3.2 匀变速直线运动的实验探究 课件 (4)

课件35张PPT。一、实验目的
1.计时器的工作原理，能正确使用打点计时器.
2.会分析打点计时器打出的纸带，能根据纸带正确判断物体的运动情况.二、实验原理
在时间间隔很短的情况下，平均速度可近似为瞬时速度，计算出各时刻的瞬时速度，即可计算出加速度，从而可以判断小车是否做匀变速直线运动.三、实验器材
电磁打点计时器或电火花打点计时器、纸带、交流电源、斜面小车、频闪照相机、小球、刻度尺.四、打点计时器及其应用
1.打点计时器的分类:电磁打点计时器和电火花打点计时器.
2.根据图示的打点计时器的构造图，指出各主要部件的名称：
①接线柱 ②线圈 ③振片 ④永久磁铁 ⑤振针 ⑥限位孔
⑦定位轴 ⑧复写纸 ⑨纸带3．电磁打点计时器的电源应是交流电源，通常的工作电压为 4～6 V，实验室使用我国民用电时每隔0.02 秒打一个点，如果每打五个点取一个计数点，即相邻两个计数点间的时间间隔为0.1秒. 五、频闪照相及其应用
频闪照片的拍摄：闪光点每闪一次光，就给小球照一次像,闪光的时间间隔相同，因此胶片上两个像的时间间隔相同. 六、实验过程
实验步骤以及数据处理
（1）按课本图3-13连接好实验装置；
（2）把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，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.换上新纸带，重复实验三次.（3）从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开始一些比较密集的点子，在后边便于测量的地方找一个起始点.为了测量方便和减小误差，通常不用每打一次点的时间作为时间的单位，而用每打五次点的时间作为时间的单位，就是T=0.02×
5 s=0.1 s.在选好的起始点下面标明A，在第六点下面标明B，在第十一点下面标明C，在第十六点下面标明D，…，点A、B、C、D…叫做计数点.（4）用刻度尺测出相邻计数点间的位移，即可计算出每一段的平均速度，由于时间极短，平均速度可近似为瞬时速度，由此，可计算出加速度，比较计算出的加速度，即可判断小车的运动是否为匀变速直线运动了.1.注意事项
(1)计时器在实验前要预先调好，使打点时间间隔均匀和打点轻重适度.打点过轻，点迹不明显，不便于纸带的处理；打点过重，打点针与纸带接触时间变长，将带来实验误差.要教给学生基本的调节方法.但如果用电火花计时器，实验效果要好得多.
(2)开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器.
(3) 先接通电源，计时器稳定工作后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源.2.关于频闪照相法
频闪照相法是一种利用照相技术，每间隔一定时间曝光，从而形成间隔相同时间的影像的方法.在频闪照相中会用到频闪灯.与打点计时器相比，闪光频率相当于打点计时器的交变电源的频率.而相同时间间隔出现的影像则相当于打点计时器打出的点.所以，频闪照片与打点计时器一样，既记录了物体运动的时间，又记录了物体运动的位移.用同样的方法来求物体运动的加速度.3.电火花打点计时器
电火花打点计时器是利用电火花在纸带上形成印迹而打出点的计时器，相对于电磁打点计时器，它没有振针与纸带的摩擦，所以纸带运动更流畅，实验效果更好.1.若在某次实验中打出的纸带如图
所示，应怎样调节打点计时器?
提示：（1）出现这种现象的原因可能是：
①振针过长；②电压偏高，振幅过大.
（2）采取措施应该是：
①调整振针的长度；②使电压降低到合适的值，减小振针振动的振幅.2.如何根据纸带上的数据计算打某一点时纸带运动的瞬时速度和纸带运动的加速度?
提示：瞬时速度计算的理论根据是纸带上打出的点时间间隔极短，所以该段时间内的平均速度近似等于该段时间初（或末）的瞬时速度，然后根据加速度的定义式即可求出加速度.3.测量数据和利用数据处理纸带时，应注意什么问题？
提示：(1)对位移的测量往往不直接测两计数点间的距离，而是一次性测量各计数点到原点的距离，以减小对位移测量的相对误差.如图所示则选取了5段位移.（2）如果速度小，加速度也小，计时器在纸带上打下的点一定很密集，由于每段的位移都很小，直接用刻度尺测量每段的位移时会产生较大的相对误差，采取的措施往往是以每打五个点的时间作为一个计时单位，即每隔四个点取一个计数点.这时每相邻两计数点间对应的时间为5T(T为实验用交流电的周期).典例1在做“研究匀变速直线运动”的实验中，打点计时器打出的一条纸带中的某段如图所示，若A、B、C…计数点间的时间间隔均为0.1 s，从图中给定的长度，求得小车的加速度大小是________，打下D点时小车的速度大小是______.【规范解答】由逐差法Δs=aT2可知，小车的加速度为
打下D点时小车的速度为
答案：4.0 m/s2 1.5 m/s纸带数据处理的方法：
(1)某点瞬时速度的计算：据匀变速直线运动中某一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度.
