《物理鲁科必修1：3.2《匀变速直线运动的实验探究》》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理鲁科必修1：3.2《匀变速直线运动的实验探究》（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第2节匀匀变速直速直线运运动的的实验探究探究目标导航目标导航1.掌握打点计时器的原理及应用掌握打点计时器的原理及应用2了解频闪照相法的应用了解频闪照相法的应用(难难点点)3掌握匀变速直线运动的实验掌握匀变速直线运动的实验探究探究(重点重点)新新知知初初探探自自学学导导引引1打点打点计时器的分器的分类(1)打打点点计时器器是是一一种种记录物物体体运运动_和和_信信息息的的仪器器(2)电磁磁打打点点计时器器，工工作作电压为_ ，当当接接通通电源源时，在在线圈圈和和永永久久磁磁铁的的作作用用下下，振振片片便便振振动起起来来，振振针也也就就跟跟着着上上下下振振动如如果果电源源的的频率率为50 Hz，
2、振，振针就会通就会通过复写复写纸每每隔隔_ 在在纸带上上打一个点打一个点基基基基础础梳理梳理梳理梳理时间位移位移46 V0.02 s(3)电火火花花计时器器，使使用用时， _套套在在纸盘轴上上，把把纸 带 穿穿 过 限限 位位 孔孔 接接 通通_ V交交流流电源源，按按下下脉脉冲冲输出出开开关关时，计时器器发出出的的脉脉冲冲电流流经放放电针、墨墨粉粉纸盘到到纸盘轴,产生生火火花花放放电当当电源源的的频率率是是50 Hz时，每每隔隔_ 在在纸带上打一个点上打一个点墨粉墨粉纸盘2200.02 s2电磁打点磁打点计时器的工作原理器的工作原理电磁磁打打点点计时器器每每隔隔_ 打打 一一 次次 点点 (
3、由由 于于 电 源源 频 率率 是是_ Hz)，因因此此纸带上上的的点点就就表表示示了了和和纸带相相连的的运运动物物体体在在不不同同时刻刻的的_，研研究究纸带上上各各点点之之间的的间隔隔，就就可以了解物体运可以了解物体运动的情况的情况3频闪照相法及其照相法及其应用用(1)频闪照照相相法法：利利用用照照相相技技术，每每隔隔一一定定时间曝曝光光一一次次，从从而而形形成成间隔隔相相同同时间的的影影像像的的方方法法0.02 s50 位置位置(2)频闪灯灯：每每隔隔_闪光光一一次次，如如每每隔隔_ 闪光一次，即每秒光一次，即每秒闪光光10次次(3)频闪照照片片：利利用用频闪灯灯照照明明，照照相相机机可可
4、以以拍拍摄出出运运动物物体体每每隔隔相相等等时间所所到到达达的的_，通通过这种种方方法法拍拍摄的的照照片片称称为频闪照片照片(4)记 录 信信 息息 ： 物物 体体 运运 动 的的_和和_.相等相等时间0.1 s位置位置时间位移位移4用打点计时器测量瞬时速度用打点计时器测量瞬时速度用用测量瞬量瞬时速度的方法速度的方法如如图所示所示根根据据D、F两两点点间的的位位移移s和和时间t，算出，算出纸带在在这两两点点间的的平平均均速速度度_.用用这个个平平均均速速度度代代表表纸带经过E点的点的_瞬瞬时速度速度一、实验目的一、实验目的1练习使用打点计时器练习使用打点计时器2掌握判断物体是否做匀变速掌握判断
5、物体是否做匀变速直线运动的方法直线运动的方法3测定匀变速直线运动的加速测定匀变速直线运动的加速度度4学会探究重力作用下运动的学会探究重力作用下运动的规律和方法规律和方法实验实验解解解解读读二、实验原理二、实验原理1打点计时器及其应用打点计时器及其应用电火花火花计时器器电磁打点磁打点计时器器结构构图示示工作工作电压220 V交流交流电46 V交流交流电打点方式打点方式周期性周期性产生生电火花火花振振针周期性上下振周期性上下振动打点周期打点周期0.02 s0.02 s记录信息信息位移、位移、时间特特别提提醒醒：电磁磁打打点点计时器器中中振振针和和纸带间的的摩摩擦擦大大，电火火花花打打点点计时器器在
