匀变速直线运动的实验探究

海到无边天作岸，山登绝顶我为峰！仲老师1匀变速直线运动的实验探究一．主要知识点：1、理解位移、速度和加速度。2、掌握打点计时器、频闪照相的原理和使用方法。3、经历匀变速直线运动的实验研究过程。二．重点难点重点：1、利用打点计时器判断小车是否做匀变速直线运动。2、利用打出的纸带计算小车的加速度。难点：1、利用逐差法求小车的加速度。2、利用在匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度这一结论求小车在某点的瞬时速度。考纲要求：知识性：理解；体验性：探究体验性：领悟课程标准要求1、经历匀变速直线运动的实验过程。3、用打点计时器、频闪照相或其他实验方法研究匀变速直线运动。教学用具：CAI课件、打点计时器、电源、纸带、光滑长木板内容：一、打点计时器及其使用1、中学实验室的两种打点计时器（1）电磁打点计时器电磁打点计时器是一种记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器。它使用交流电源，工作电压4～6v，电源频率是50Hz时，每隔0.02s打一个点。构造：如图原理：通电以前，把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸压在纸带的上面。接通电源后，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便开始振动起来，带动其上的振针上下振动。这时，如果纸带运动，振针就通过复写纸在纸带上留下一行小点。使用：如果把纸带跟运动的物体连在一起，即由物体带动纸带一起运动，纸带上各点之间的距离就表示相应时间间隔中物体的位移。测量点的位置，我们就能了解物体的运动情况。4、电火花打点计时器海到无边天作岸，山登绝顶我为峰！仲老师2其原理与电磁打点计时器相同，不过在纸带上打点的不是振针和复写纸，而是电火花和墨粉。使用时接通电源、按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经放电针、墨粉纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的纸带上就打出一行点迹。当电源频率是50Hz时，每隔0.02s打一次点。二、实验目的1、掌握利用打点计时器判断小车是否做运变速直线运动的方法。2、利用△s＝aT2求小车的加速度。三、实验设计1、接通电源后，打点计时器每隔0.02s打一个点，当纸带在小车的带动下运动时，振针的上下振动就会通过复写纸在纸带上留下一行小点（称为计时点）。相邻的计时点间的时间间隔为0.02s，相邻的两点间的距离可用刻度尺测量。利用这些时间和我位移的信息就可以对小车的运动进行探究。2、利用逐差法求小车的加速度。3、利用中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度求小车在某一点的速度。四、实验过程注意事项:（1）电源电压要符合要求，电磁打点计时器应使用10V以下的交流电源；电火花计时器要使用220V交流电源。（2）实验前要检查打点的稳定性和清晰程度，必要时要进行调节或更换器材。（3）使用打点计时器应先接通电源，待打点计时器稳定后再用手拉纸带。（4）手拉纸带时，速度应快一些，以防点迹太密集。（5）断开电源，取下纸带。五、数据处理对打出的纸带或频闪照片，常用的处理数据的方法：1．利用相邻的相等的时间间隔内的位移之差等于恒量，即s＝s2－s1＝at2；如要求平均加速度，要用逐差法，以六组数据为例，23625149)()()(tssssssa－＋－＋－＝海到无边天作岸，山登绝顶我为峰！仲老师32．求某点的瞬时速度常用某段时间的平均速度等于该段时间的中间时刻的瞬时速度的方法，即tsvvt22/＝＝．1．作图法：将求得的各点的速度和对应的时刻描在v－t图象中，通过斜率求得加速度．也可剪裁后粘贴在s－t图象中进行处理．六、频闪照相法及其应用的介绍1、频闪灯：每个一定的时间闪光一次，每闪光一次记录物体的一个影像。拍摄运动的物体可以研究物体的运动特征。2、拍出照片后，按处理纸带的方法对小球的运动进行探究。例题讲解1．(2009年高考广东理基)“研究匀变速直线运动”的实验中，使用电磁打点计时器(所用交流电的频率为50Hz)，得到如图所示的纸带．