【学霸笔记】 09　第二章　第三节　测量匀变速直线运动的加速度 课件 高中物理粤教版必修1

(共40张PPT)
现代文阅读Ⅰ
把握共性之“新”　打通应考之“脉”
第二章　匀变速直线运动
第三节　测量匀变速直线运动的加速度
[学习目标]　1．通过实验，进一步掌握打点计时器的使用，会利用平均速率求瞬时速度，利用逐差法和v-t图像法求加速度．2．体会在实验探究中尊重客观事实，实事求是，养成严谨的科学态度，激发探索兴趣．
必备知识·自主预习储备
一、实验原理和方法
1．用打点计时器打下纸带，据a＝，求出加速度的平均值．
2．用纸带计算出中间时刻的速度：vB＝，作出v-t图像，求出斜率即加速度a．
二、实验器材
打点计时器、纸带、复写纸、交变电源、小车、细绳、一端附有定滑轮的长木板、刻度尺、钩码、导线等．
三、实验步骤和数据处理
1．实验装置如图所示
把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，将滑轮端伸出桌面，将打点计时器固定在木板上没有滑轮的一端，连接好电路．
2．让纸带穿过打点计时器的限位孔，将其一端夹在小车尾部正中央，把小车靠近打点计时器，在小车前端系上细绳．细绳、纸带与木板平行，且细绳、纸带、限位孔要在一条直线上．细绳长度略短于定滑轮离地的高度，细绳跨过定滑轮，挂上适量的钩码．
3．启动打点计时器，然后释放小车，让它拖着纸带运动，适时阻止小车与滑轮相碰．及时关闭电源，更换纸带，重复做三次．
4．选择点迹清楚、没有漏点的纸带，舍弃开始点迹密集的一段，找一个合适的点作为开始点．为了测量方便和提高测量精度，把每打五次点的时间作为时间单位，时间间隔T＝0.02 s×5＝0.1 s．
5．数据处理：方法一：根据纸带计算出：a1＝，a2＝，a3＝．
填入表格：
计数点 位移 s/m 速度 v/(m·s-1) 加速度
a/(m·s-2)
0 — — —
1 s1＝ —
计数点 位移s/m 速度 v/(m·s-1) 加速度
a/(m·s-2)
2 s2＝ —
3 s3＝ —
4 s4＝
5 s5＝
6 s6＝ —
小车做匀变速直线运动的加速度的平均值＝＝．
方法二：利用纸带，根据vn＝＝求得对应每一个计数点的瞬时速度vn填入上面表格中，用图像法作出v-t图像，
拟合为直线，根据斜率k＝得出小车运动的
加速度a．
四、注意事项
1．应先开启打点计时器，后释放小车．
2．测量时要把刻度尺放上后，一次读完各个数据，且要估读到下一位．
3．计算过程中要注意有效数字的处理．
4．在作v-t图像时，应使尽可能多的点在直线上，不在直线上的点尽可能分布在所作直线的两侧，偏离直线太远的点应舍弃掉．
关键能力·情境探究达成
类型一　实验原理及操作
【典例1】　在测量匀变速直线运动的加速度实验中，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处放开纸带，再接通电源
B．将打点计时器固定在平板上，并接好电路
C．把一条细绳拴在小车上．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
(1)所列步骤中有错误的是：__________________________________
_________________________________________________________．
(2)遗漏的步骤(遗漏步骤可编上序号F、G、H、……)：
_________________________________________________________．
(3)将以上步骤完善后写出合理的步骤顺序：______________．
A中应先通电，再放纸带；D中取下
纸带前应先断开电源
F．换上新纸带，重复实验三次
BECADF
[解析]　(1)步骤A中应先接通电源，再放纸带，顺序不能颠倒；D中取下纸带前应先断开电源．
(2)遗漏的步骤：F．换上新纸带，重复实验三次．
(3)步骤完善后，合理的实验步骤顺序为：BECADF．
类型二　实验数据处理与分析
【典例2】　在“测量匀变速直线运动的加速度”实验中，打点计时器的工作频率为50 Hz，如图甲所示是一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E、F、G为计数点，相邻计数点间还有四个点未画出．
