3.2 匀变速直线运动的实验探究 学案 (5)

3.2
匀变速直线运动的实验探究
学案
【预习听课点】
1、实验的目的、原理、器材和步骤
2、匀变速直线运动的特征
3、怎样由纸带求物体运动的加速度
4、频闪照相机及其应用
【心得笔记】
1、计时点和计数点是不一样的。
2、用逐差法求物体运动的加速度。
3、匀变速直线运动在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。
4、数据处理求a时，也可以通过作出的图象来处理。
【知识点理解】
一、打点计时器及其应用
1、打点计时器介绍
2、实验目的
使用打点计时器测定匀变速直线运动的加速度。
3、实验器材
打点计时器，固定打点计时器的长木板，小车，纸带，刻度尺
4、实验原理
a)打点计时器接交流电源，工作电压4～6V，频率50Hz，每隔1/50s（即0.02s）打一个点。
b)由纸带判断物体是否做匀变速直线运动。
设物体做匀变速直线运动，加速度是a，在各个连续相等的时间间隔T内的位移分别是s1、s2、s3、……由运动公式可得：△s
=
s2–s1
=
s3–s2
=
…
=
aT2，即连续相等的时间间隔内的位移差相等。因此，要由纸带判断物体是否做匀变速直线运动，只要看纸带上时间间隔相等的连续相邻的计数点间的距离之差是否相等即可。
c)由纸带求物体运动加速度的方法：
①逐差法：如图所示，根据s4–s1
=
3a1T2，s5–s2
=
3a2T2，s6–s3
=
3a3T2，求出a1、a2、a3再算出a1、a2、a3的平均值，即为我们所求的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我们测量的数据s1、s2、s3、……，以减小偶然误差。
②υ–t图象法：根据匀变速直线运动在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υn
=
；求出打第n个计数点时纸带的瞬时速度，再作出υ–t图象，图线的斜率即为匀变速直线运动物体的加速度。
5、实验步骤
⑴把长木板一端垫高放在课桌上，把打点计时器固定在长木板垫高的一端，连接好电路。
⑵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。
⑶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列小点。
⑷换上纸带，重复实验三次。
⑸从三条纸带中，挑选一条比较理想的进行分析。分析计算的结果填入按课本表3
-
2、3
-
3设计的表格中，并根据实验结果得出结论。
6、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，计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源。
（3）木板倾斜度要调到，以免加速度过大而使纸带上的点太少，或者加速度太小，而使各段位移无多大差别，从而使误差增大，加速度的大小以能在50cm长的纸带上清楚地取得六七个计数点为宜。
（4）做物理实验，不仅要观察物理现象，还要找到现象中的数量关系，要知道物理量的数值，必须进行测量，测量的结果不可能师绝对正确的，测出的数值与真实值的差异叫做误差。从来源看，误差可以分为系统误差和偶然误差两种。
系统误差是由于仪器本身不精确，或实验原理不完善，实验方法粗略等因素造成的。系统误差的特点是多次重做同一实验时，误差总是同样地偏大或偏小，不会出现这几次偏大另几次偏小的情况。要减小系统误差，必须校准测量仪器，改进实验方法，设计在原理上更为完善的实验。
偶然误差是由各种偶然因素对试验者、测量仪器、被测物理量的影响而造成的。偶然误差总是有时偏大，有时偏小，并且偏大和偏小的概率相同。因此将多次测量结果取平均值，可以使测得的结果比一次测得的数值更接近于真实值，达到减小偶然误差的效果。
（5）要区别计时器打出的点与人为选取的计数点，一般在纸带上每隔五个点取一个计数点，即时间间隔为T
=
0.02s×5s
=
0.1s。
二、频闪照相法及其应用。
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。如右图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。
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。
三、科学探究
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一种匀变速直线运动
根据前面测量匀变速直线运动加速度的方法，可用类似的探究方法。附实验装置示意图。
能力测试
某同学用如图所示装置测量仅在重力作用下的加速度a。在所选纸带上取某点为0号计数点，然后每3个点取一个计数点，所以测量数据及其标记符号如题图所示。该同学用两种方法处理数据(T为相邻两计数点的时间间隔)
方法A：由a1=，a2=，……，
a5=，取平均值a=8.667m/s2；
方法B：由a1=，a2=，a3=
取平均值a=8.673m/s2。
(1)从实验装置看，该同学所用交流电的电压为_________伏特，操作步骤中释放纸带和接通电源的先后顺序应该是_____________________。
(2)从数据处理方法看，在s1、s2、s3、s4、s5、s6中，对实验结果起作用的，方法A中有_______;方法B中有_____________________________。因此，选择方法___________（A或B）更合理，这样可以减少实验的__________(系统或偶然)误差。
(3)本实验误差的主要来源有_____________
_______________________（试举出两条）。
（1）220，先接通电源后松开纸带；（2）s1、s6；s1、s2、s3、s4、s5、s6；B；偶然。（3）打点阻力和空气阻力；测量距离等产生误差
某同学在测定匀变速直线运动的加速度时，得到了几条较为理想的纸带，已知在每条纸带每5个计时点取好一个计数点，两个计数点之间的时间间隔为0.1s，依打点时间顺序编号为0、1、2、3、4、5，由于不小心，纸带被撕断了，如下图所示.请根据给出的A、B、C、D四段纸带回答:(1)在B、C、D三段纸带中选出从纸带A上撕下的那段应是______。(2)打A纸带时，物体的加速度大小是______m/s2。
(1)C(2)6.6
某同学在“研究匀变速直线运动”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，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，如下图所示，其相邻点间的距离分别为AB=3.62cm，BC=4.38cm，CD=5.20cm，DE=5.99cm，EF=6.80cm，FG=7.62cm，每两个相邻的计数点的时间间隔为0.10s。
（1）BD过程的平均速度=_______m/s；
（2）试根据纸带上各个计数点间的距离，计算出打下B、C、D、E、F五个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入下式(要求保留三位有效数字)：vB=______m/s，vC=______m/s，vD=_____m/s，vE=_____m/s，vF=____m/s．
（3）根据上图中的v-t图线，求出小车运动的加速度为_______m/s2。(保留两位有效数字)
（1）0.479（2）0.4000.4790.5600.6400.721（3）0.80
【反思】
收获
疑问
0
s1
1
s2
2
s3
3
s4
4
s5
5
s6
6
单位：mm