第1节 实验_探究小车速度随时间变化的规律 课件 (共38张PPT) 高中物理必修第一册人教版
文档属性
| 名称 | 第1节 实验_探究小车速度随时间变化的规律 课件 (共38张PPT) 高中物理必修第一册人教版 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 4.7MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-10-05 10:01:11 | ||
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文档简介
(共38张PPT)
第二章 匀变速直线运动的研究
高中物理必修第一册人教版
第1节 实验_探究小车速度随时间变化的规律
知识点1 实验：探究小车速度随时间变化的规律
知识点2 利用打点计时器求加速度
二、实验器材
电磁打点计时器(或电火花计时器)、低压交流电源、导线、纸带、带滑轮的长木板、小车、钩码、细绳、复写纸片、刻度尺．
三、实验步骤
1．如图所示，把附有滑轮的长木板放在实验桌上，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．
2．把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，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．
4．换上新的纸带，重复实验两次．
5．增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验．
四、数据记录
1．纸带的选取：从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，且开头过于密集的点应舍掉，用纸带的后一段进行测量；若纸带上点与点之间的距离较小，可间隔多点取一个计数点．
2．数据的测量：如图所示，一般不是直接测量相邻两个计数点间的距离，而是先测量出各个计数点到计时零点间的距离x1，x2，x3，x4，x5，再计算出相邻的两个计数点间的距离．
Δx1＝x1，Δx2＝x2－x1，Δx3＝x3－x2，Δx4＝x4－x3，Δx5＝x5－x4．
3．速度的计算：各计数点对应的瞬时速度用平均速度代替．
4．设计表格并记录相关数据
将各计数点对应的时刻及相邻两计数点间的距离填入下表中，求出对应计数点的速度，并据此分析速度随时间的变化关系.
计数点序号n 0 1 2 3 4 5
时间t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
相邻两计数点间的距离Δx/m
对应计数点的速度v/(m·s－1)
五、数据分析
1．作出小车运动的v－t图像．
(1)建系：在坐标纸上建立直角坐标系，横坐标轴表示时间，纵坐标轴表示速度．
(2)描点：在坐标纸上确定出各个坐标点的位置．
(3)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，偏差比较大的点舍去，如图所示．
六、误差分析
1．木板的粗糙程度不同，摩擦不均匀．
2．根据纸带测量的位移有误差，从而计算出的瞬时速度有误差．
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，立即断开电源．
4．为避免小车跟滑轮相碰，当小车到达滑轮前应及时用手按住．
5．选取一条点迹清晰的纸带，适当舍弃点迹密集部分，适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的计数点时间间隔T等于多少秒．
6．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较大的坐标平面内．
例2-1 ［教材第54页“复习与提高”A组第4题改编］如图2-1-3所示，某同学在“用打点
计时器测速度”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，先后
在纸上确定出、、、、、、 共7个计数点，每两个相邻的计数点之间的时
间间隔为 。
图2-1-3
基础过关
（1）在实验中，使用打点计时器时应______________________（填“先释放纸带再
接通电源”或“先接通电源再释放纸带”）。
先接通电源再释放纸带
【解析】在实验中，使用打点计时器时应先接通电源再释放纸带。
（2）为了计算 点的瞬时速度，我们需要测量的物理量是________________，测得
该物理量为_________，计算得到点的瞬时速度为_____ 。
、之间的距离
0.40
【解析】为计算点的瞬时速度，需要测量、 之间的距离，测得该物理量为
,则可得 点的瞬时速度
。
（3）小车运动的加速度为_____ 。（保留两位小数）
0.80
【解析】解法1（公式法）
同理知，, ,
,
,
小车运动的加速度
。
解法2（图像法）
图2-1-4
以为计时起点，将、、、、 点对应的各时
刻的瞬时速度画在如图2-1-4所示的坐标系中，并
画出图线，由 图线的斜率表示加速度可
知 。
深挖点 运用等效替代法处理纸带
例2 （多选）“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，某同学将打点计时器打出
的三条纸带分别以间隔相同点迹的方式依次剪成纸条，按先后顺序一端对齐粘在一
起,然后用平滑线段将各段纸带顶端的中点连起来，如图2-1-7所示，则根据纸带的特
点即可研究物体的速度随时间的变化规律，以下说法正确的是( )
CD
图2-1-7
A.图甲表示小车处于静止状态
B.图乙表示小车做匀速直线运动
C.图乙表示小车的速度随时间均匀增加
D.图丙表示小车的速度先随时间均匀增加，后保持不变
【解析】图甲表示小车做匀速直线运动，图乙表示小车的速度随时间均匀增加，图
丙表示小车的速度先随时间均匀增加，后保持不变。故C、D正确。
图2-1-8
例3 (2024·黑龙江齐齐哈尔质检)某同学在“探究
小车速度随时间变化的规律”的实验中，用打点
计时器记录了被由静止释放的小车拖动的纸带
的运动情况，在纸带上确定出、、、、
共5个计数点，各点间的距离如图2-1-8甲所示，
每两个相邻的计数点之间还有4个计时点未画出，
电源频率为 。
题型1 利用打点纸带研究物体的运动
计数点
速度/ 0.260 0.300 ____
____
（1）实验时纸带的____（填“左”或“右”）端是和小车相连的；
左
【解析】由于小车由静止释放，做加速运动，则纸带左端与小车相连。
（2）根据图甲纸带上的数据，算出打 点时小车的瞬时速度大小，并将值填入上表
中（结果保留三位有效数字）；
【答案】0.340
【解析】纸带上每两个相邻的计数点之间还有4个计时点未画出，电源频率为
（【避易错】明确计时点和计数点的区别，计数点是人为选取的，通常每5个
（或每隔4个）计时点取一个计数点，此时 。），可知纸带上相邻两计数点
间的时间间隔为 。由中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均
速度，可得 。
. .
