1、第 2 节 匀变速直线运动的实验探究一、实验目的(1)练习使用打点计时器(2)掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法(3)测定匀变速直线运动的加速度(4)学会探究仅在重力作用下物体运动的规律和方法二、实验原理1打点计时器(1)结构及特点电火花打点计时器 电磁打点计时器结构图示工作电压 220 V 交流电 46 V 交流电打点方式 周期性产生电火花 振针周期性上下振动打点周期 0.02 s 0.02 s记录信息 位移、时间(2)工作原理：纸带穿过打点计时器在物体带动下运动时，振针的上下振动便会通过复写纸在纸带上留下一系列小点，相邻两点对应的时间为 0.02 s，相邻两点之间的距离可以用尺子测量，
2、这样打点计时器既记录了时间，又记录了对应的位移2频闪照相法及其应用(1)频闪照相法：利用照相技术，每隔一定时间曝光一次，从而形成间隔相同时间的影像的方法(2)频闪灯：每隔相等时间闪光一次，如每隔 0.1 s 闪光一次，即每秒闪光10 次(3)频闪照片：利用频闪灯照明，照相机可以拍摄出运动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(4)记录信息：物体运动的时间和位移3物体是否做匀变速直线运动的判断方法(1)利用平均速度 v ，当 t 很短时，可以近似认为平均速度 等于 t 时st st刻的瞬时速度，利用速度和时间关系判断物体是否做匀变速直线运动(2)利用 ss 2s 1s
3、3s 2s ns n1 aT 2 判断物体是否做匀变速直线运动三、实验器材打点计时器、纸带、复写纸、低压交流电源、小车、垫片、长木板、刻度尺、导线等.一、实验步骤1将打点计时器固定在长木板的一端，并用垫片垫高此端，使木板倾斜如图 321 所示图 3212连接好打点计时器的电路(注意此过程中要断开开关)3将纸带穿过打点计时器，连接在小车后面，并使小车靠近打点计时器4闭合电路开关，然后释放小车，打完纸带后立即关闭电源5更换纸带，重复操作三次6选择一条点迹最清晰的纸带，舍掉开头一些过于密集的点，找一适当的点作为开始点选择相隔 0.1 s 的若干个计数点进行长度测量，并将数据填入下面表格中.计数点位置
4、编号0 1 2 3 4 5 6时间 t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6相邻计数点间的距离 s/m对应计数点的速度 v/ms1二、数据处理1用逐差法求加速度以取六个间隔为例，则a1 ，a 2 ，a 3 .s4 s13T2 s5 s23T2 s6 s33T2加速度的平均值为a (a1a 2a 3)1313(s4 s13T2 s5 s23T2 s6 s33T2) (s4s 5s 6)(s 1s 2s 3)19T2逐差法处理数据求加速度的平均值，好处是各个数据都得到了利用，达到正、负偶然误差充分抵消的作用，使计算结果更接近真实值2用 vt 图象求加速度(1)在三条纸带中选择一条
5、最清晰的，舍掉开头一些比较密集的点迹，在后边便于测量的地方找一个开始点，为了测量方便和减小误差，通常选择相隔 0.1 s 的若干计数点进行测量，在选好的开始点下面标明 0，在第六个点下面标 1，在第 11 个点的下面标 2，依此类推，每 5 个点下面计一个数，这些标数字的点叫做计数点如图 322 所示，测出两相邻计数点的距离分别为 s1、s 2、s 3填入下表图 322位置间隔 01 12 23 34 45间隔距离 s/m(2)根据测量结果，再利用匀变速直线运动的瞬时速度的求解方法，即中间时刻的瞬时速度可以用这段时间内的平均速度来求解，也就是 vn ，sn sn 12T可求出打第 n 个计数点
6、时纸带的瞬时速度，并将瞬时速度的值填入下表.位置编号 1 2 3 4时间 t/s速度 v/ms1(3)作出速度 时间图象在坐标纸上，以速度 v 为纵轴、时间 t 为横轴建立直角坐标系根据上表中的 v、t 数据，在直角坐标系中描点，如图 323 所示，通过观察、思考，找出这些点的分布规律，然后根据这些点的分布趋向，用一条平滑的曲线(包括直线)连接这些点，并尽量让多数点落在曲线上(或直线上)，不在曲线(或直线)上的点应分布在曲线(或直线)两侧，且两侧的点数大致相同图 323三、误差分析误差 产生原因 减小方法偶然误差纸带上计数点间距离的测量vt 图作出的并非一条直线多次测量求平均值大多数点在线上，
7、不在线上的点尽可能均匀分布在两侧系统误差小车、纸带运动过程中有摩擦电源的不稳定性使用电火花打点计时器使用稳压电源四、注意事项1开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器2应该是先接通电源，等打点稳定后，再释放小车3打点完毕，立即断开电源4如打出的点较轻或是短线时，应调整振针距复写纸的高度5选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点，弄清楚时间间隔 T.6每打好一条纸带，将定位轴上的复写纸换个位置，以保证打点清晰7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开始点之间的距离)读数时应估读到毫米的下一位8要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点，一般在纸带上每
