匀变速直线运动的研究-PPT

第二章匀变速直线运动的研究1．实验：探究小车速度随时间变化的规律实验目的是什么？→步骤及注意事项如何？→怎样处理数据？→实验结论如何？1．实验目的用打点计时器研究小车在重物牵引下的运动，探究小车速度随时间的变化规律．2．进一步熟悉打点计时器的使用及纸带的分析方法．3．会用图象法处理实验数据．1．打点计时器打出的纸带能记录运动物体在不同时刻的位置．2．求纸带上某点的瞬时速度一般用一小段时间内的平均速度代替．3．用描点法画出小车的v－t图象，图线的倾斜程度表示加速度的大小，如果v－t图象是一条倾斜的直线，说明物体的速度是均匀变化的．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、交流电源．一、实验步骤1．如下图所示，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．大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静2．把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上钩码，把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面．3．把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一列小点．4．换上新的纸带，重复实验两次．5．增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验．在测定匀变速直线运动加速度的实验中，某同学操作中有以下实验步骤：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，并接好电路C．把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加速运动F．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔(1)其中错误或遗漏的步骤有(遗漏步骤可编上序号G、H…)________．(2)将以上步骤完善并按合理顺序写在横线上：________.解析：在用打点计时器测定匀变速直线运动的实验中，要先接通电源，再放纸带；在取下纸带前要先断开电源；为了减小实验误差，要重复实验三次即打三条纸带，然后选择理想纸带进行处理．答案：(1)①A中应先通电，再放纸带；②D中取下纸带前应先断开电源；③补充步骤G：换上新纸带，重复三次；(2)步骤顺序为：EBFCADG二、数据处理的方法1．选取纸带、确定计数点并进行测量(1)在三条纸带中选择一条最清晰的纸带．(2)为了便于测量，一般舍掉开头一些过于密集的点迹，找一个适当的点作计时起点(0点)．(3)每5个点(相隔0.1s)取1个计数点进行测量(如下图所示，相邻两点中间还有4个点未画出)．2．瞬时速度的计算(1)瞬时速度的求解方法：时间间隔很短时，可用某段时间的平均速度表示这段时间内某一时刻的瞬时速度，即vn＝xn＋xn＋12T.例如，图中第4个点的瞬时速度v4＝x352T，其中x35表示第3个点到第5个点之间的距离，T＝0.1s.(2)设计表格并记录相关数据3.作出小车运动的v－t图象(1)定标度：坐标轴的标度选取要合理，应使图象大致分布在坐标平面中央．(2)描点：描点时要用平行于两坐标轴的虚线标明该点的位置坐标．(所描的点一般用“·”标明)(3)连线：用一条曲线或直线“拟合”这些点．仔细观察所描各点的分布情况．用一条直线“拟合”这些点，即让所画的直线连接尽可能多的点，不能连接的点应均匀分布在直线两侧，舍弃离直线较远的点．4．实验结论分析小车运动的v－t图象，描述小车的运动速度随时间的变化规律．如果画出的v－t图象是一条倾斜的直线，说明小车做速度均匀变化的直线运动．图象和纵坐标的交点表示开始计时时小车的速度—初速度．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如下图给出了从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都为计数点．测得x1＝1.40cm，x2＝1.90cm，x3＝2.38cm，x4＝2.88cm，x5＝3.39cm，x6＝3.87cm，那么(1)在计时器打出点1、2、3、4、5时，小车的速度分别为：v1＝________cm/s，v2＝________cm/s，v3＝________cm/s，v4＝________cm/s，v5＝________cm/s.(2)在平面直角坐标系中作出v－t图象．(3)分析小车运动速度随时间变化的规律．解析：(1)显然，两相邻的计数点之间的时间间隔为t＝5×0.02s＝0.1s．对应各点的速度分别为v1＝x1＋x22T＝1.40＋1.902×0.1cm/s＝16.50cm/sv2＝x2＋x32T＝1.90＋2.382×0.1cm/s＝21.40cm/sv3＝x3＋x42T＝2.38＋2.882×0.1cm/s＝26.30cm/sv4＝x4＋x52T＝2.88＋3.392×0.1cm/s＝31.35cm/s，(2)利用描点法作出v－t图象，如右图所示．(3)小车运动的v－t图象是一条倾斜的直线，说明速度随时间均匀增加，它们成“线性关系”．答案：(1)16.5021.4026.3031.3536.30(2)见解析图(3)小车的运动速度随时间均匀增加1．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器．2．先接通电源，等打点稳定后，再释放小车．3．取下纸带前，先断开电源．4．要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，当小车到达滑轮前及时用手按住它．5．牵引小车的钩码个数要适当，以免加速度过大而使纸带上的点太少，或者加速度太小，而使各段位移无多大差别，从而使测量误差增大，加速度的大小以能在50cm长的纸带上清楚地取得六、七个计数点为宜．6．要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点，一般在纸带上每五个点取一个计数点，即时间间隔为T＝0.02×5s＝0.1s．要舍掉开头过于密集的点，这样误差小．7．在坐标纸上画v－t图象时，注意坐标轴单位长度的选取要适当，应使图线尽量分布在较大的坐标平面内.对实验原理及步骤的考查在探究小车速度随时间变化规律的实验中，按照实验进行的先后顺序，将下述步骤的代号填在横线上________．A．