实验专题实验3研究匀变速直线运动

1、实验3：研究匀变速直线运动,考点一 打点计时器的工作原理,打点计时器有两种，一种是电磁打点计时器，是利用电磁感应原理打点计时的一种仪器，另一种是电火花计时器，是利用火花放电在纸带上打出点迹计时的仪器，如果物体与纸带相连，只要分析出纸带的运动情况，也就得到了物体的运动情况，本学案通过分析打点计时器打出的纸带得到纸带运动的速度，为以后的其他实验打下基础。,1.电磁打点计时器 电磁打点计时器是一种计时仪器，工作电压为_ 低压交流电，构造如图1-4-1，在线圈和永久磁铁的作用下， 振片便上下振动起来，位于振片一端的振针也跟着上下振 动而打点，这时，如果纸带运动，振针就在纸带上打出一 系列点。当交流电源

2、频率为50Hz时，它每隔_打一次 点，即打出的纸带上相邻两点间的时间间隔为_。,2.电火花计时器 电火花计时器构造如图1-4-2，利用火花放电在纸带上打出孔而显示点迹的计时仪器，工作电压为_交流电，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系列点迹。当电源频率为50 Hz时，它也是每隔_打一次点，即打出的纸带上相邻两点间的时间间隔也是_。,图1-4-2,特别提醒： (1)电源种类是交流电，电压要符合要求，电磁打点计时器应使用6 V以下的交流电源，电火花计时器使用220 V交流电源； (2)电磁打点计时器的振针和纸带接

3、触会影响纸带运动，而火花放电不会影响，误差较小。,220V,0.02s,0.02s,考点二 研究匀变速直线运动 (一)实验目的 1.学会用打上点的纸带研究物体的运动。 2.掌握判断物体是否做匀变速运动的方法。 3.会利用纸带测定匀变速直线运动的加速度。 (二)实验原理 1.匀变速直线运动的特点 (1)物体做匀变速直线运动时，若加速度为a，在各个连续相等的时间T内发生的位移依次为x1、x2、x3、xn，则有：x2-x1x3x2=xn-xn-1aT2，即任意两个连续相等的时间内的位移差相等。可以依据这个特点，判断一个物体是否做匀变速直线运动。 (2)做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等于

4、该段时间内中间时刻的瞬时速度。,2.由纸带求物体加速度的方法 (1)逐差法 设相邻相同时间T内的位移分别为x1、x2、x6，则 x2-x1=x3-x2=x4-x3=x6-x5=aT2 x4-x1=3a1T2 x5-x2=3a2T2 x6-x3=3a3T2 得加速度a(a1+a2+a3)/3 。,图1-4-3,图1-4-4,(3)由纸带求物体速度的方法 “平均速度法”求速度，即vn(xn+xn+1)/2T， 如图1-4-4所示。,(2)图象法 以打某计数点时为计时起点，然后利用 vn(xn+xn+1)/2T测出打各点时的速度，描点 得v-t图象，v-t图象的斜率即为加速度，如图 1-4-3所示。

5、,(四)实验步骤 1.把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸 出桌面；把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端； 连接好电路，再把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮， 下边挂上合适的钩码；将纸带穿过打点计时器，并把它 的一端固定在小车的后面。实验装置如图1-4-5所示。 2.把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点。换上新纸带，重复三次。 3.从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点，在选好的开始点下面记作0，0后面第5个点记作1，1后面第5个点记作2，依次标出计数点3，4，5，

6、6，两相邻计数点间的距离用刻度尺测出，分别记作x1、x2、x6。 4.根据测量结果和前面计算公式，计算出a1、a2、a3的值，求出a的平均值，它就是小车做匀变速运动的加速度。 同学们还可先画出v-t图象，再求小车做匀变速运动的加速度。,图1-4-5,(三)实验器材 电火花计时器或电磁打点计时器，一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片。,(五)注意事项 1.要在钩码落地处放上软垫或砂箱，防止撞坏钩码。 2.要在小车到达滑轮前用手按住它或放置泡沫塑料挡板，防止撞坏小车。 3.小车的加速度宜适当大些，可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约50 cm的纸带上清楚

7、地取出78个计数点为宜。 4.纸带运动时尽量不要让纸带与打点计时器的限位孔摩擦。 5.要先接通电源，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，以充分利用纸带的长度。 6.不要分段测量各段位移，应尽可能地一次测量完毕(可先统一量出各计数点到计数起点0之间的距离)，读数时应估读到毫米的下一位。 (六)误差分析 本实验参与计算的量有x和T，因此误差来源于x和T。 1.由于相邻两计数点之间的距离x测量不够精确而使a的测量结果产生误差。 2.市电的频率不稳定使T不稳定而产生误差。,热点一 打点计时器的构造、原理、使用 【例1】电磁打点计时器是一种使用_电源的计时仪器，它的工作

8、电压 _，当电源频率是50 Hz时，它每隔_s打一次点。使用打点 计时器时，纸带应穿过_，复写纸应套在_上，并要放在纸带 的_面；应把_电源用导线接在_上；打点时应先_， 再让纸带运动。,低压交流,6V以下,0.02,限位孔,定位轴,上,低压交流,接线柱,接通电源,【名师支招】正确掌握打点计时器的构造、工作原理、使用方法等是做出正确判断的关键。,【解析】电磁打点计时器是一种测量时间的仪器，使用6 V以下的低压交流电源，它每隔一个周期打一个点，因此纸带上的两个点之间的时间间隔为交流电的周期，使用打点计时器时，纸带应穿过限位孔，复写纸套在定位轴上，打点时要先接通电源，再让纸带运动。,1,使用电火花

