3.2 匀变速直线运动的实验探究 教案 (5)

3.2
匀变速直线运动的实验探究
教案2
【教学目标】
知道打点计时器的构造和工作原理，并能正确使用打点计时器。
能根据打点计时器打出的纸带，正确判断物体的运动情况。
能分析实验中误差产生的原因。
通过实验，判断物体是否做匀变速直线运动。
通过实验，培养学生的动手能力，分析和处理实验数据的能力。
培养学生在科学研究中尊重实验事实的科学态度。
通过共同探讨和实验，让学生感受探究过程的开放性与协作性。
【教学重点、难点】
重点：怎样利用纸带分析加速度。
难点：用公式计算相邻段加速度的值时，怎样计算瞬时速度vn。
【教
具】
1、学生实验器材：打点计时器、长木板、纸带、小车、低压交流电源、垫块（垫在长木板一端，使长木板形成斜面）、导线若干等。
2、演示器材：投影仪。
教学过程
一、导入课题：
本章第一节从加速度的定义出发，推导出匀变速直线运动的规律。我们怎么判断一个物体的运动是不是匀变速直线运动呢？仅凭观察是很难做出准确判断，需要通过测量和分析才能得出正确的结论。
直接测量物体的加速度或速度在技术上比较复杂，本节我们将尝试通过
测量物体运动的时间饿和位移，再经过计算或作图判断物体是否做匀变速直线运动。
二、计时器的工作原理
常用的计时器有打点计时器和电火花计时器两类，是用来记录时间时间的仪器。
（1）打点计时器是一种使用低压交流电源的计时器，（如上左图）其工作电压为4~6V。当电源频率为50Hz，它每隔0.02s打一个点。把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸片压在纸带上面，通电后，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便振动起来，位于振片一端的振针就跟着上下振动起来，当物体拖着纸带运动时，振针就在纸带上打出一系列的点，这些点记录了运动物体的位置，也记录了发生这些位移所用的时间。这就为我们定量地研究物体的运动情况提供了方便。
（2）电火花计时器是利用火花放电在纸带上打出小孔，从而显示出电迹的计时器（如上右图）使用时，墨粉纸盘轴上，并夹在两条纸带之间，接通220V交流电源，按下脉冲输出开关，计时器发出的脉冲电流经接正相的放电计、墨粉纸盘到负相的纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的纸带1上就打出一列电迹，电源频率50Hz时，它每隔0.02s打一个点。
三、纸带求匀速直线运动的加速度的方法
（1）逐差法：如下左图所示，根据
，同理，
这样利用
可以求出
三个加速度值，再算出
的平均值
，即为
我们所求匀变速直线运动物体的加速度。“逐差法”求加速度的目的是尽可能多地使用测量的数据
以减小偶然误差。
（2）v-t图象法：根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，即
，求出打出第n个计数点时纸带的瞬时速度如上右图所示，再作出v-t图象，图线的斜率
，即为匀变速直线运动物体的加速度a.
四、频闪照相
我们不仅可以通过打点计时器得到记录小车运动的时间和位移信息的纸带，事实上，还有许多获取这些信息的方法。比如频闪照相的方法。如图4所示是小球向下加速滚动的频闪照片和物体自由落体运动的频闪照片。
图4
试找出频闪照相与打点计时器实验的相似的地方。相似之处：频闪灯的闪光频率相当于打点计时器交流电的频率，相同时间间隔出现的影像则相当于打点计时器答出的点子，所以与打点的纸带一样，运动物体的频闪照片既记录了物体运动的时间信息，又记录了物体运动的位移信息。可以用同样的方法求加速度。
五、例题解析
例1
在研究匀变速直线运动规律的实验中，小车拖车纸带运动，每秒打点50次的打点计时器打出的纸带如下图所示，选出A、B、C、D、E共5个计树点，每相邻两点间4个实验点（图中未画出）。以A点为起点量出的到各点计数点的位移，已经在图上，求：（1）AE段的平均速度；（2）C点的瞬时速度；（3）小车运动的加速度a。
解析：（1）AE段的瞬时速度由公式。
根据题意，AE段的位移
，所用时间t=0.1s，则：
（2）
C点是AE段的时间中点，对匀变速直线运动来水，C点的瞬时速度等于该段的平均速度，所以
（3）根据上图所示，有：
AB、BC、CD、DE各段所用时间T=0.1s，由
可得：
说明：此题目中各计数点间相邻位移差恰好相等，如果不相等，则应该利用逐差法
，求得
由
求得
，再由
求得加速度的平均值。