《2018-2019物理新学案同步必修一浙江专用版讲义：第二章 匀变速直线运动的研究微型专题 实验：研究匀变速直线运动的规律 》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018-2019物理新学案同步必修一浙江专用版讲义：第二章 匀变速直线运动的研究微型专题 实验：研究匀变速直线运动的规律 （14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、微型专题微型专题 实验：研究匀变速直线运动的规律实验：研究匀变速直线运动的规律 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 vt 图象 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并会测量自由落体加 速度.5.了解误差和有效数字. 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间隔 T 内的位移分别为 x1、x2、x3、x4xn，若 xx2x1x3x2x4x3xnxn1，则说明物体在做匀变速 直线运动，且 xaT2. 图 1 2.测定匀变速直线运动加速度的方法 (1)图象法
2、 先根据“平均速度”法求出各计数点的速度 vn. xnxn1 2T 作 vt 图象，求出图象的斜率即物体的加速度. (2)利用位移差公式 xn1xnaT2得 a，其中 T 为两计数点之间的时间间隔. xn1xn T2 逐差法 若纸带上选出多个计数点，可用逐差法求加速度 a. x6x5x4x3x2x1 9T2 二、实验器材(以小车的匀变速直线运动为例) 打点计时器、交流电源、纸带、一端附有定滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、复写纸、坐 标纸、刻度尺. 三、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，打点计时器正常工作后，再释放小车，当小车停止运动时要及时断开电源. 3.
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 交流电源频率为 50 Hz 时，时间间隔为 T0.025 s0.1 s. 4.描点时最好用坐标纸，在纵、横坐标轴上选取合适的单位，用细铅笔认真描点. 四、误差和有效数字 1.误差：测量值跟被测物理量的真实值之间的差异叫做误差.误差按产生原因可分为偶然误差 和系统误差. (1)偶然误差 产生原因：由偶然因素造成的. 特点：多次重复同一测量时，偏大和偏小的机会比较接近. 减小偶然误差的方法：取平均值. (2)系统误差 产生原因：由仪器结构缺陷、实验方法不完善造成的. 特点：多次重复测量的结果总是大于(或小于)被测量的真
4、实值. 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. 2.绝对误差和相对误差 (1)绝对误差：测量值和真实值之差. (2)相对误差：绝对误差与测量值之比. 3.有效数字 (1)定义：带有一位不可靠数字的近似数字叫做有效数字. (2)运算结果一般取两位或三位有效数字表示. 一、研究匀变速直线运动 例 1 (2018温州市十五校联考)同学们利用如图 2 所示装置做“研究匀变速直线运动”实 验.请你完成下列有关问题： 图 2 (1)实验室提供如图 3 甲、乙两种打点计时器，某实验小组决定使用电火花计时器，则应选 用图中的 (填“甲”或“乙”)计时器. 图 3 (2)另一实验小组使用
5、的是电磁打点计时器，图 4 中，接线正确的是 (填“甲”或 “乙”) 图 4 (3)小宇同学选取一条清晰纸带进行研究，在纸带上确定出九个计数点，如图 5 所示，相邻 两个计数点之间的时间间隔为 0.1 s，根据纸带提供的信息，纸带上 3、5 两点间距离为 mm. 图 5 (4)纸带上计数点 6 的瞬时速度为 m/s，小车运动的加速度为 m/s2(瞬时速度保留 3 位有效数字，加速度保留 2 位有效数字). (5)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列说法中对于减小实验误差有益的 是 . A.垫高长木板的一端，使小车在不挂钩码时能在木板上做匀速运动 B.使小车运动的加速度尽量小些 C.
6、舍去纸带上密集的点，利用点迹清晰、点间间隔适当的那一部分进行测量 D.选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验 答案 (1)乙 (2)乙 (3)35.0 (4)0.255 0.40 (5)CD 解析 (1)题图甲为电磁打点计时器，题图乙为电火花计时器，故选乙； (2)电磁打点计时器使用的是 6 V 以下交流电源，故题图乙的连接是正确的； (3)由题图可得点 3 对应的刻度值为 2.50 cm，点 5 对应的刻度值为 6.00 cm，所以 3、5 两点 间的距离为 6.00 cm2.50 cm3.50 cm35.0 mm. (4)纸带上计数点 6 的瞬时速度等于 5 到 7 的平均速度，v6
7、 57 v x57 2T 11.106.00 2 0.1 cm/s25.5 cm/s0.255 m/s. 逐差法计算加速度 a1，a2，a3， x56x23 3T2 x67x34 3T2 x78x45 3T2 则 a0.40 m/s2. a1a2a3 3 x56x67x78x23x34x45 9T2 (5)实验过程中，应使小车做匀加速直线运动，故选用平整程度、光滑程度相同的长木板做 实验.处理纸带时，应舍去纸带上密集的点，利用点迹清晰，点间间隔适当的那一部分进行 测量，以减少读数误差，故选 C、D. 例 2 如图 6 所示是某同学测量匀变速直线运动的加速度时，从若干纸带中选中的一条纸 带的一部
8、分，他每隔 4 个点取一个计数点，图中注明了他对各计数点间距离的测量结果.打 点计时器所接电源是频率为 50 Hz 的交流电. 图 6 (1)为了验证小车的运动是匀变速运动，请进行下列计算，并填入下表内.(单位：cm) x2x1x3x2x4x3x5x4x6x5 由此可以得多出结论：小车的运动是 . (2)两个相邻计数点间的时间间隔 t s. (3)小车的加速度的计算式 a ，加速度 a m/s2. (4)计算打计数点 B 时小车的速度 vB m/s. 答案 见解析 解析 (1)数据如表所示.(单位：cm) x2x1x3x2x4x3x5x4x6x5 1.601.551.621.531.61 由数
9、据表分析，可知各位移差与平均值最多相差 0.05 cm，在误差允许范围内相邻相等时间 内的位移差近似相等，因此可以得出结论：小车的运动是匀变速直线运动. (2)该打点计时器所接的电源是频率为 50 Hz 的交流电，纸带上每隔 4 个点取一个计数点， 即两个相邻计数点间有 5 段相等时间间隔，所以两个相邻计数点间的时间间隔 t5 1 50 s0.1 s. (3)用逐差法来计算加速度.a1，a2，a3，取平均值，有 a x4x1 3t2 x5x2 3t2 x6x3 3t2 ，将数据代入得加速度的值 a a1a2a3 3 x4x5x6x1x2x3 9t2 102 m/s21.58 m/s2. 7.5
10、79.1010.712.804.405.95 9 0.12 (4)由于小车做匀变速直线运动，因此，打计数点 B 时小车的速度等于 AC 段的平均速度， 即 vB102 m/s0.518 m/s，也可以用 OD 间距离来计算 vB x2x3 2t 4.405.95 2 0.1 0.518 m/s. x1x2x3x4 4t 二、自由落体加速度的测量 例 3 如图 7 所示，将打点计时器固定在铁架台上，使重物拖着纸带从静止开始自由下落， 利用此装置可以测定重力加速度. 图 7 (1)所需器材有打点计时器(带导线)、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外 还需 (填字母序号)中的器材. A.
