《高考物理一轮复习资料 1.4 实验：匀变速直线运动的研究课件 沪科.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮复习资料 1.4 实验：匀变速直线运动的研究课件 沪科.ppt（11页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、学案学案4 实验：匀变速直线运动的研究实验：匀变速直线运动的研究 一、实验目的一、实验目的 1.学会用打上点的纸带研究物体的运动。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。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。会利用纸带测定匀变速直线运动的加速度。二、实验原理二、实验原理 1.电磁打点计时器电磁打点计时器 电磁打点计时器是一种计时仪器，工作电压电磁打点计时器是一种计时仪器，工作电压为为46 V低压交流电，构造如图，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便上下低压交流电，构造如图，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便上下振动起来，位于振
2、片一端的振针也跟着上下振动而打点，这时，如果纸带振动起来，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。当交流电源频率为运动，振针就在纸带上打出一系列点。当交流电源频率为50 Hz时，它每隔时，它每隔0.02 s打一次点，即打出的纸带上相邻两点间的时间间隔为打一次点，即打出的纸带上相邻两点间的时间间隔为0.02 s。2021/8/11 星期三1 2.电火花计时器电火花计时器 电火花计时器构造如图，利用火花放电在电火花计时器构造如图，利用火花放电在纸带上打出孔而显示点迹的计时仪器，工作电纸带上打出孔而显示点迹的计时仪器，工作电压为压为220 V交流电，按
3、下脉冲输出开关时，计交流电，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，它也是每隔时，它也是每隔0.02 s打打一次点，即打出的纸带上相邻两点间的时间间隔也是一次点，即打出的纸带上相邻两点间的时间间隔也是0.02 s。3.匀变速直线运动的特点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，在各
4、个连续相等的时间T内发生的位移依次为内发生的位移依次为s1，s2，s3,sn，则有：，则有：s2-s1=s3-s2=sn-sn-1=aT2，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。个物体是否做匀变速直线运动。(2)匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度()等于该段时等于该段时间内中间时刻的瞬时速度间内中间时刻的瞬时速度(vt/2)。2021/8/11 星期三2 (1)逐差法逐差法 设相邻相同时间设相邻相同时间T内的位移分别为内的位移分
5、别为s1,s2，,s6,则：则：s2-s1=s3-s2=s4-s3=s6-s5=aT2，s4-s1=3a1T2,s5-s2=3a2T2，s6-s3=3a3T2，得加速度为：得加速度为：(2)图像法图像法 以打某计数点时为计时起点，然后利用以打某计数点时为计时起点，然后利用vn=(sn+sn+1)/(2T)求出打各点时的速度，描点得求出打各点时的速度，描点得v-t图像，图像，v-t图像的斜率即为加图像的斜率即为加速度，如图所示。速度，如图所示。4.由纸带求物体加速度的方法由纸带求物体加速度的方法 5.由纸带求物体速度的方法由纸带求物体速度的方法 “平均速度法平均速度法”求速度，即求速度，即vn=
6、(sn+sn+1)/(2T)，如图所示。，如图所示。2021/8/11 星期三3 3.从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开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，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在选好的开始点下面记作0，0后面第后面第5个点记作个点记作1，1后后面第面第5个点记作个点记作2，依次标出计数点，依次标出计数点3，4，5，6，两相邻计数点间的距离用刻度尺，两相邻计数点间的距离用刻度尺测出，分别记作测出，分别记作s1、s2、s6。三、实验器材三、实验器材 电火花计时器或电磁打点计时器，一端
7、附有滑轮的长木板、小车、纸带、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。细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片。四、实验步骤四、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过滑轮，下边挂上合适的钩码；将纸带穿过打点计时器，并把
8、它的一端固定在小车的后面。实验装置如图所示。车的后面。实验装置如图所示。2.把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放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。打下一系列的点。换上新纸带，重复三次。4.根据测量结果和前面计算公式，计算出根据测量结果和前面计算公式，计算出a1、a2、a3的值，求出的值，求出a的平均值，它的平均值，它就是小车做匀变速运动的加速度。就是小车做匀变速运动的加速度。同学们还可先画出同学们还可先画出v-t图像，再求小车做匀变速运动的加速度。
9、图像，再求小车做匀变速运动的加速度。2021/8/11 星期三4 五、注意事项五、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。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。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小以能在约50 cm的纸带上清楚地取出的纸带上清楚地取出78个计数点为宜。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。纸带运动时尽量不要让