图中的点为计数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，下列表述正确的是()A．实验时应先放开纸带再接通电源B．(s6－s1)等于(s2－s1)的6倍C．从纸带可求出计数点B对应的速率D．相邻两个计数点间的时间间隔为0.02s解析：在“研究匀变速直线运动”的实验中，实验时应先接通电源再放开纸带，A错误．根据相等的时间间隔内通过的位移有sM－sN＝(M－N)aT2，可知(s6－s1)等于(s2－s1)的5倍，B错误．根据B点为A与C的中间时刻点有vB＝sAC2T，C正确；由于相邻的计数点之间还有4个点没有画出，所以时间间隔为0.1s，D错误．答案：C2．在“研究匀变速直线运动”的实验中，下列方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解析：选取计数点可以使相邻点间的间隔增大，在用直尺测量这些点间的距离时，在测量绝对误差基本相同的情况下，相对误差较小，故选项A正确．在实验中如果小车运动的加速度过小，打出的点数就很密，长度测量的相对误差较大，测量的准确度会降低，因此小车的加速度大一些较好，选项海到无边天作岸，山登绝顶我为峰！仲老师4B错误．适当增加钩码个数，可使小车的加速度适当增大，故选项D正确．舍去纸带上过于密集，甚至分辨不清的点，可以减小长度测量的相对误差，故选项C正确．答案：ACD3．在做“研究匀变速直线运动”的实验时，为了能够较准确地测出加速度，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上：________A．把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面B．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C．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，每次必须由静止释放小车D．把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面E．把小车停在靠近打点计时器处，接通直流电源后，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F．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，并把每打五个点的时间作为时间单位．在选好的的开始点下面记作0，往后第六个点作为计数点1，依此标出计数点2、3、4、5、6，并测算出相邻两点间的距离G．根据公式a1＝(s4－s1)/(3T2)，a2＝(s5－s2)/(3T2)，a3＝(s6－s3)/(3T2)及a＝(a1＋a2＋a3)/3求出a解析：在实验中要尽可能地保证小车做匀变速直线运动，同时也要求纸带能尽可能地直接反映小车的运动情况，既要减小运动误差也要减小纸带的分析误差．其中E项中的电源应采用交流电，而不是直流电．答案：ABCDFG4．(2009年高考天津理综)如图所示，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可以测定重力加速度．(1)所需器材有打点计时器(带导线)、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外还需________(填字母代号)中的器材．海到无边天作岸，山登绝顶我为峰！仲老师5A．直流电源、天平及砝码B．直流电源、毫米刻度尺C．交流电源、天平及砝码D．交流电源、毫米刻度尺(2)通过作图象的方法可以剔除偶然误差较大的数据，提高实验的准确程度．为使图线的斜率等于重力加速度，除作v－t图象外，还可作______________图象，其纵轴表示的是________，横轴表示的是________．解析：(1)打点计时器需接交流电源．重力加速度与物体的质量无关，所以不要天平和砝码．计算速度需要测相邻计数点间的距离，需要毫米刻度尺，选D.(2)由公式v2＝2gh，如绘出v22－h图象，其斜率也等于重力加速度．