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1、第9节 测定匀变速直线运动的加速度,一、实验目的 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vt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。 二、实验原理利用打点计时器打出的纸带上记录的数据，计算出各时刻的速度，再作出速度时间的关系图像。,1.某点的瞬时速度等于以它为中间时刻的一小段时间内的平均速度。 2.若vt图像为一倾斜直线，则物体做匀变速直线运动，图线的斜率表示加速度。 三、实验器材打点计时器、纸带、_、小车、细绳、一端带有滑轮的长木板、_、钩码、坐标纸、复写纸、导线。,四、实验步骤 1.如图所示，把附有定滑轮的长木板放在实验
2、桌上，并使定滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有定滑轮的一端，连接好电路。,交流电源,刻度尺,2.把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过定滑轮，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系列小点，关闭电源。 4.换上新的纸带，重复实验两次。 5.增减所挂钩码的个数，按以上步骤再做两次实验。 五、数据处理 1.瞬时速度的计算(1)从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个点，作为计数始点，以后依次每五个点取一个计数点，并标
3、明0、1、2、3、4如图所示。,(2)依次测出01、02、03、04的距离x1、x2、x3、x4，填入表中。,(4)根据表格中的数据，分析速度随时间变化的规律。 2.作出小车运动的vt图像(1)定标度、描点：坐标轴的标度选取要合理，应使图像大致分布在坐标平面中央。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)(2)连线：画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不计，如图所示。,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_
4、或实验方法_，实验原理_产生的。特点：当多次重复测量时，测量值总是同样的_或_。减小方法：校准测量_，改进实验_，完善实验_。,真实值,不精确,粗略,不完善,偏大,偏小,仪器,方法,原理,(2)偶然误差产生原因：由于各种偶然因素对实验者、_、被测_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_相同。减小方法：多次测量求_。 2.有效数字(1)可靠数字：通过直接读数获得的_。(2)存疑数字：通过_得到的数字。(3)有效数字：带有一位_的全部数字。(4)凡是用测量仪器直接测量的结果，读数一般要求在读出仪器最小刻度所在位的数值(可靠数字)后，再向下估读一位(存疑数字)。
5、(5)运算结果一般可用23位有效数字表示。,测量仪器,物理量,偏小,概率,平均值,准确数字,估读,存疑数字,七、注意事项(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)打点完毕，应立即断开电源。(4)要防止钩码落地，避免小车跟滑轮相碰，在小车到达滑轮前及时用手按住。(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，而使各段位移差别不大，误差增大。(6)要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点，一般在纸带上每隔四个计时点取一个计数点，即时间间隔t0.1 s。(7)在坐标纸上画vt图像时，注意坐标轴单位长度的选取
6、，应使图像尽量分布在较大的坐标平面内。,例1 (2017德州高一检测)在研究匀变速直线运动的实验中，某同学操作以下实验步骤，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.将平板一端垫高，轻推小车，使小车能在平板上做匀速运动F.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔,要点一 实验原理及操作,(1)所列步骤中有错误的是：_ _。 (2)遗漏的步骤(遗漏步骤可编上序号G、H)： _ _。 (3)将以上步骤完善后写出合理的步骤顺序： _。,解析 (1)步骤A中应先
7、通电，再放纸带，顺序不能颠倒；D中取下纸带前应先断开电源。 (2)遗漏的步骤G：换上新纸带，重复实验三次。 (3)步骤完善后，合理的实验步骤顺序为：BFECADG。 答案 (1)A中应先通电，再放纸带；D中取下纸带前应先断开电源 (2)G：换上新纸带，重复实验三次 (3)BFECADG,针对训练1 用如图1所示的装置做“探究小车速度随时间变化的规律”实验，下列做法正确的是( ),图1,A.小车从靠近定滑轮处释放B.先启动计时器，再释放小车C.实验前要平衡小车受到的阻力D.电火花计时器接学生电源直流输出端,解析 在释放小车前，小车应尽量靠近打点计时器，远离滑轮处，以便在纸带上打出更多的点，有利于
8、实验数据的处理和误差的减小，A错误；实验中为了在纸带上打出更多的点，也为了打点的稳定，应先启动打点计时器，然后释放小车，B正确；该实验不需要平衡小车受到的阻力，C错误；电火花计时器接220 V交流电源，D错误。 答案 B,要点二 实验数据处理 例2 如图2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2,(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_
9、的位移之差，在_范围内相等，所以小车的运动是_。,解析 (1)x2x11.60 cm；x3x21.55 cm；x4x31.62 cm；x5x41.53 cm；x6x51.61 cm；x1.58 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，在误差允许范围内相等，所以小车的运动是匀加速直线运动。 (2)采用逐差法，即,答案 (1)1.60 1.55 1.62 1.53 1.61 1.58 0.05 3.2 任意两个连续相等的时间内 误差允许 匀加速直线运动 (2)1.59 1.57 1.59 1.58
10、,由纸带求加速度的方法 如图所示的纸带各计数点1、2、3、4、5、所对应的速度分别是v1、v2、v3、v4、v5、，T为计数点间的时间间隔。,(1)图像法 由多组数据描绘出vt图像，vt图像中直线的斜率即为物体运动的加速度。此方法准确、科学，但较繁琐。,从结果看，真正参与运算的只有v1和vn1，中间各点的瞬时速度在运算中都未起作用，一般不用此方法。,针对训练2 做直线运动的小车，牵引一条通过打点计时器的纸带，交流电源的频率是50 Hz，由纸带上打出的某一点开始，每5个点剪下一段纸带。如图3所示，每一小段纸带的一端与x轴相重合，两边与y轴平行，将纸带贴在坐标系中。,图3,(1)仔细研究图3，找出小车在相邻相等时间内位移之间存在的关系； (2)设t0.1 s，请画出该小车的vt图像； (3)根据图像求其加速度。,解析 (1)由题图中所标纸带每段位移的大小，可知在相邻相等时间内的位移差相等，可近似认为y8 mm，即位移差为8 mm。 (2)以图中的x轴作为时间轴，纸带的宽度表示相等的时间间隔T0.1 s，每段纸带最上端中点对应v轴上的速度恰好表示每段时间的中间时刻的瞬时速度，即vn，因此可以用纸带的长度表示每小段时间中间时刻的瞬时速度，将纸带上端中间各点连接起来，可得vt图像，如图所示。,答案 (1)相邻相等的时间内的位移差相等且y8 mm (2)见解析图 (3)0.8 m/s2,