9、计时器来分析物体运动情况的实验中： (1)在如下基本步骤中，正确的排列顺序为_。 A.把电火花计时器固定在桌子上 B.安好纸带 C.松开纸带让物体带着纸带运动 D.接通220 V交流电源 E.按下脉冲输出开关，进行打点 (2)在安放纸带时，要检查墨粉纸盘是否已经正确地套在 _上，还要检查_是否夹在两条纸带 之间。,A B D E C,纸盘轴,墨粉纸盘,【例2】在“研究匀变速直线运动”的实验中，某同学的操作中有以下实验步骤，其中错误或遗漏的步骤有 (遗漏步骤可编上序号G、H) _。 A.拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，先放开纸带，再接通电源 B.将打点计时器固定在平板上，并接好电源 C.把

10、一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮下面吊着适当重的钩码 D.取下纸带 E.将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做匀速运动 F.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔 将以上步骤完善,并按合理顺序填写在横线上。 _。,【名师支招】实验操作的技巧： (1)开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。 (2)应该先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再释放小车。 (3)小车另一端所挂的钩码的个数要适当，避免加速度过大而使纸带上打的点太少，或者加速度太小，使各段位移无较大区别，加速度大小以能在约50cm的纸带上清楚地取出7个计数点为宜。 (4)应选择点迹清晰的纸带，适当舍弃点密集部分，适当选取

11、计数点(计数点和计时点有区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少秒。 (5)纸带运动时，要减少纸带与打点计时器的限位孔间的摩擦。 (6)要在钩码落地处放置软垫或砂箱，防止撞坏钩码。 (7)要在小车到达滑轮前，用手按住它或放置泡沫塑料挡板，防止车掉在地上或撞坏滑轮。,【解析】A中应先接通电源，再放开纸带。D中应先断开电源，使打点计时器停止工作。应补充G.换上纸带，重复实验三次。合理顺序应为：B F E C A D G,A中应先接通电源，再放开纸带。D中应先断开电源，使打点计时器停止工作。,G.换上纸带，重复实验三次。合理顺序应为：B F E C A D G,热点二 实验操作技巧,2,某同学用图1-

12、4-6所示的实验装置研究小车在斜面上的运动。实验步骤如下： a.安装好实验器材。 b.接通电源后，让拖着纸带的小车沿平板斜面向下 运动，重复几次。选出一条点迹比较清晰的纸带。 舍去开始密集的点迹，从便于测量的点开始，每 两个打点间隔取一个计数点，如图1-4-7中0、1、 26。 c.测量1、2、36计数点到0计数点的距离，分 别记作：x1、x2、x2x6。 d.通过测量和计算，该同学判断出小车沿平板做匀 加速直线运动。 e.分别计算出x1、x2、x3x6与对应时间的比值 x1/t1、x2/t2、x3/t3x6/t6。 f.以x/t为纵坐标、t为横坐标，标出x/t与对应时间t的坐标点，画出x/t

13、-t图 线。,图1-4-6,图1-4-7,结合上述实验步骤，请你完成下列任务： (1)实验中，除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、平板、铁架台、导线及开关 外，在下面的仪器和器材中，必须使用的有_和_。(填选项代号) A.电压合适的50 Hz交流电源 B.电压可调的直流电源 C.刻度尺 D.秒表 E.天平 F.重锤 (2)将最小刻度为1mm的刻度尺的0刻线与0计数点对齐， 0、1、2、5计数点所在位置如图1-4-8所示，则x2= _cm，x2=_ cm。 (3)该同学在图1-4-9中已标出1、3、4、6计数点对应的 坐标点，请你在该图中标出与2、5两个计数点对应 的坐标点，并画出x/t-t图

14、线。 (4)根据x/t-t图判断，在打0计数点时，小车的速度v0= _m/s；它在斜面上运动的加速度 a= _m/s2。,图1-4-8,图1-4-9,A,C,2.98（2.972.99均可）,13.20(13.1913.21均可),0.18(0.160.20均可),4.80(4.505.10均可),【例3】某同学在“研究匀变速直线运动”实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在 纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，其相邻点间的距离如图1-4-10所示，每两个相邻 的计数点之间的时间间隔为0.10 s。 (1)试根据纸带上各个计数点间的距离，计算出打下B、C、D、E

15、、F五个点时小车的瞬时速度，并将 各个速度值填入下式（保留三位有效数字） vB=_ m/s，vC=_ m/s， vD=_ m/s，vE=_ m/s， vF= _m/s。 (2)将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在如图1-4-11所示的 坐标纸上， 并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图象。 (3)根据(2)中画出的v-t图象，求得小车运动的加速度为_m/s2。 (保留两位有效数字),【解析】(1)利用vn=(xn+xn+1)/(2T)，求打B、C、D、E和F点时的瞬时速度，即得以上答案。 (2)先将(tn，vn)点标在坐标纸上，然后再用平滑的曲线连结各点，即得v-t图象。 (3)利用v-

16、t图象的斜率可求出加速度a=v/t0.80 m/s2。,【名师支招】(1)利用纸带进行计算，要注意三点： 计数点是如何取的； 长度采用了什么单位； 所给的纸带数据是谁与谁之间的距离。 (2)作v-t图线时，要使描得的点尽可能地分布在直线的两侧，偏差过大的点不予考虑。 (3)由a=v/t，求a时，要在图线上取两个相对较远的点。,图1-4-10,图1-4-11,0.400,0.479,0.560,0.640,0.721,0.780.80均可,热点三 实验数据的处理,3,一位同学做“研究匀变速直线运动”的实验，打点计时 器所用电源的频率是50 Hz，在实验中得到点迹清晰 的一条纸带。他把某一个点记作O，再选依次相邻的 6个点