山东科技版第三章第2节匀变速直线运动的实验探究

1、第三章第2节匀变速直线运动的实验探究 册亨县第一高级中学高一（3）班 授课人：苏忠 探究目标： ?1、掌握打点计时器的使用。 ?2、判断物体是否做匀变速运动的方法。 ?3、测定匀变速直线运动的加速度。 一、认识打点计时器 ?打点计时器是一种测量时间的工具。如果运动物体带动的纸带通过打点计时器，在纸带上打下的点就记录了物体运动的时间，纸带上的点也相应的表示出了运动物体在不同时刻的位置。研究纸带上的各点间的间隔，就可分析物体的运动频率。 二、打点计时器的种类 电磁打点计时器 电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，其工作电压小于6V，一般是46V，电源的频率是50Hz，它每隔0.02s打一次点

2、 电火花计时器 电火花计时器是利用火花放电在纸带上打出墨迹而显示出点迹的计时仪器，使用220V交流电压，当频率为50Hz时，它每隔0.02s打一次点，电火花计时器工作时，纸带运动所受到的阻力比较小，它比电磁打点计时器实验误差小。 1、电磁打点计时器 2、电火花计时器 工作原理 在10 V以下(一般保证在46V)的低压交流电源上时，线圈的磁场方向周期性改变，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就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迹振片的振动周期与电源的电流变化周期一致，当电源频率为50 Hz时，它每隔0.02 s打一次点，即打出的纸带上每

3、相邻两点间的时间间隔为0.02 s. 器当接通220 V交流电源，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一系列点迹当电源频率为 50 Hz时，它也是每隔0.02 s打一次点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔也是0.02 s. ?(1)电磁打点计时器：它是利用电磁感应原理打点计时的一种仪器当接?(2)电火花打点计时器：它是利用火花放电在纸带上打出点迹的计时仪 两种打点计时器的比较 安全用电安全用电 类型类型比较比较电火花打点计时电火花打点计时电磁打点计时器电磁打点计时器器器电火花打点电火花打点所用电源所用电源4

4、6 V低压交流低压交流220 V交流交流打点方式打点方式 振针打点振针打点每隔每隔0.02 s打一次打一次 每隔每隔0.02 s打一次打一次时间间隔时间间隔点点点点振针和纸带接触振针和纸带接触火花放电不会影火花放电不会影响纸带运动，误响纸带运动，误实验误差实验误差 会影响纸带运动，会影响纸带运动，误差较大误差较大差较小差较小针对训练 AB ?1. 对电磁打点计时器和电火花计时器的有关说法中，正确的是( ?A电磁打点计时器和电火花计时器都是使用交流电 ?B两种打点计时器的打点频率与交流电源的频率一样 ?C电火花计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸 ?D电磁打点计时器在纸带上打点是靠电火花和墨粉 ?

5、【解析】【解析】 ) 电磁打点计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸，电火花计电磁打点计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸，电火花计时器在纸带上打点是靠电火花和墨粉，所以时器在纸带上打点是靠电火花和墨粉，所以C、D错误错误 三、打点计时器测量加速度的实验 ?（一）、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 （二）、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。 2、连接好打点计时器的电路。 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

6、，重复三次。 6、选择一条比较清晰的纸带，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 0.1s的若干个计数点作为开始点。选择相隔0.1s的若干个计数点进行长度测量，并将数据填入设计好的表格中。 （三）、数据据处理 ?数据处理数据处理? 1用逐差法求加速度用逐差法求加速度 22以取六个间隔为例，以取六个间隔为例， 由由s2s1aT得得s4s13 aT，s4s1s5s2s6s3则则a12，a22，a32. 3 T3 T3 T1加速度的平均值为加速度的平均值为a (a1a2a3) 3? ?s ss ss s1? ?115263? ? ?4? ?2(s4s5s6)(s1222? ?3?

7、 ?3 T3 T3 T? ?9 Ts2s3) 逐差法处理数据求加速度的平均值，好处是各个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消的作用，使计算结果更接近真实值 2用用 vt图象求加速度图象求加速度 (1)在三条纸带中选择一条最清晰的，舍掉开头一在三条纸带中选择一条最清晰的，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，通常选择个开始点，为了测量方便和减小误差，通常选择相隔相隔0.1 s的若干计数

8、点进行测量在选好的开始的若干计数点进行测量在选好的开始点下面标明点下面标明0，在第六个点下面标，在第六个点下面标1，在第十一个，在第十一个点的下面标点的下面标2， 依此类推，依此类推， 每每5个点下面计一个数，个点下面计一个数，这些标数字的点叫做计数点如下图所示，测出这些标数字的点叫做计数点如下图所示，测出两相邻计数点的距离分别为两相邻计数点的距离分别为s1、s2、s3填入下填入下表表 位置间位置间01 隔隔 间隔距间隔距s1 离离(cm) 12 s2 23 s3 34 s4 45 s5 (2)根据测量结果，再利用匀变速直线运动的瞬时根据测量结果，再利用匀变速直线运动的瞬时速度的求解方法，即中