11、直流电源、天平及砝码 B.直流电源、毫米刻度尺 C.交流电源、天平及砝码 D.交流电源、毫米刻度尺 (2)通过作图的方法可以剔除偶然误差较大的数据，提高实验的准确程度.为使所作图线的斜 率等于重力加速度，除作 vt 图象，还可作 图象，其纵轴表示的是 ，横轴表示的是 . 答案 (1)D (2)h 速度平方的二分之一 重物下落的高度 v2 2 解析 (1)打点计时器需接交流电源；重力加速度与物体的质量无关，所以不需要天平和砝 码；计算速度时需要用刻度尺测量相邻计数点间的距离，故选项 D 正确. (2)由自由落体运动的规律 v22gh 可得gh，当纵轴表示，横轴表示重物下落的高度 h v2 2 v
12、2 2 时，图线的斜率即可表示重力加速度. 测重力加速度的方法 1.打点计时器法 2.频闪照相法(如图 8 所示) 图 8 (1)频闪照相机可以间隔相等的时间拍摄一次，利用频闪照相机的这一特点可追踪记录做自 由落体运动的物体在各个时刻的位置. (2)根据匀变速直线运动的推论 hgT2可求出重力加速度 g.也可以根据 ，求 h T2 2 t v v x t 出物体在某两个时刻的速度，由 g求出重力加速度 g. vv0 t 例 4 如图 9 甲、乙是某研究性学习小组自己组装的用 DIS 实验装置来测定当地重力加速 度 g 的两套实验方案(与数据采集器和计算机的连接均未画出). 图 9 (1)补齐甲
13、方案操作步骤： 如图安装好器材，启动 DIS，进入“用 DIS 测加速度的界面”. 开启发射器电源，由静止释放发射器，获得发射器自由下落的 vt 图象. 在图象上选取两点 A、B，记录 vA、vB和两点之间时间间隔 t，求出该次实验 g 值， . (2)为了减小该实验的误差，选取 A、B 两点时应注意的是： . (3)乙方案中已测量的物理量有：球直径 d、球通过光电门 1 和 2 的时间 t1、t2，还需测出 的一个物理量是 ，并写出 g 值的表达式 . (4)为了减小实验误差，安装乙方案中两光电门时应注意： . 答案 (1)多次测量得出 g 的平均值 (2)A、B 两点应在 vt 图线的同一
14、直线上，且相距 较远 (3)两光电门之间的高度差 h(或球从光电门 1 到光电门 2 的时间 t) g ( d t2)2( d t1)2 2h (4)两光电门水平且中心应在同一竖直线上，且相距较远 解析 (1)为了减小实验误差，需要多次测量求得 g 的平均值；(2)这两点的选取应注意相 隔较远一点，并且取在直线上的点，因为分布在直线两侧的点的实验误差较大；(3)在乙方 案中，根据位移速度公式 222gh，即还需要测量两光电门之间的高度差 h，表 ( d t2) ( d t1) 达式为 g；(4)为了减小实验误差，实验时间应尽量长一点，即两光电门之 ( d t2)2( d t1)2 2h 间的距
15、离大一些，因为是竖直方向上的运动，所以还需要保证两光电门水平且中心在同一竖 直线上. 1.(仪器选择与数据处理)(2018宁波市第一学期期末)在“探究小车速度随时间变化的规律” 实验中 (1)用到电磁打点计时器，应采用的电源是( ) A.学生电源交流输出 B.3 节干电池 C.蓄电池 (2)下列说法正确的是( ) A.应先接通打点计时器的电源，在打点计时器开始打点后再释放小车 B.应先释放小车，再接通打点计时器的电源 (3)某学生实验时得到一条点迹清晰的纸带如图 10 所示，图中 O、A、B、C、D、E 是打点 计时器连续打下的 6 个点，若打点计时器的打点周期为 T，则利用此纸带得到小车的加速度 的表达式为 (用 x2、x5、T 来表示) 图 10 答案 (1)A (2)A (3)a x5x2 3T2 解析 (1)电磁打点计时器接 46 V 的交流电源，应采用的电源是学生电源交流输出，故 A 正确，B、C 错误； (2)实验时，应先接通打点计时器的电源，在打点计时器开始打点后再释放小车，故 A 正确， B 错误； (3)根据
