《步步高高中物理教科版必修一课件：第一章 运动的描述 9》由会员分享，可在线阅读，更多相关《步步高高中物理教科版必修一课件：第一章 运动的描述 9（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、9 测定匀变速直线运动的加速度 第一章 运动的描述 学习目标 1 进一步练习使用打点计时器 2 会利用平均速度求瞬时速度 3 会利用v t图像处理实验数据 并据此判断物体的运动性质 4 能根据实验数据求加速度 5 了解误差和有效数字 内容索引 技能储备 明确原理 提炼方法 题型演练 学以致用 实训演练 技能储备 一 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 如图1所示 沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移分别为x1 x2 x3 x4 xn 若 x xn xn 1 则说明 物体在做匀变速直线运动 且 x 2 测定匀变速直线运动速度的方法 根据匀变速直线运动某段时间内的平均速度等
2、于中间时刻的瞬时速度求 解 x2 x1x3 x2x4 x3 aT2 图1 3 测定匀变速直线运动加速度的方法 1 图像法 先根据 平均速度 法求出各计数点的速度vn 作v t图像 求出图像的斜率即物体的 2 利用位移差公式 xn 1 xn 得a 其中T为两计数点之间的时间间隔 逐差法 若纸带上选出多个计数点 可用逐差法求加速度a 加速度 aT2 二 实验器材 打点计时器 纸带 一端固定有滑轮的长木板 小车 细 绳 钩码 坐标纸 三 实验步骤 1 如图2所示 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 打点计时器固定在长木板没有滑轮的一端 连接好电路 交流电源 刻度尺 图2 2 把
3、一条细绳拴在小车上 使细绳水平跨过滑轮 下面挂上适当的钩码 放手后 看小车能否在木板上平稳地加速滑行 3 把纸带穿过打点计时器 并把纸带的另一端固定在小车的后面 4 把小车停在靠近 的位置 先 后 让小 车拖着纸带运动 打点计时器在纸带上打下一行小点 随后立即关闭电 源 换上新纸带 重复操作三次 打点计时器接通电源释放小车 四 数据处理 1 挑选纸带并测量 在三条纸带中选择一条点迹最清晰的 为了便于测量 舍掉开头一些过于 密集的点迹 找一个适当的点当作计时起点 0点 每5个点 相隔0 1 s 取 一个计数点进行测量 如图3所示 相邻两点间还有4个点未画出 2 瞬时速度的计算和记录 图3 3 作
4、出小车运动的v t图像 1 定标度 坐标轴的标度选取要合理 应使图像大致分布在 2 描点 在坐标纸上确定出各个坐标点的位置 3 连线 用一条 或直线 拟合 这些点 2 设计表格并记录相关数据 坐标平面中央 平滑的曲线 位置1234567 时刻t s0 10 20 30 40 50 60 7 v m s 1 4 求出小车的加速度 方法有两种 五 注意事项 1 开始释放小车时 应使小车 打点计时器 2 先 打点计时器正常工作后 再 当小车停止运动 时要及时断开电源 3 要区别计时器打出的点与人为选取的计数点 一般在纸带上每隔四个 点取一个计数点 即时间间隔为T 0 02 s s 4 描点时最好用坐
5、标纸 在纵 横坐标轴上选取合适的单位 用细铅笔 认真描点 靠近 接通电源放开小车 50 1 六 误差和有效数字 1 误差 测量值与 之间的差异叫做误差 误差按产生原因可分为 系统误差和偶然误差 1 系统误差 产生原因 由于仪器本身不精确 或实验方法粗略 或实验原理不完 善产生的 特点 当多次重复测量时 测量值总是同样的偏大或偏小 减小系统误差的方法 校准测量仪器 改进实验方法 完善实验原理 真实值 2 偶然误差 产生原因 由于各种偶然因素对实验者 被测物理量的影 响而产生的 特点 测量值和真实值相比有时偏大 有时 并且偏大和偏小的 概率相同 减小偶然误差的方法 多次测量求平均值 测量仪器 偏小
6、 2 有效数字 1 可靠数字 通过直接读数获得的准确数字 2 存疑数字 通过估读得到的数字 3 有效数字 带有一位存疑数字的全部数字 4 凡是用测量仪器直接测量的结果 最小刻度是1 0 1 0 01 则向下 估读一位 最小刻度是2 0 2 0 02 5 0 5 0 05 则本位估读 5 运算结果一般可用2 3位有效数字表示 题型演练 一 实验操作 例1 在 测定匀变速直线运动的加速度 实验中 某同学进行了以下实验 操作步骤 试找出其中错误和遗漏的步骤 遗漏步骤可编上序号G A 拉住小车 将小车移到靠近打点计时器的一端后 放开小车 再接通电源 B 将打点计时器固定在长木板无滑轮的一端 并接好电路
