3.2 匀变速直线运动的实验探究 学案 (4)

3.2
匀变速直线运动的实验探究
学案
【学习目标】
1．会正确使用打点计时器打出的匀变速直线运动的纸带。
2．会用描点法作出
v-t
图象。
3．能从
v-t
图象分析出匀变速直线运动的速度随时间的变化规律。
[问题导思]
【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。
【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.
【频闪照相】
频闪照相：可以侧线户物体在做匀变速直线运动时每隔相等时间间隔的维护子，对数据进行研究、分析、处理等，就可以发现它们是否遵循匀变速直线运动的规律，达到研究的目的，深刻体会匀变速直线运动的基本特点和运动过场的形成，处理方法同上
观察、测量数据以及对数据进行研究、分析、处理等，是物理学告诉发展的基础，学重大发明发现，都来源于实验观察、数据测量及研究、分析、处理。
[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）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）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。
练习
1．一个人沿平直的街道匀速步行到邮局去发信，又以原速率步行返回原处，设出发时的方向为正，在下列四个图中近似描述他的运动的是（
）
2．甲、乙两物体在同一直线上运动，它们的
v-t
图象如图，可知（
）
A．在t1时刻，甲和乙的速度相同
B．在t1时刻，甲和乙的速度大小相等，方向相反
C．在t2时刻，甲和乙的速度方向相同，加速度方向也相同
D．在t2时刻，甲和乙的速度相同，加速度也相同
3．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图给出了从0点开始，每5个点取一个计数点的纸带，其中0、1、2、3、4、5、6都为计数点。测得：s1=1.40
cm，s2=1.90
cm，s3=2.38
cm，
s4=
2.88
cm，s5=3.39
cm，s6=3.87
cm。那么：
（1）在计时器打出点1、2、3、4、5时，小车的速度分别为：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度—时间图象。
（3）分析小车运动速度随时间变化的规律。
4．在利用打点计时器探究小车运动规律的实验中，某同学在打出的纸带上每5点取一个记数点，测出每两个相邻记数点间的距离分别为x1、x2、…、x6，然后他把纸带上x1、x2、…、x6各段准确地剪成6段，按如图2-1-9那样帖在坐标纸上，彼此不留间隙也不重叠，纸带下端都准确地与横轴重合，x1的左边准确地与纵轴重合，横轴为时间轴，纵轴为速度轴，该同学在这个图中作出了v-t图象，并由图象求出了加速度a，请说明他是如何作出速度图象并求出加速度a的。
5．某研究性学习小组在研究小车在水平薄布面上做减速运动的实验中，所打出的纸带如图2-13所示，纸带上相邻两点对应的时间间隔为0.02s.请你用刻度尺量出相邻两点之间的距离填在下表中：
s1
s2
s3
s4
s5
s6
s7
s8
(1)从纸带上可以确定小车做减速运动的初速度约为_________
(2)分析纸带及测量的数据，提出一个相关的问题.
1．B
2．A
3．（1）16.50
21.40
26.30
31.35
36.30
（2）如图示
（3）v随t均匀增加
详解：（1）显然，两个相邻计数点之间的时间间隔为T=0.02×5s=0.1s。各点对应的速度分别为：，v2、v3、v4、v5同理可得。
4．每条纸带的宽度代表相等的时间，每条纸带的长度代表这段时间内的位移，而相等时间内的位移就表示这段时间内的平均速度。由于每段时间较短，所以这段时间中点的速度就是这段时间内的平均速度。取每段纸带上边的中点，然后过这些点画出v-t图象，如图所示.此图线的斜率就等于加速度a的大小。
5．(1)由表中可知，小车在1~3点之间匀速运动的速度就等于小车做减速运动的初速度，约为1.03m/s；（2）例如：小车运动到水平薄布面上速度为什么会减小？小车速度减小的快慢与哪些因素有关？
（2）利用描点法作出v-t图象。
【反思】
收获
疑问
第
2
题图
甲
t1
t
0
t2
乙
v
A
t
v
0
B
t
v
0
C
t
v
0
D
第
1
题图
t
v
0
s6
s5
s4
s3
s2
s1
第
3题图
0
1
2
3
4
5
6