6、在使使用用中中运运动阻阻力力极极小小，这种种极极小小阻阻力力来来自自于于纸带运运动的的本本身身，而而不不是是打打点点产生生的的，因因而而系系统误差差小小,同同时它它的的操操作作简易易，使使用用安安全全可可靠靠(脉脉冲冲放放电电流流平平均均值不不大大于于5 A)三、实验器材三、实验器材打点计时器、纸带、复写纸、低打点计时器、纸带、复写纸、低压交流电源、小车、垫片、长木压交流电源、小车、垫片、长木板、刻度尺、导线等板、刻度尺、导线等四、实验步骤四、实验步骤1将打点计时器固定在长木板将打点计时器固定在长木板的一端，并用垫片垫高此端，使的一端，并用垫片垫高此端，使木板倾斜木板倾斜2连接好打点计时器的电
7、路连接好打点计时器的电路(注意此过程中要断开开关注意此过程中要断开开关)3将将纸带穿穿过打打点点计时器器，连接接在在小小车后后面面,并并使使小小车靠靠近近打打点点计时器器4闭合合电路路开开关关，然然后后释放放小小车，打打完完纸带后后立立即即关关闭电源源5更更换纸带，重复操作三次，重复操作三次6选择一一条条点点迹迹最最清清晰晰的的纸带，舍舍掉掉开开头一一些些过于于密密集集的的点点,找找一一适适当当的的点点作作为开开始始点点选择相相隔隔0.1 s的的若若干干个个计数数点点进行行长度度测量量，并并将将数数据据填填入入设计好的表格中好的表格中逐差法处理数据求加速度的平逐差法处理数据求加速度的平均值，好
8、处是各个数据都得到均值，好处是各个数据都得到了利用，达到正、负偶然误差了利用，达到正、负偶然误差充分抵消的效果，使计算结果充分抵消的效果，使计算结果更接近真实值更接近真实值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在三条纸带中选择一条最清晰的，舍掉开头一些比较密集晰的，舍掉开头一些比较密集的点迹，在后边便于测量的地的点迹，在后边便于测量的地方找一个开始点，为了测量方方找一个开始点，为了测量方便和减小误差，通常选择相隔便和减小误差，通常选择相隔0.1 s的若干计数点进行测量的若干计数点进行测量在选好的开始点下面标明在选好的开始点下面标明0，在，在第六个点下面标第六个点下面标
9、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，每，依此类推，每5个点个点下面计一个数下面计一个数,这些标数字的这些标数字的点叫做计数点如图所示，测点叫做计数点如图所示，测出两相邻计数点的距离分别为出两相邻计数点的距离分别为s1、s2、s3填入下表填入下表位置位置间隔隔0112233445间隔距离隔距离s(m)位置位置编号号123456时间t(s)速度速度v(m/s)(3)用横坐标表示时间用横坐标表示时间T、纵坐、纵坐标表示瞬时速度标表示瞬时速度v，在坐标平面，在坐标平面上标出上标出(T，v1)、(2T，v2)各点，把这些点连接起来可画各点，把这些点连接起来可画出一条直线，它就是物
10、体运动出一条直线，它就是物体运动的速度图象从此直线的斜率的速度图象从此直线的斜率就可求得物体的加速度就可求得物体的加速度图象的具体作法：图象的具体作法：根据所得数据，选择合适的根据所得数据，选择合适的标度建立坐标系标度建立坐标系(让图象尽量分让图象尽量分布在坐标系平面的大部分面积布在坐标系平面的大部分面积)描点：观察和思考点的分布描点：观察和思考点的分布规律规律拟合：从点的分布可以有很拟合：从点的分布可以有很大把握地说这些点应该在一条大把握地说这些点应该在一条直线上，用直线拟合，让尽可直线上，用直线拟合，让尽可能多的点处在直线上，不在直能多的点处在直线上，不在直线上的点尽可能等量地分布在线上的