（3）以点为计时起点，将、、 各点对应的瞬时速度标在直角坐标系中，并画
出图线,如图乙所示。由图可得小车的加速度大小为_____ （保留两位有效数
字），图中图线与纵轴交点的纵坐标的物理意义是___________________________。
0.40
打点时小车的瞬时速度大小
【解析】图像斜率大小表示加速度大小，则有 。
由于点为计时起点，则图线与纵轴交点的纵坐标为0时刻的瞬时速度大小，即打
点时小车的瞬时速度大小。
【变式题】
1.某同学在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验时，打点计时器所用电源的频
率是，在实验中得到一条点迹清晰的纸带，他把某一点记作 ,然后每隔4个点
取一个计数点，共取6个计数点，分别标为、、、、和 ，如图2-1-9所示。
图2-1-9
（1）该同学测得、两点相距，、两点相距，则在打 点时小车
的速度是_____ 。
0.40
【解析】 。
（2）该同学又分别算出打其他各点时小车的速度，如下表所示。根据（1）和表中
数据求出小车的加速度_____ 。
计数点
时间/ 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50
速度/ 0.11 0.20 0.31 0.51
1.00
解法1 （平均值法）
由表中数据可得，从打下点到点，
从打下点到点，
从打下点到点，
从打下点到点，
则加速度的平均值 。
解法2 （图像法）
根据（1）和题表数据作出小车运动的 图像，如图所
示，根据图像得 。
类型1 利用频闪照相法研究物体的运动
图2-1-10
例4 (2024·陕西商洛调研)一小球在桌面上从静止开始
做加速直线运动，现用高速摄影机在同一底片上多次
曝光，记录下小球每次曝光的位置，并将小球的位置
进行编号。如图2-1-10甲所示，1位置恰为小球刚开
始运动的瞬间，作为零时刻。摄影机连续两次曝光的
时间间隔均相同。完成下列填空：
题型2 研究物体运动方法的创新
（1）小球从1位置到6位置的运动过程中经过各位置的速度分别为 ，
，_____，，_____ 。
0.12
0.24
【解析】，由题图甲可得,解得
则，由题图甲可得，解得
，由题图甲可得,解得 。
（2）在图乙所示的坐标纸上作出小球的速度—时间图像（保留描点痕迹）。
【答案】如图2-1-11所示
【解析】根据各点的瞬时速度，作出的 图像如图2-1-11所示。
图2-1-11
（3）根据图像可求出小球的加速度_____ 。（结果保留两位有效数字）
0.12
【解析】图像的斜率 。
【变式题】
图2-1-12
2.如图2-1-12，用频闪照相的方法来研究物块的变
速运动。在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用
频闪相机拍摄不同时刻物块的位置，拍摄时频闪频
率是 ；通过斜面上固定的刻度尺（最小分度
为）读取其中5个连续影像、、、、 所
在位置的读数、、、、 ,如下表所示。
根据表中数据，完成下列填空：
（1）表中哪个数据不符合刻度尺读数要求：____（选填、、…、 ）。
【解析】毫米刻度尺测量长度，要求估读到最小分度的下一位。表格数据中不符合
读数要求的是 。
（2）物块到达点时的速度_____ （保留三位有效数字）。
1.72
【解析】拍摄时频闪频率是,其频闪周期 ,以极短时间内的平均速度代
替这段时间内某时刻的瞬时速度，得 。
（3）利用表格中的部分数据，计算出物块的加速度_____ （保留三位有效
数字）。
4.30
【解析】由（2）知
物块的加速度 。
类型2 利用光电门研究物体的运动
例5（1） 用气垫导轨和数字计时器能更精确地测量物体的瞬时速度。如图2-1-13所
示，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光板通
过第一个光电门的时间为,通过第二个光电门的时间为 ,通过
两个光电门的时间间隔为，已知遮光板的宽度为 ,则滑块加速度大小为
_____ （保留两位有效数字）。
0.14
图2-1-13
【解析】在极短时间或位移内，质点的平均速度可以看作它在此段时间内某时刻或
此段位移内某位置的瞬时速度，则滑块经过第一个光电门的速度
.