7、 C 把一条细绳拴在小车上 细绳跨过定滑轮 下面吊着适当的钩码 D 取下纸带 再断开电源 E 将纸带固定在小车尾部 并穿过打点计时器的限位孔 F 从所打的纸带中选取理想的纸带进行测量分析 错误和遗漏 G 正确的步骤顺序为 答案 A中应先接通电源 再放开小车 D中应先断开电源 再取下纸带 换上新纸带 重复操作两次 BCEADGF 二 利用v t图像法求加速度 例2 在做 测定匀变速直线运动的加速度 的实验中 1 实验提供了以下器材 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 交流电源 复写 纸 弹簧测力计 其中在本实验中不需要的器材是 答案 弹簧测力计 2 如图
8、4甲所示是某同学由打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带 纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出 打点计时器打点的时间间隔T 0 02 s 则相邻两个计数点间的时间间隔为 s 其中x1 7 05 cm x2 7 68 cm x3 8 33 cm x4 8 95 cm x5 9 61 cm x6 10 26 cm 如下表列出了打点计时器打下B C E F时小车的瞬时速度 请在表中填入打点 计时器打下D点时小车的瞬时速度 位置BCDEF 速度 m s 1 0 7370 801 0 9280 994 答案 0 1 0 864 解析 图4 3 以A点为计时起点 在图乙所示坐标 系中画出小车的速
9、度 时间关系图线 答案 答案 见解析图 解析 解析 小车的速度 时间关系图线如图所示 4 计算出的小车的加速度a m s2 答案 0 64 0 01 解析 解析 在v t图像中 图线的斜率大小表示加速度的大小 特别提醒 1 在坐标纸上画v t图像时 注意坐标轴单位长度的选取 应使图像 尽量分布在坐标平面中央 2 利用描出的点作v t图像时 不要将相邻的点依次相连成折线 而 应使大多数点在直线 或曲线 上 不在线上的点均匀分布在直线 或曲 线 两侧 个别离线较远的点应舍去 三 利用逐差法求加速度 其中T为相邻两个计数点间的时间间隔 这样使所给的数据得到了有 效利用 达到了减小误差的目的 例3 如
10、图5所示是某同学测量匀变速直线运动的加速度时 从若干纸带 中选取的一条纸带的一部分 他每隔4个点取一个计数点 图上注明了他对 各个计数点间距离的测量结果 图5 1 为了验证小车的运动是匀变速运动 请进行下列计算 填入表内 单位 cm 电源频率为50 Hz 各位移差与平均值最多相差 cm 即各位移差与平均值最多相差 由此可得出结论 小车在任意两个连续相等的时间内的位移之差 在误 差允许的范围内相等 所以小车的运动是 答案解析 1 60 1 55 1 62 1 53 1 61 1 58 0 053 2 匀加速直线运动 解析 x2 x1 1 60 cm x3 x2 1 55 cm x4 x3 1 6
11、2 cm x5 x4 1 53 cm x6 x5 1 61 cm 各位移差与平均值最多相差0 05 cm 即各位移差与平均值最多相差3 2 由此可得出结论 小车在任意两个连续相等的时间内的位移之差 在误 差允许的范围内相等 所以小车的运动是匀加速直线运动 2 小车的加速度a m s2 保留三位有效数字 答案 1 58 解析 四 自由落体加速度的测量 例4 某同学仿照 探究小车速度随时间变化的规律 这一实验 利用 如图6甲所示的装置测量重物做自由落体运动的加速度 图6 1 对该实验装置及操作的要求 下列说法正确的是 填写字母序号 A 电磁打点计时器应接220 V交流电源 B 打点计时器的两个限位
12、孔应在同一条竖直线上 C 开始时应使重物靠近打点计时器处并保持静止 D 操作时 应先放开纸带后接通电源 E 为了便于测量 一定要找到打点计时器打下的第一个点 并选取其 以后各连续的点作为计数点 解析答案 BC 解析 电磁打点计时器应接4 6 V交流电源 故A错误 打点计时器的两个限位孔应在同一条竖直线上 故B正确 开始时应使重物靠近打点计时器处并保持静止 故C正确 操作时 应先接通电源 再释放纸带 故D错误 为了便于测量 不一定找打出的第一个点 可以从比较清晰的点开始 故E错误 2 图乙是某同学在实验中得到的一条较为理想的纸带 把开头几个模糊不 清的点去掉 以较清晰的某一个点作为计数点1 随后连续的几个点依次 标记为点2 3 4 测量出各点间的距离已标在纸带上 已知打点计时器 的打点周期为0 02 s 打点计时器打出点2时重物的瞬时速度为 m s 重物做自由落体运动的加速度的值约为 m s2 结果保留3位有效数 字 答案 0 385 9 50 解析 打出点2时的瞬时速度等于1 3间 的平均速度 则 解析