11、点尽可能等量地分布在直线两侧直线两侧特特别提提醒醒：理理论上上，时间间隔隔越越小小，求求出出的的平平均均速速度度越越接接近近某某点点或或某某时刻刻的的瞬瞬时速速度度但但是是时间间隔隔越越小小，位位移移也也就就越越小小，测量量时的的相相对误差差也也就就越越大大，所所以以时间间隔隔太太大大或或太太小小都都不不合合适适，应该根根据据实际情情况况选取取合合适适的的两两个个点点，求求两两点点间的平均速度的平均速度六、误差分析六、误差分析误差差产生原因生原因减小方法减小方法偶然偶然误差差纸带上上计数点数点间距离的距离的测量量vt图作出的并作出的并非一条直非一条直线多次多次测量求平均量求平均值大多数点在大多
12、数点在线上，上，不在不在线上的点尽可上的点尽可能等量地分布在直能等量地分布在直线两两侧系系统误差差小小车、纸带运运动过程中有摩擦程中有摩擦电源的不源的不稳定性定性使用使用电火花打点火花打点计时器器使用使用稳压电源源七、注意事项七、注意事项1交流电源电压及频率必须符交流电源电压及频率必须符合要求合要求2固定打点计时器时应让限位固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置孔处在长木板的中央位置3实验前要检查打点的稳定性实验前要检查打点的稳定性和清晰程度，必要时要调节振和清晰程度，必要时要调节振针的高度或更换复写纸针的高度或更换复写纸4小车应由紧靠打点计时器处小车应由紧靠打点计时器处开始释放，在撞
13、击长木板末端开始释放，在撞击长木板末端前应让小车停止运动，防止小前应让小车停止运动，防止小车从木板上掉下来车从木板上掉下来5开始实验时，先接通电源，开始实验时，先接通电源，待打点计时器打点稳定后再让待打点计时器打点稳定后再让小车运动小车运动6复写纸不要装反，每打完一复写纸不要装反，每打完一条纸带，应调整一下复写纸的条纸带，应调整一下复写纸的位置，以保证打点清晰位置，以保证打点清晰7要区分打点计时器打出的计要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点，一时点和人为选取的计数点，一般在纸带上每隔般在纸带上每隔4个点取一个计个点取一个计数点，即时间间隔为数点，即时间间隔为0.1 s.8画画vt图象
14、时，注意坐标轴图象时，注意坐标轴单位长度的选取单位长度的选取,应使图象尽量应使图象尽量分布在较大的坐标平面内分布在较大的坐标平面内要要点点探探究究讲讲练练互互动动 某某课外外兴趣趣小小组在在探探究究小小车的的速速度度随随时间变化化规律律的的实验中中，得得到到如如图所所示示的的实验纸带实验中中打打点点计时器器所所用用交交流流电的的频率率为50 Hz，纸带前前面面的的几几个个点点较模模糊糊，因因此此从从A点点开开始始每每打打五五个个点点取取一一个个计数数点点,其中其中B、要点一要点一利用利用纸带判断物体的运判断物体的运动情况情况例例1C、D、E点的点的对应速度速度vB_ m/s，vC_ m/s，v
15、D_m/s，vE_m/s，由此推得，由此推得F点的点的速度速度vF_m/s.小小车从从B运运动到到C的加速度的加速度a1_m/s2，从，从C运运动到到D的加速度的加速度a2_m/s2，从从D运运动到到E的加速度的加速度a3_m/s2.【思思路路点点拨】解解答答本本题的的关关键是是掌掌握握利利用用纸带分分析析匀匀变速速直直线运运动的方法的方法【答案答案】0.25250.32750.40250.47750.55250.750.750.75变式训练变式训练1如图是某同学用打点计时器如图是某同学用打点计时器研究物体运动规律时得到的一研究物体运动规律时得到的一段纸带，根据图中的数据，计段纸带，根据图中的