滑块经过第二个光电门的速度
.
滑块加速度大小为 。
（2）为使测量值更接近瞬时速度，正确的措施是___。
B
A.换用宽度更宽的遮光板
B.换用宽度更窄的遮光板
C.使滑块的释放点更靠近光电门
【解析】根据平均速度公式 ，可知遮光板越窄或遮光时间越短，平均速度越接
近瞬时速度，即应换用宽度更窄的遮光板，故B正确，A错误；滑块的释放点靠近光
电门时，遮光板经过光电门的速度变小，遮光时间变长，误差较大，故C错误。
【变式题】
图2-1-14
3.某同学用足够重量的“工”字形挡光片、光电门传感器
（连接数字计时器）来测量挡光片下落的加速度。将下面的实
验过程补充完整：
（1）用刻度尺测量如图2-1-14所示的“工”字形挡光片的上下宽度，测量结果均为 ；
（2）在竖直下落方向上安装一个光电门传感器，然后由静止释放“工”字形挡光片，
用数字计时器测出光线分别被下、上挡光片挡住的时间、 ，则“工”字形挡光片
下、上挡光部分经过光电门时的速度分别为___， ___（用已测量的物理量
表示）；
（3）若很小，“工”字形挡光片完全通过光电门的时间为 ，则挡光片下落的加速度
__________（用已测量的物理量表示）。
【解析】在极短时间内的平均速度等于该段时间内某时刻的瞬时速度，则“工”字形
挡光片下、上挡光部分经过光电门时的速度分别为， ，“工”字形挡光
片下落的加速度 。
谢谢大家
第二章 匀变速直线运动的研究
高中物理必修第一册人教版
第1节 实验_探究小车速度随时间变化的规律
知识点1 实验：探究小车速度随时间变化的规律
知识点2 利用打点计时器求加速度
二、实验器材
电磁打点计时器(或电火花计时器)、低压交流电源、导线、纸带、带滑轮的长木板、小车、钩码、细绳、复写纸片、刻度尺．
三、实验步骤
1．如图所示，把附有滑轮的长木板放在实验桌上，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．
2．把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，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．
4．换上新的纸带，重复实验两次．
5．增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验．
四、数据记录
1．纸带的选取：从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，且开头过于密集的点应舍掉，用纸带的后一段进行测量；若纸带上点与点之间的距离较小，可间隔多点取一个计数点．
2．数据的测量：如图所示，一般不是直接测量相邻两个计数点间的距离，而是先测量出各个计数点到计时零点间的距离x1，x2，x3，x4，x5，再计算出相邻的两个计数点间的距离．
Δx1＝x1，Δx2＝x2－x1，Δx3＝x3－x2，Δx4＝x4－x3，Δx5＝x5－x4．
3．速度的计算：各计数点对应的瞬时速度用平均速度代替．
4．设计表格并记录相关数据
将各计数点对应的时刻及相邻两计数点间的距离填入下表中，求出对应计数点的速度，并据此分析速度随时间的变化关系.