把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面B．把打点计时器固定在木板上远离滑轮的一端，并连好电路C．换上新的纸带，再重做两次实验D．把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面E．使小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车运动F．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下端吊着合适的钩码G．断开电源，取出纸带解析：正确的实验步骤：把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面；把打点计时器固定在木板上远离滑轮的一端，并连好电路；把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下端吊着合适的钩码；把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面；使小车停在靠近打点计时器处，接通电源．放开小车，让小车运动；打完一条纸带，断开电源，取下纸带；换上新纸带，再重做两次实验．即顺序为DBFAEGC.答案：DBFAEGC【跟踪发散】1－1.关于用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验，以下说法正确的是()A．打点计时器应固定在长木板上靠近滑轮的一端B．开始实验时小车应放在靠近打点计时器的位置C．应先启动打点计时器，待打点稳定后再释放小车D．牵引小车的钩码质量越大越好解析：打点计时器与滑轮间的距离尽可能要大，小车尽可能靠近打点计时器，就是为了使小车运动的距离较大，尽可能打出较多的点，A错误，B正确；若先释放小车再接通电源，只能在纸带的后面的部分上打点，不能很好地利用纸带，C正确；钩码质量应适当，钩码质量小，打的点很密，钩码质量大，打的点少，都会带来实验误差，D错误．答案：BC根据纸带判断物体速度随时间变化的规律在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，下图中给出了从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都为计数点．测得x1＝1.40cm，x2＝1.90cm，x3＝2.38cm，x4＝2.88cm，x5＝3.39cm，x6＝3.87cm.那么：(1)在打点计时器打出点1、2、3、4、5、6时，小车的速度分别为v1＝________cm/s，v2＝________cm/s，v3＝________cm/s，v4＝________cm/s，v5＝________cm/s.(2)在平面直角坐标系中作出速度—时间图象．(3)分析小车运动速度随时间变化的规律．解析：(1)显然，两相邻的计数点之间的时间间隔为T＝0.02×5s＝0.1s．对应各点的速度分别为v1＝x1＋x22T＝1.40＋1.902×0.1cm/s＝16.50cm/s，v2＝x2＋x32T＝1.90＋2.382×0.1cm/s＝21.40cm/s，v3＝x3＋x42T＝2.38＋2.882×0.1cm/s＝26.30cm/s，v4＝x4＋x52T＝2.88＋3.392×0.1cm/s＝31.35cm/s，v5＝x5＋x62T＝3.39＋3.872×0.1cm/s＝36.30cm/s.(2)按照横坐标每0.1s为1个分度，纵坐标每10cm/s为1个分度建立直角坐标系，根据上面计算出来的各计数时刻的速度值，用描点法即可作出小车运动的v－t图象．(3)根据小车运动的v－t图象是一条向上倾斜的直线，可判断小车运动的速度是随时间均匀增加的．答案：(1)16.5021.4026.3031.3536.30(2)如下图所示(3)见解析【跟踪发散】2－1：某同学利用打点计时器探究由静止开始下落的物体的运动，得到如下图所示的纸带，其中A、B、C、D、E是连续打出的几个点，图中标注了相邻两点间的距离．(1)铁锤固定在纸带的________端(“左”或“右”)．(2)由纸带上给出的几个数据，判断该运动是不是匀变速直线运动？(3)根据纸带给出的数据求出铁锤下落的加速度及打点计时器打C点时铁锤的速度．解析：(1)由于铁锤由静止开始做加速运动，相同时间内位移越来越大，故铁锤应固定于纸带的左端．(2)由纸带上的数据可知，相邻相等时间内的位移之差．BC－AB＝6.43cm－6.04cm＝0.39cmCD－BC＝6.81cm－6.43cm＝0.38cmDE－CD＝7.20cm－6.81cm＝0.39cm在实验误差允许的范围内是一定值，故该运动是匀加速直线运动．(3)由图中数据知a1＝CD－AB2T2＝6.81－6.04×10－22×0.022m/s2≈9.63m/s2a2＝DE－BC2T2＝7.20－6.43×10－22×0.022m/s2≈9.63m/s2答案：(1)左(2)是匀变速(匀加速)直线运动(3)9.63m/s23.31m/sa＝a1＋a22＝9.63m/s2C是AE的中间时刻，由vC＝AE4T＝6.04＋6.43＋6.81＋7.20×10－24×0.02m/s＝3.31m/s频闪照相法研究物体的运动频闪照相法是一种利用照相技术，每间隔一段时间曝光一次，从而形成间隔相同时间的影像的方法．在频闪照相中会用到频闪灯(如右图所示)，它每隔相等时间闪光一次，例如每隔0.1s闪光一次，即每秒闪光10次．当物体运动时，利用频闪灯照明，照相机可以拍摄出该物体每隔相等时间所到达的位置．通过这种方法拍摄的照片称为频闪照片．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流电源的频率，而相同时间间隔出现的影像则相当于打点计时器打出的点．因此，运动物体的频闪照片既记录了物体运动的时间信息，又记录了物体运动的位移信息．至于根据时间信息还是位移信息求加速度的方法，两者都是一样的．一小球在桌面上从静止开始做加速运动，现用高速摄影机在同一底片上多次曝光，记录下小球每次曝光的位置，并将小球的位置编号．如图甲所示，1位置恰为小球刚开始运动的瞬间，作为零时刻．摄影机连续两次曝光的时间间隔均为0.5s，小球从1位置到6位置的运动过程中经过各位置的速度分别为v1＝0，v2＝0.06m/s，v3＝________m/s，v4＝0.18m/s，v5＝________m/s.在如图乙所示的坐标图中作出小球的速度—时间图象(保留描点痕迹)．解析：如题图甲所示，x2＋x3＝0.12m，则v3＝x2＋x32T＝0.122×0.5m/s＝