻的瞬时速度大小时速度大小v v4 4=_m=_ms s，小车的加速度大小，小车的加速度大小a=