计数点序号n 0 1 2 3 4 5
时间t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
相邻两计数点间的距离Δx/m
对应计数点的速度v/(m·s－1)
五、数据分析
1．作出小车运动的v－t图像．
(1)建系：在坐标纸上建立直角坐标系，横坐标轴表示时间，纵坐标轴表示速度．
(2)描点：在坐标纸上确定出各个坐标点的位置．
(3)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，偏差比较大的点舍去，如图所示．
六、误差分析
1．木板的粗糙程度不同，摩擦不均匀．
2．根据纸带测量的位移有误差，从而计算出的瞬时速度有误差．
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，立即断开电源．
4．为避免小车跟滑轮相碰，当小车到达滑轮前应及时用手按住．
5．选取一条点迹清晰的纸带，适当舍弃点迹密集部分，适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的计数点时间间隔T等于多少秒．
6．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较大的坐标平面内．
例2-1 ［教材第54页“复习与提高”A组第4题改编］如图2-1-3所示，某同学在“用打点
计时器测速度”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，先后
在纸上确定出、、、、、、 共7个计数点，每两个相邻的计数点之间的时
间间隔为 。
图2-1-3
基础过关
（1）在实验中，使用打点计时器时应______________________（填“先释放纸带再
接通电源”或“先接通电源再释放纸带”）。
先接通电源再释放纸带
【解析】在实验中，使用打点计时器时应先接通电源再释放纸带。
（2）为了计算 点的瞬时速度，我们需要测量的物理量是________________，测得
该物理量为_________，计算得到点的瞬时速度为_____ 。
、之间的距离
0.40
【解析】为计算点的瞬时速度，需要测量、 之间的距离，测得该物理量为
,则可得 点的瞬时速度
。
（3）小车运动的加速度为_____ 。（保留两位小数）
0.80
【解析】解法1（公式法）
同理知，, ,
,
,
小车运动的加速度
。
解法2（图像法）
图2-1-4
以为计时起点，将、、、、 点对应的各时
刻的瞬时速度画在如图2-1-4所示的坐标系中，并
画出图线，由 图线的斜率表示加速度可
知 。
深挖点 运用等效替代法处理纸带
例2 （多选）“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，某同学将打点计时器打出
的三条纸带分别以间隔相同点迹的方式依次剪成纸条，按先后顺序一端对齐粘在一
起,然后用平滑线段将各段纸带顶端的中点连起来，如图2-1-7所示，则根据纸带的特
点即可研究物体的速度随时间的变化规律，以下说法正确的是( )
CD
图2-1-7
A.图甲表示小车处于静止状态
B.图乙表示小车做匀速直线运动
C.图乙表示小车的速度随时间均匀增加
D.图丙表示小车的速度先随时间均匀增加，后保持不变
【解析】图甲表示小车做匀速直线运动，图乙表示小车的速度随时间均匀增加，图
丙表示小车的速度先随时间均匀增加，后保持不变。故C、D正确。
图2-1-8
例3 (2024·黑龙江齐齐哈尔质检)某同学在“探究
小车速度随时间变化的规律”的实验中，用打点
计时器记录了被由静止释放的小车拖动的纸带
的运动情况，在纸带上确定出、、、、
共5个计数点，各点间的距离如图2-1-8甲所示，
每两个相邻的计数点之间还有4个计时点未画出，
电源频率为 。
题型1 利用打点纸带研究物体的运动
计数点
速度/ 0.260 0.300 ____
____
（1）实验时纸带的____（填“左”或“右”）端是和小车相连的；
左
【解析】由于小车由静止释放，做加速运动，则纸带左端与小车相连。
（2）根据图甲纸带上的数据，算出打 点时小车的瞬时速度大小，并将值填入上表
中（结果保留三位有效数字）；
【答案】0.340
【解析】纸带上每两个相邻的计数点之间还有4个计时点未画出，电源频率为
（【避易错】明确计时点和计数点的区别，计数点是人为选取的，通常每5个
（或每隔4个）计时点取一个计数点，此时 。），可知纸带上相邻两计数点
间的时间间隔为 。由中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均
速度，可得 。
. .