9、间时刻的瞬时速度可以用速度的求解方法，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，也就是这段时间内的平均速度来求解，也就是vnsnsn1，可求出打第，可求出打第n个计数点时纸带的瞬时速个计数点时纸带的瞬时速2 T度，并将瞬时速度的值填入下表度，并将瞬时速度的值填入下表. 1 2 3 4 位置编号位置编号 时间时间t (s) 速度速度v(m/s) ?(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，如下图所示，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

10、，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 ?注意事项注意事项? 1开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器开始释放小车时，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，再释放小应该是先接通电源，等打点稳定后，再释放小车车 3取下纸带前，先断开电源取下纸带前，先断开电源 4如打出的点较轻或是短线时，如打出的点较轻或是短线时，应调整振针距复应调整振针距复写纸的高度写纸的高度 ?5选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰，适当舍弃点密集部分，适当选取计数点，弄清楚所选的时间间隔T等于多少秒 ?6每打好一条纸带，将定位轴

11、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计数起点O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，一般在纸带上每隔4 个点取一个计数点，即时间间隔为T0.02 5 s 0.1 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 ?误差分析误差分析? 1使用电磁打点计时器测物体的运动速度，使用电磁打点计时器测物体的运动速度，多处多处摩擦会影响物体的运动，摩擦会影响物体的运动， 如纸带与振针间的摩擦、如纸带与振针间的摩擦、纸带与限位孔间的

12、摩擦使用电火花计时器就可纸带与限位孔间的摩擦使用电火花计时器就可较好地避免这些摩擦较好地避免这些摩擦 2所使用的电源频率不稳定，导致计时误差所使用的电源频率不稳定，导致计时误差 3纸带上计数点间距离的测量带来偶然误差纸带上计数点间距离的测量带来偶然误差 4长木板各处的粗糙程度并非完全相同长木板各处的粗糙程度并非完全相同 5 用作图法，用作图法， 作出的作出的 vt图线并非是一条直线图线并非是一条直线 实验探究过程中应注意的问题实验探究过程中应注意的问题 关于探究小车速度随时间变化的规律，关于探究小车速度随时间变化的规律， 下列下列说法正确的是说法正确的是( B ) A电磁打点计时器使用的可以是

13、直流电源，电磁打点计时器使用的可以是直流电源， 也可也可以是交流电源以是交流电源 B实验时应使纸带从复写纸的下方穿过实验时应使纸带从复写纸的下方穿过 C实验时要先接通电源后放开纸带实验时要先接通电源后放开纸带 D开始打点前，小车应离打点计时器远一些开始打点前，小车应离打点计时器远一些 四、演示实验 ?温馨提示：观看演示实验时候请同学们注意对照实验步骤。 ?F:Youku Filesdownload电磁打点计时器_标清.flv ?F:Youku Filesdownload1.匀变速直线运动实验探究_标清.flv 五、从纸带判断小车的运功动情况 假设纸带始终是从右运动到左 六、纸带处理 1、实验数

14、据表 分段 时间t/s 各段位移s/m 平均速度u/(m/s) 相邻段 S1 0-0.1 0.0145 0.145 S1-S2 S2 0.1-0.2 0.0245 0.245 S2-s3 0.11 1.1 S3 0.2-0.3 0.0355 0.355 S3-S4 0.1 1.0 S4 0.0455 0.455 S4-S5 0.105 1.05 S5 0.0560 0.560 S5-S6 0.105 1.05 S6 0.6-0.7 0.0665 0.665 0.3-0.4 0.4-0.5 速度变化量0.1 ? u/(m/s) 加速度a/(m/s.s) 1.0 u 2、速度时间图像求加速度 ?u

15、 ?t 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 . t 3、常用的加速度求解方法 4、求纸带上各点的速度 根据纸带求匀变速直线运动的加速度根据纸带求匀变速直线运动的加速度 某同学在研究小车运动的实验中，获得一某同学在研究小车运动的实验中，获得一条点迹清楚的纸带，如下图所示，已知打点计时条点迹清楚的纸带，如下图所示，已知打点计时器每隔器每隔0.02 s打一个计时点，该同学选择打一个计时点，该同学选择 A、B、C、D、E、F六个计数点，对计数点进行测量的六个计数点，对计数点进行测量的结果记录在下图中，单位是结果记录在下图中，单位是cm. (1)试计算在打下试计算在打下B、C、D、E各点时小车的各点时小车的瞬时速度瞬时速度vB、vC、vD、vE各多大？各多大？ (2)计算小车的加速度为多大？计算小车的加速度为多大？ 【解析】【解析】 由图可知相邻计数点的时间间隔由图可知相邻计数点的时间间隔 T20.02 s0.04 s snsn1(1)由由vn得得 2 T3.32ACvB cm/s0.145 m/s. 2 T20.04vC0.495 m/s vD0.575 m/s vE0.658 m/s. (2)画画 vt图象时以