(2)加速度的计算：采用逐差法.逐差法是针对自变量等量变化，因变量也做等量变化时，所测得有序数据等间隔相减后取其逐差平均值得到的结果.典例2 通过观察某次运动所拍摄的频闪照片，发现照片上相
邻物点间的距离先增大，后减小，下列对物体所做运动的情
况的判断正确的是（ ）
A.物体当时一定做匀速运动
B.物体当时可能做匀速运动
C.物体是先加速，再减速运动
D.物体是先减速，再加速运动0解答本题时要注意以下两点：
（1）闪光灯每闪一次光，就给小球拍照一次，闪光的时间间隔相同.
（2）几个不同时刻成的像显示在同一张胶片上,处理数据时与纸带的处理是一样的.【规范解答】选C.频闪照相时相邻两物点间的时间是相等
的，所以当相邻两个点间的距离增大时，物体当时一定是在
做加速运动；而后来间距减小则表示物体做减速运动.一、选择题（本大题共4小题，每小题5分，共20分）
1.电磁打点计时器使用的电源是（ ）
A.4～6 V的交流电源 B.4～6 V的直流电源
C.220 V的交流电源 D.高压直流电源
【解析】选A.电磁打点计时器使用的是交流电源，并且是低压电源，一般为4～6 V，故A正确.2.在实验“探究小车速度随时间变化的规律”中，我们采用的正确方法是（ ）
A．舍掉开头过于紧密的点，找一个适当的点当作计时起点
B．为了实验精确，选取纸带上第一个点作起点
C.相邻计数点的时间间隔只能取0.1 s
D.相邻计数点的时间间隔可视打点密度而定，可取0.02 s 、0.04 s 、…n×0.02 s均可
【解析】选A、D.开头点数过于密集，会导致长度测量相对误差过大，所以应舍掉，A对B错；计数点的选取应据实际情况而定，C错D对.3.在研究匀变速直线运动的实验中，算出小车经过各计数点
的瞬时速度，为了计算加速度，合理的方法是（ ）
A．根据任意两计数点的速度用公式算出加速度
B．根据实验数据画出图象，量出倾角，由公式a=tan θ求出
加速度
C．根据实验数据画出图象，由图线上相距较远的两点所对应
的速度、时间，用公式 算出加速度
D．依次计算出通过连续两点间的加速度，算出平均值作为小
车的加速度【解析】选C.处理实验数据最精确的方法就是图象法，因为作图象的过程中已经把误差较大的数据舍掉了，所以A、D都错；据图象处理数据时由于单位长度选取的不同造成数据相同的情况下夹角会不一样，所以B错.4.（2011·湛江高一检测）打点计时器打出的某条纸带上的点不清晰，可能是因为以下的哪个原因（ ）
A.通的是直流电 B.没有用复写纸
C.点针过长 D.点针稍短
【解析】选D.打点计时器工作电源为低压交流电源，如通直流电，则打不出点，A错.没有复写纸则显示不出点，B错.点针过长，纸带上显示的是一条线，C错.只有点针稍短时，打出的点不清晰，选D.二、非选择题（本大题共3小题，共30分，要有必要的文字叙述和解题步骤）
5.（10分）在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，用打点计时器在纸带上打点以记录小车的运动情况.在这一实验中，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，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.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔.
其中错误或遗漏的步骤有：
（1）_________________________________；
（2）_________________________________.
将以上步骤完善后按合理的顺序填写在下面横线上.
____________________________________________.【解析】实验过程中要规范步骤，释放纸带前应先接通电源，取下纸带前应断开电源，故在A中顺序错，在D中有遗漏，实验合理顺序为B→E→C→A→D
答案：见解析6.（10分）（2011·青岛高一检测）如图所示是研究匀变速直线运动的实验中得到的一条纸带，交流电的频率是50 Hz.舍去前面比较密集的点，从O点开始将每5个点取1个计数点，量得s1=1.20 cm，s2=2.60 cm,s3=4.00 cm，那么小车的加速度a= ______m/s2;打第2点时的瞬时速度大小v2= ______m/s.【解析】由s3-s1=2aT2,
得
答案：1.40 0.337.（10分）(探究创新)某同学用以下方法绘制小车的v-t图象，先把纸带每隔0.1 s 剪断，得到若干短纸条，再把这些纸条并排贴在一张纸上，使这些纸条下端对齐，作为时间轴，标出时间，最后将纸条上端中心连起来，于是得到v-t图象.如课本图3-18.这样做有道理吗？说说你的看法.【解析】有道理；剪下的纸条长度表示0.1秒时间内位移大
小，可近似认为速度 纸条长度可认为表示速度.
所以将纸条上端中心连起来，就得到v-t图象.
答案：见解析