10、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。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(可先统一量出可先统一量出各计数点到计数起点各计数点到计数起点0之间的距离之间的距离)，读数时应估读到毫米的下一位。，读数时应估读到毫米的下一位。六、误差分析六、误差分析 本实验参与计算的量有本实验参与计算的量有s和和T，因此误差来源于，因此误差来源于s和和T。
11、1.由于相邻两计数点之间的距离由于相邻两计数点之间的距离s测量不够精确而使测量不够精确而使a的测量结果产生的测量结果产生误差。误差。2.交流电的频率不稳定使交流电的频率不稳定使T不稳定而产生误差。不稳定而产生误差。2021/8/11 星期三5考点考点1 由纸带判断分析物体的运动情况由纸带判断分析物体的运动情况【例【例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，用打点计时器记录的实验中，用打点计时器记录纸纸 带运动的时间，计时器所用电源的频率为带运动的时间，计时器所用电源的频率为50 Hz，如图为小车带动的纸，如图为小车带动的纸 带上记录的一些点，在每相邻两点间都
12、有四个点未画出，按时间顺序带上记录的一些点，在每相邻两点间都有四个点未画出，按时间顺序 取取0、1、2、3、4、5六个点，用米尺量出六个点，用米尺量出1、2、3、4、5点到点到0点的距点的距 离如图所示。离如图所示。(1)小车做什么运动？小车做什么运动？(2)若小车做匀变速直线运动，那么当打第若小车做匀变速直线运动，那么当打第3个计数点时小车的速度为多个计数点时小车的速度为多 少？小车的加速度为多少？少？小车的加速度为多少？2021/8/11 星期三6 【解析】【解析】(1)小车做匀变速直线运动，纸带上打下的点记录了小车的小车做匀变速直线运动，纸带上打下的点记录了小车的运动情况，计数点的时间间
13、隔为运动情况，计数点的时间间隔为T=0.025 s=0.1 s。设。设01间的距离为间的距离为s1，12间的距离为间的距离为s2，23间的距离为间的距离为s3,34间的距离为间的距离为s4。45间的距离为间的距离为s5，则：相邻的位移差，则：相邻的位移差 s=s2-s1=s3-s2=s4-s3=s5-s4=-aT2。所以小车做匀减。所以小车做匀减速运动。速运动。(2)利用匀变速直线运动的中间时刻的瞬时速度等于这一段时间内利用匀变速直线运动的中间时刻的瞬时速度等于这一段时间内的平均速度，可知小车在打第的平均速度，可知小车在打第3个计数点时的速度为：个计数点时的速度为：v3=(s3+s4)/(2T
14、)=50.4 cm/s。利用逐差法求解小车的加速度为利用逐差法求解小车的加速度为a=(a1+a2)/2。其中其中a1=(s4-s1)/(3T2),a2=(s5-s2)/(3T2)。所以小车的加速度为所以小车的加速度为a=-1.50 m/s2。负号表示加速度方向与初速度方向相反。负号表示加速度方向与初速度方向相反。求解时注意三点：求解时注意三点：(1)认清计时点与计数点，以便于确定打点周期；认清计时点与计数点，以便于确定打点周期；(2)明确明确s1、s2、sn表示的含义，是相邻两个点的间距还是某点到表示的含义，是相邻两个点的间距还是某点到起点的间距；起点的间距；(3)准确进行单位换算，因为纸带上
15、的数据通常是以厘米为单位的。准确进行单位换算，因为纸带上的数据通常是以厘米为单位的。2021/8/11 星期三7在在“研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动”的的实验中，打点计时器使用的实验中，打点计时器使用的交流电源的频率为交流电源的频率为50 Hz，记录小车运动的纸带如图所示，在，记录小车运动的纸带如图所示，在纸带上选择纸带上选择6个计数点个计数点A、B、C、D、E、F，相邻两计数点之，相邻两计数点之间还有四个点未画出，各点到间还有四个点未画出，各点到A点的距离依次是点的距离依次是2.0 cm、5.0 cm、9.0 cm、14.0 cm、20.0 cm。(1)根据学过的知识可以求出小车在根据
16、学过的知识可以求出小车在B点的速度为点的速度为vB=_m/s，CE间的平均速度为间的平均速度为_m/s。(2)以打以打B点时为计时起点，建立点时为计时起点，建立 v-t坐标系如图所示，请在图中坐标系如图所示，请在图中 作出小车运动的速度与时间的作出小车运动的速度与时间的 关系图线。关系图线。(3)根据图线可得小车运动的加速根据图线可得小车运动的加速 度为度为_m/s2。110.450.252021/8/11 星期三8考点考点2 逐差法求加速度逐差法求加速度【例【例2】如图所示，某同学在做】如图所示，某同学在做“研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动”实验中，由打点计时器得到表实验中，由打点计时器
17、得到表 示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点的时间间隔为示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点的时间间隔为T0.10 s，其中其中s17.05 cm、s27.68 cm、s38.33 cm、s48.95cm、s5=9.61 cm、s6=10.26 cm，则，则A点处瞬时速度的大小是点处瞬时速度的大小是_ m/s，小车运动的加速度计算表达式为，小车运动的加速度计算表达式为 _，加速度的大小是，加速度的大小是_ m/s2(计算结果保留两位有计算结果保留两位有 效数字效数字)。【解析】【解析】vA=(s3+s4)/(2T)=(8.3310-2+8.9510-2)/(20.10)
18、m/s0.86 m/s s4-s1=3a1T2 由由 s5-s2=3a2T2得得 s6-s3=3a3T2 a=(a1+a2+a3)/3 解得解得a=(s4+s5+s6)-(s1+s2+s3)/(9T2)代入数值可解得代入数值可解得a=0.64 m/s2。0.64a=(s4-s1+s5-s2+s6-s3)/(9T2)0.862021/8/11 星期三9 逐差法求加速度时，各个给出的数据尽量都逐差法求加速度时，各个给出的数据尽量都用上，以减小实验误差。用上，以减小实验误差。2小球做直线运动时的频闪照片如图所示。已知频闪周期小球做直线运动时的频闪照片如图所示。已知频闪周期T=0.1 s,小球相邻位置间距小球相邻位置间距(由照片量得由照片量得)分别为分别为OA=6.51 cm，AB=5.59 cm，BC=4.70 cm，CD=3.80 cm，DE=2.89 cm，EF=2.00 cm。小球在位置。小球在位置A时速度大小时速度大小vA=_m/s，小球运动的加，小球运动的加速度大小速度大小a=_ m/s2。-0.90.6052021/8/11 星期三102021/8/11 星期三11