8、隔 4 个点取一个计数点，即时间间隔为 T0.02 s50.1 s.9在坐标纸上画 vt 图象时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图象尽量分布在较大的坐标平面内五、实验探究物体仅在重力作用下的运动1实验原理及器材重锤拖着纸带竖直下落时，如果所受阻力比重锤的重力小得多，可近似认为重锤仅在重力作用下运动，根据打出的纸带分析研究重锤的运动规律使用的器材有打点计时器、交流电源、纸带、重锤、铁夹及铁架台2.主要实验步骤(1)如图 324 所示，把打点计时器竖直固定在铁架台上，使两个限位孔上下对齐，连接好电源图 324(2)把纸带穿过两个限位孔，下端用铁夹连到重锤上，让重锤靠近打点计时器(3)用手捏住纸带上
9、端把纸带拉成竖直状态，打开打点计时器的电源，松开手让重锤和纸带自由下落(4)重复几次，选取一条点迹清晰的纸带分析计算3实验注意事项(1)为尽量减小空气阻力的影响，重物应选质量大、体积小的物体(如重锤等)(2)打点计时器应竖直固定好(3)重锤应靠近打点计时器，且要先接通打点计时器的电源，再放手让重锤运动.实验探究 1 实验步骤的考查在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中，是用打点计时器在纸带上打的点记录小车的运动情况某同学做此实验时步骤如下：A拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，放开纸带，再接通电源B将打点计时器固定在长木板上，并接好电路C把一条绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上适当的钩
10、码D小车停止运动后，直接取下纸带E将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔F换上新纸带，重复操作三次，然后从各纸带中选取一条清晰的进行数据处理其中错误或遗漏的步骤有：(1)_ _；(2)_将以上步骤完善后按合理的顺序填写在下面横线上_【解析】 实验过程中应先接通电源再放开纸带，取下纸带前应先断开电源，所以错误操作是 A、D 步骤根据实验的过程，合理顺序为 BECADF.【答案】 (1)A 中应先通电，再放开纸带(2)D 中取下纸带前应先断开电源 BECADF实验探究 2 实验数据的处理在用电火花打点计时器(或电磁打点计时器)研究匀变速直线运动的实验中，某同学打出了一条纸带，已知计时器打点
11、的时间间隔为 0.02 s，他按打点先后顺序取 5 个计数点(每相邻两个计数点间还有 4 个点)，如图 325 所示，则相邻两个计数点之间的时间间隔为 _s用刻度尺量得 OA1.50 cm，AB1.90 cm，BC2.30 cm，CD2.70 cm.由此可知，纸带做 _(选填 “匀加速”或“匀减速”)运动，打 C 点时纸带的速度大小为_m/s.物体运动的加速度为_m/s 2.(结果保留两位有效数字)图 325【解析】 按打点先后顺序每 5 个点取 1 个计数点，则计数点之间的时间间隔为 0.1 s.s ABOABCABCDBC0.40 cm；则纸带做匀加速运动vC m/s0.25 m/s.BC
12、 CD2T 2.30 2.7010 220.1a BC CD OA AB4T2 2.30 2.7010 2 1.50 1.9010 240.12m/s20.40 m/s 2.【答案】 0.10 匀加速 0.25 0.40实验探究 3 创新实验设计如图 326 所示，一个小球沿斜面向下运动，用每间隔 s 曝光110一次的频闪相机拍摄不同时刻小球位置的照片，即照片上出现的相邻两个小球的像之间的时间间隔为 s，测得小球在几个连续相等时间内位移 (数据见表)，110则图 326s1/cm s2/cm s3/cm s4/cm8.20 9.30 10.40 11.50(1)小球在连续相邻相等时间内的位移之
13、差_(选填“相等”或“不相等”) ，小球的运动性质属于_直线运动(2)有甲、乙两位同学计算小球加速度方法如下：甲同学：a 1 ，a 2 ，a 3 ，a s2 s1T2 s3 s2T2 s4 s3T2 a1 a2 a33乙同学：a 1 ，a 2 ，as3 s12T2 s4 s22T2 a1 a22你认为甲、乙中哪位同学的计算方法正确？_，加速度值为_m/s2.(3)图中频闪相机拍摄第二张照片的时刻小球瞬时速度为_m/s.【解析】 (1)根据表格中位移数据可知，s 4s 3s 3s 2s 2s 11.1 cm，则小球在连续相邻相等时间内的位移之差相等，故小球做匀加速直线运动(2)甲同学计算的加速度 a ，乙同学计算出的加速度a1 a2 a33 s4 s13T2a ，很显然，甲同学的计算结果偶然误差较大，故a1 a22 s3 s4 s1 s24T2乙同学的计算方法正确，代入数值得 a1.1 m/s 2.(3)根据匀变速直线运动的中间时刻瞬时速度公式得，v ，则 vt2 v st 0.875 m/s.s1 s22T 8.20 9.3010 2 m20.1 s【答案】 (1)相等 匀加速 (2) 乙 1.1 (3)0.875
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