高考物理 实验3研究匀变速直线运动课件 新人教版

●自主学习一、打点计时器1．电磁打点计时器使用交流电压为

的电源，当电源涉率是50Hz时，它每隔

打一个点．2．电火花计时器是利用

在纸带上打出小孔而显示出点迹的计时仪器，使用

交流电压，当电源频率为50Hz时，它也是每隔

打一个点．4V～6V0.02s火花放电220V0.02s二、纸带的数据记录1．取点的原则：从打下的纸带中选取

的纸带，舍掉开始比较密集的点迹，以便于测量位置取一个计数点A，然后每5个点(或者说每隔4个点)如图所示，取一个计数点B、C、D….这样每两个计数点间的时间间隔为T＝

，计算比较方便．点迹清晰0.1s2．从纸带读取长度的方法：利用毫米刻度尺．测出各点到A点的距离，算出相邻计数点间的距离s1、s2、s3、s4、s5、s6….由于毫米刻度尺的最小刻度是mm，读数时必须估读到mm的

．下一位三、实验原理1．利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法设s1、s2、s3……为纸带上相邻两个计数点之间的距离，若Δs＝s2－s1＝s3－s2＝s4－s3＝……＝常数，即连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量，则与纸带相连的物体做匀变速直线运动．2．由纸带求物体运动加速度的方法(1)逐差法：根据s4－s1＝s5－s2＝s6－s3＝3aT2，求a1、a2、a3，再算出a1、a2、a3的平均值即为我们所求的匀变速直线运动物体的加速度．设T为相邻两计数点之间的时间间隔，则“逐差法”求加速度的目的是尽可能多地使用我们测量的数据s1、s2、s3……，以减小偶然误差．(2)用v－t图象求加速度：根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度即vn＝求出打各个计数点时纸带的瞬时速度，再作出v－t图象，图线的斜率即为做匀变速直线运动物体的加速度．

四、实验器材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．五、实验步骤1．把一端附有滑轮的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长木板上没有滑轮的一端，连接好电路，如图所示．2．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，并在绳的另一端挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器(纸带要放在复写纸下面)，并把纸带的一端固定在小车的后面．3．把小车停在靠近

处，接通

后，放开

，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．取下纸带，换上新纸带，重复实验三次．

打点计时器电源小车4．从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头一些较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点，为了测量方便和减少误差，通常不用每打一次点的时间作为时间的单位，而用每打五次点的时间作为时间的单位，就是T＝0.02s×5＝

，在选好的开始点下标明A，依次标为B、C、D、E……(这些点叫做计数点)．5．一般要测出六段位移s1、s2、s3、s4、s5、s6.6．根据测量结果，利用“实验原理”中给出的公式算出加速度a1、a2、a3的值，(注意T＝0.1s)求出a1、a2、a3的平均值，就是小车做匀变速直线运动的加速度．0.1s●深化拓展一、注意事项1．要在钩码落地处放置软垫或砂箱，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，防止车掉在地上或撞坏滑轮．3．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器．4．应该先接通电源，待打点计时器工作稳定后，再释放小车．5．小车另一端所挂的钩码个数要适当，避免加速度过大而使纸带上打的点太少，或者加速度太小，使各段位移无多大区别．6．选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰．适当舍弃点子密集部分，适当选取计数点(计数点和计时点有区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少秒．二、误差分析本实验中误差来源于s和T.由于电源频率很稳定，所以打点时间T的误差可忽略不计．在用毫米刻度尺测量s时，要求眼睛正对刻度尺．【特别提醒】除了每两计数点间逐段测量长度s1、s2、s3…外，还可让刻度尺的零刻度对准第一个计数点0，分别测出各计数点1、2、3…到0点的距离d1、d2、d3…，此时用来求各点的瞬时速度．

●规律方法逐差法和图象法是测定加速度的常用的两种方法，它们都比较准确地计算出物体运动的加速度．运动学公式中的两个推论Δs＝aT2和在有关纸带的数据处理时经常用到．在用图象法计算加速度时，据所给的实验数据描点，然后作出直线，注意所画的直线不一定过所有点，原则是应尽量使各点较均匀地分布在直线的两侧．

【例1】如图所示，小车放在斜面上，车前端拴有不可伸长的细线，跨过固定在斜面边缘的小滑轮与重物相连，小车后面与打点计时器的纸带相连．起初小车停在靠近打点计时器的位置，重物到地面的距离小于小车到滑轮的距离．启动打点计时器，释放重物，小车在重物的牵引下，由静止开始沿斜面向上运动，重物落地后，小车会继续向上运动一段距离．打点计时器使用的交流电频率为50Hz.图(b)中a、b、c是小车运动纸带上的三段，纸带运动方向如箭头所示．(1)根据所提供纸带上的数据，计算打c段纸带时小车的加速度大小为__________________m/s2(结果保留两位有效数字)(2)打a段纸带时，小车的加速度是2.5m/s2.请根据加速度的情况，判断小车运动的最大速度可能出现在b段纸带中的__________．(3)如果取重力加速度为10m/s2，由纸带数据可推算出重物m0与小车m的质量比为__________．[解析]

(1)用逐差法求加速度，＝－5.0m/s2表示物体在做减速运动，加速度的大小为5.0m/s2.(2)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，据此可求得打D4、D5两点时的瞬时速度分别为：

＝1.475m/s，v5＝

＝1.45m/s，而D4D5间的平均速度为

1.49m/s，比较这三个速度可看出，速度最大应出现在D4～D5之间．(3)由题意知，a段为重物牵引下的小车加速阶段，c段为重物落地后，小车做减速运动的阶段，对a段中的重物有m0g－F＝m0aa，小车有F－Ff－mgsinθ＝maa；对c段中的小车有Ff＋mgsinθ＝mab(其中F为绳中的弹力，Ff为小车与斜面间的摩擦力，θ为斜面的倾角)．由题中所给的数据可求得m0:m＝1:1.[答案]

(1)－5.0(2)D4～D5(3)1:1

(2009·六安市徐集中学高三调研)某学生用打点计时器探究小车的匀变速直线运动．他将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上，实验时得到一条纸带．如图所示，他在纸带上便于测量的地方选取第一个计时点，在这点下标明A，第六个点下标明B，第十一个点下标明C，第十六个点下标明D，第二十一个点下标明E.测量时发现B点已模糊不清，于是他测得AC长为14.56cm、CD长为11.15cm，DE长为13.73cm，则打C点时小车的瞬时速度大小为__________m/s，小车运动的加速度大小为__________m/s2，AB的距离应为__________cm.(保留三位有效数字)解析：根据匀变速直线运动的规律,C点的瞬时速度大答案：0.9862.585.99【例2】若实验中电源的频率高于正常频率，而实验者不知道，则计算出来的加速度值与正常值相比偏大还是偏小？[解析]

如果实验中电源的频率高于正常频率，而实验者不知道，则实验者在计算加速度时仍然按照正常频率计算，则一定会对结果造成偏差．因为f实际>f正常，所以打点计时器打点的时间间隔T实际<T正常，打出的纸带上实际的点间距离差Δs实＝但由于实验者不知道的缘故，所以在计算时要用实际的位移差Δs实除以正常的时间间隔T正常的二次方，而发生这个位移所用的时间没有这么大，因此，这种情况下，计算出的加速度值比真实加速度的值偏小．[答案]

偏小在“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