答案：(1)D(2)v22－h速度平方的二分之一重物下落的高度5．(2011年增城模拟)一个小球沿斜面向下运动，用每间隔110s曝光一次的频闪相机拍摄不同时刻小球位置的照片，如图所示，即照片上出现的相邻两个小球的像之间的时间间隔为110s，测得小球在几个连续相等时间内位移(数据见表)，则s1(cm)s2(cm)s3(cm)s4(cm)8.209.3010.4011.50(1)小球在相邻的相等时间内的位移差________(填“相等”或“不相等”)，小球的运动性质属________直线运动．(2)有甲、乙两同学计算小球加速度方法如下：甲同学：a1＝s2－s1T2，a2＝s3－s2T2，a3＝s4－s3T2，a＝a1＋a2＋a33海到无边天作岸，山登绝顶我为峰！仲老师6乙同学：a1＝s3－s12T2，a2＝s4－s22T2，a＝a1＋a22你认为甲、乙中哪位同学的计算方法较准确？______，加速度值为_____．解析：(1)由表中数据可知，s4－s3＝s3－s2＝s2－s1，小球做匀加速直线运动．(2)乙同学采用逐差法求加速度，较准确，加速度值为a＝s3＋s4－s2－s14T2＝1.10m/s2.答案：(1)相等匀加速(匀变速)(2)乙同学1.10m/s26．小球做直线运动时的频闪照片如图所示，已知频闪周期T＝0.1s，小球相邻位置的间距(由照片中的刻度尺量得)分别为OA＝6.51cm，AB＝5.59cm，BC＝4.70cm，CD＝3.80cm，DE＝2.89cm，EF＝2.00cm.小球在位置A时的速度大小vA＝______m/s；小球运动的加速度大小a＝________m/s2.解析：本题考查通过纸带计算某点瞬时速度的方法和用逐差法计算加速度大小的方法，皆属于对基本能力的考查．由平均速度的定义和匀变速运动的特点得：vA＝vOB＝OA＋AB2T＝0.0651＋0.05592×0.1m/s＝0.605m/s.由逐差法得：a1＝CD－OA3T2，a2＝DE－AB3T2，a3＝EF－BC3T2，a＝a1＋a2＋a33＝CD＋DE＋EF－OA＋AB＋BC9T2＝－0.9m/s2故加速度的大小为0.9m/s2.答案：0.6050.9海到无边天作岸，山登绝顶我为峰！仲老师77．如图甲所示，某同学将一端固定有滑轮的长木板水平放置在桌面上，利用钩码通过细绳水平拉小车，让小车从静止开始运动，利用打点计时器在纸带上记录小车的运动情况．如图乙所示，其中O点为纸带上记录到的第一点，A、B、C是该同学在纸带上所取的一些点；已知打点计时器所用交流电源的频率为50Hz(打点计时器每隔0.02s打一个点)，利用图中给出的数据，算出打点计时器打下B点时小车的速度大小vB＝________m/s，小车运动过程中的加速度大小a＝________m/s2.(结果均保留3位有效数字)解析：vB＝vAC＝AC2T①将AC＝(51.10－30.48)×10－2m及T＝0.1s代入①式解得vB≈1.03m/s；又a＝ΔsT2＝BC－ABT2②将数据代入②式解得a＝1.34m/s2.答案：1.031.34练习实验一、练习使用打点计时器1、打点计时器是使用________电源的_________仪器，当电源频率是50赫兹时，它每隔______s打一个点。(1)电磁打点计时器：工作电压___________V(2)电火花打点计时器：工作电压__________V2、在使用打点计时器时（）A、应先接通电源，再使纸带运动B、应先使用纸带运动，再接通电源C、在使纸带运动的同时接通电源D、先使纸带运动或先接通电源都可以3、通过打点计时器得到的一条打点纸带上的点分布不均匀，下列判断正确的是（）A、点子密集的地方物体运动的速度比较大B、点子密集的地方物体运动的速度比较小C、点子不均匀说明物体做变速运动D、点子不均匀说明打点计时器有故障海到无边天作岸，山登绝顶我为峰！仲老师84、关于打点计时器在纸带上打出的点痕，下列说法中正确的是（）A．点痕记录了物体运动的时间B．点痕记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移C．点在纸带上的分布情况反映了物体的运动情况D.根据纸带上的点痕可以知道任一时刻运动物体的瞬时速度5.下图是某同学用打点计时器（电源频率为50Hz）研究某物体运动规律时得到的一段纸带，从A