16、数据，计算物体在算物体在AB段、段、BC段、段、CD段段和和DE段的平均速度大小，判断段的平均速度大小，判断物体运动的性质物体运动的性质答案：答案：见解析解析 一打点计时器固定在倾一打点计时器固定在倾角为角为的斜面上的斜面上,一小车拖着穿过一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下打点计时器的纸带从斜面上滑下,打出的纸带的一段，如图所示打出的纸带的一段，如图所示纸带上纸带上0,1,2,3,4,5,6是计数点，是计数点，每相邻计数点之间的时间为每相邻计数点之间的时间为0.1 s.要点二要点二实验数据的数据的处理理例例2(1)根根据据纸带上上记录的的数数据据判判断断，小小车是做是做_运运动(2)若
17、若小小车做做匀匀加加速速运运动,则加加速速度大小度大小a_.(3)小小车在在计数数点点3所所对应的的速速度度大小大小v_.【思思路路点点拨】解解答答本本题要要把把握握以下三点：以下三点：(1)判判断断小小车做做匀匀变速速直直线运运动的的方法：方法：s是一恒是一恒值(2)求求解解加加速速度度a的的方方法法之之一一：sat2.(3)一一段段时间内内的的平平均均速速度度等等于于这段段时间内中内中间时刻的瞬刻的瞬时速度速度【答案答案】(1)匀加速直匀加速直线(2)4 m/s2(3)1.6 m/s变式训练变式训练2在在“研研究究匀匀变速速直直线运运动”的的实验中中，如如图给出出了了从从0开开始始，每每5
18、个个点点取取一一个个计数数点点的的纸带，其其中中0,1,2,3,4,5,6都都为计数数点点测得得：s11.40 cm，s21.90 cm，s32.38 cm，s42.88 cm，s53.39 cm，s63.87 cm，那么：，那么：(1)在打点计时器打出点在打点计时器打出点1,2,3,4,5时，小车的速度分别时，小车的速度分别为：为：v1_cm/s，v2_cm/s，v3_cm/s，v4_cm/s，v5_cm/s.(2)在平面直角坐标系中作出速在平面直角坐标系中作出速度度时间图象时间图象.(3)分析小车运动速度随时间变分析小车运动速度随时间变化的规律化的规律(2)利利用用描描点点法法作作出出vt
19、图象象，如如图所示所示(3)小小车运运动的的vt图象象是是一一条条倾斜斜向向上上的的直直线，说明明速速度度随随时间均均匀匀增增加加，它它们成成“线性性关系关系”答案：答案：见解析解析 一一小小球球在在桌桌面面上上从从静静止止开开始始做做匀匀加加速速运运动现用用高高速速摄影影机机在在同同一一底底片片上上多多次次曝曝光光，记录下下小小球球每每次次曝曝光光的的位位置置，并并将将小小球球的的位位置置编号号如如图所所示示，1位位置置恰恰为小小球球刚开开始始运运动的的瞬瞬间，摄影影机机连续两两次次曝曝光光的的时间间隔隔均均为1 s，则小小球球在在4位位置置时的的瞬瞬时速速度度约为_ m/s，小小球球从从1
20、位位置置到到6位位置置的的运运动过程程中中的的平平均均速速度度为_m/s，在在该过 程程 中中 的的 加加 速速 度度 大大 约 为_m/s2.要点三要点三创新新实验频闪照片的数照片的数据据处理理例例例例3 3【审题指导审题指导】频闪照片的研频闪照片的研究方法和打点计时器的纸带研究方法和打点计时器的纸带研究方法相同究方法相同【答案答案】0.090.0750.03变式训练变式训练3如如图所所示示是是小小球球沿沿斜斜面面滚下下的的频闪照照片片,照照片片中中每每两两个个相相邻小小球球的的像像的的时间间隔隔是是0.1 s，这样便便记录了了物物体体运运动的的时间物物体体运运动的的位位移移可可以以用用直直尺尺测量量，试作作出出小小球球滚下下的的vt图象象答案：见解析答案：见解析同学们来学校和回家的路上要注意安全同学们来学校和回家的路上要注意安全