（3）以点为计时起点，将、、 各点对应的瞬时速度标在直角坐标系中，并画
出图线,如图乙所示。由图可得小车的加速度大小为_____ （保留两位有效数
字），图中图线与纵轴交点的纵坐标的物理意义是___________________________。
0.40
打点时小车的瞬时速度大小
【解析】图像斜率大小表示加速度大小，则有 。
由于点为计时起点，则图线与纵轴交点的纵坐标为0时刻的瞬时速度大小，即打
点时小车的瞬时速度大小。
【变式题】
1.某同学在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验时，打点计时器所用电源的频
率是，在实验中得到一条点迹清晰的纸带，他把某一点记作 ,然后每隔4个点
取一个计数点，共取6个计数点，分别标为、、、、和 ，如图2-1-9所示。
图2-1-9
（1）该同学测得、两点相距，、两点相距，则在打 点时小车
的速度是_____ 。
0.40
【解析】 。
（2）该同学又分别算出打其他各点时小车的速度，如下表所示。根据（1）和表中
数据求出小车的加速度_____ 。
计数点
时间/ 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50
速度/ 0.11 0.20 0.31 0.51
1.00
解法1 （平均值法）
由表中数据可得，从打下点到点，
从打下点到点，
从打下点到点，
从打下点到点，
则加速度的平均值 。
解法2 （图像法）
根据（1）和题表数据作出小车运动的 图像，如图所
示，根据图像得 。
类型1 利用频闪照相法研究物体的运动
图2-1-10
例4 (2024·陕西商洛调研)一小球在桌面上从静止开始
做加速直线运动，现用高速摄影机在同一底片上多次
曝光，记录下小球每次曝光的位置，并将小球的位置
进行编号。如图2-1-10甲所示，1位置恰为小球刚开
始运动的瞬间，作为零时刻。摄影机连续两次曝光的
时间间隔均相同。完成下列填空：
题型2 研究物体运动方法的创新
（1）小球从1位置到6位置的运动过程中经过各位置的速度分别为 ，
，_____，，_____ 。
0.12
0.24
【解析】，由题图甲可得,解得
则，由题图甲可得，解得
，由题图甲可得,解得 。
（2）在图乙所示的坐标纸上作出小球的速度—时间图像（保留描点痕迹）。
【答案】如图2-1-11所示
【解析】根据各点的瞬时速度，作出的 图像如图2-1-11所示。
图2-1-11
（3）根据图像可求出小球的加速度_____ 。（结果保留两位有效数字）
0.12
【解析】图像的斜率 。
【变式题】
图2-1-12
2.如图2-1-12，用频闪照相的方法来研究物块的变
速运动。在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用
频闪相机拍摄不同时刻物块的位置，拍摄时频闪频
率是 ；通过斜面上固定的刻度尺（最小分度
为）读取其中5个连续影像、、、、 所
在位置的读数、、、、 ,如下表所示。
根据表中数据，完成下列填空：
（1）表中哪个数据不符合刻度尺读数要求：____（选填、、…、 ）。
【解析】毫米刻度尺测量长度，要求估读到最小分度的下一位。表格数据中不符合
读数要求的是 。
（2）物块到达点时的速度_____ （保留三位有效数字）。
1.72
【解析】拍摄时频闪频率是,其频闪周期 ,以极短时间内的平均速度代
替这段时间内某时刻的瞬时速度，得 。
（3）利用表格中的部分数据，计算出物块的加速度_____ （保留三位有效
数字）。
4.30
【解析】由（2）知
物块的加速度 。
类型2 利用光电门研究物体的运动
例5（1） 用气垫导轨和数字计时器能更精确地测量物体的瞬时速度。如图2-1-13所
示，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光板通
过第一个光电门的时间为,通过第二个光电门的时间为 ,通过
两个光电门的时间间隔为，已知遮光板的宽度为 ,则滑块加速度大小为
_____ （保留两位有效数字）。
0.14
图2-1-13
【解析】在极短时间或位移内，质点的平均速度可以看作它在此段时间内某时刻或
此段位移内某位置的瞬时速度，则滑块经过第一个光电门的速度
.
滑块经过第二个光电门的速度
.
滑块加速度大小为 。
（2）为使测量值更接近瞬时速度，正确的措施是___。
B
A.换用宽度更宽的遮光板
B.换用宽度更窄的遮光板
C.使滑块的释放点更靠近光电门
【解析】根据平均速度公式 ，可知遮光板越窄或遮光时间越短，平均速度越接
近瞬时速度，即应换用宽度更窄的遮光板，故B正确，A错误；滑块的释放点靠近光
电门时，遮光板经过光电门的速度变小，遮光时间变长，误差较大，故C错误。
【变式题】
图2-1-14
3.某同学用足够重量的“工”字形挡光片、光电门传感器
（连接数字计时器）来测量挡光片下落的加速度。将下面的实
验过程补充完整：
（1）用刻度尺测量如图2-1-14所示的“工”字形挡光片的上下宽度，测量结果均为 ；
（2）在竖直下落方向上安装一个光电门传感器，然后由静止释放“工”字形挡光片，
用数字计时器测出光线分别被下、上挡光片挡住的时间、 ，则“工”字形挡光片
下、上挡光部分经过光电门时的速度分别为___， ___（用已测量的物理量
表示）；
（3）若很小，“工”字形挡光片完全通过光电门的时间为 ，则挡光片下落的加速度
__________（用已测量的物理量表示）。
【解析】在极短时间内的平均速度等于该段时间内某时刻的瞬时速度，则“工”字形
挡光片下、上挡光部分经过光电门时的速度分别为， ，“工”字形挡光
片下落的加速度 。
谢谢大家