(1)根据运动学有关公式可求得vB＝16.50 cm/s，vC＝________cm/s，vD＝26.30 cm/s；
21.40
(2)利用求得的数值在图乙所示的坐标系中作出小车的v-t图线(打A点时开始计时)，并根据图线求出小车运动的加速度a＝_______________________m/s2；
(3)将图线延长使其与纵轴相交，交点的纵坐标是_______________ ____________cm/s，此速度的物理
意义是_________________________
______________．
见解析图
0.50(0.48～0.52均可)　
11.60(11.30～
11.70均可)
打点计时器打下A点时对应的小车的速度
思路点拨：根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出某点的瞬时速度，作出速度—时间图线，结合图线的斜率求出加速度，根据纵轴截距得出A点的速度．
[解析]　(1)由于每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点间的时间间隔T＝0.1 s，则vC＝＝ cm/s＝21.40 cm/s．　
(2)根据描点法作图，图像如图所示，由图可知加速度为a＝0.50 m/s2．
(3)将图线延长使其与纵轴相交，交点的纵坐标是11.60 cm/s；此速度的物理意义是打点计时器打下A点时对应的小车的速度．
规律方法　打点纸带问题的分析要点
(1)打点纸带直接记录了物体在相等的时间T内的位移x；(2)利用打点纸带某小段时间内的平均速度替代中间时刻的瞬时速度；(3)通过作出v-t图像，即可获得物体运动速度随时间变化的规律；(4)注意作图时应先判断图线的大体走势，然后将各点连接起来，要使尽量多的点落在直线(或平滑曲线)上，其余的点尽可能均匀地分布在直线(或曲线)两侧．利用图像法处理数据有利于减小偶然误差．
类型三　实验创新应用
【典例3】　做变速运动的小车，牵引一条纸带通过打点计时器，交流电源的频率是50 Hz．由纸带上打出的某一点开始，每5个点剪下一段纸带．按如图所示，每一段纸带的一端与x轴相重合，左边与y轴平行，将纸带贴在坐标系中．
(1)本实验中运动的小车，相邻相等时间内位移存在某种关系，请你仔细研究图像，找出这一关系；
(2)设Δt＝0.1 s，请作出小车的v-t图像；
(3)根据图像求出其加速度大小(结果保留两位有效数字)．
[解析]　(1)横坐标中的1、2、3、4、5、6分别表示连续相等时间T＝0.1 s内的6段纸带，而纵坐标表示这6段纸带的位移大小，分别设为y1、y2、…、y6．仔细观察可得：
y2－y1＝8 mm，y3－y2＝7 mm，y4－y3＝8 mm，y5－y4＝8 mm，y6－y5＝8 mm．
可见在实验误差允许的范围内，此车在相邻相等的时间内的位移之差都是相等的．
(2)设想将这6段纸带连接起来，并将每段纸带的上端作为计数点的位置，分别为A、B、C、D、E、F，则A点的速度
vA＝mm/s＝265 mm/s＝0.265 m/s．
同理可求得vB＝0.340 m/s，vC＝0.415 m/s，vD＝0.495 m/s，vE＝0.575 m/s．在v-t图像中描出A、B、C、D、E各点，拟合得到直线，如图所示．
(3)由v-t图像可知，其加速度大小等于直线的斜率的大小，约为
0.80 m/s2．
[答案]　(1)在实验误差允许的范围内，此车在相邻相等的时间内的位移之差都是相等的　(2)见解析图　(3)0.80 m/s2
学习效果·随堂评估自测
1．在“测量做直线运动物体的瞬时速度”实验中，用如图所示实验仪器进行实验．
(1)部分实验步骤如下：
A．实验完毕，关闭电源，取出纸带
B．将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连
C．接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车
D．把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔
上述实验步骤的正确顺序是：___________(用字母填写)．
DBCA
(2)某同学得到一条用打点计时器打下的纸带，并在其上取了O、A、B、C、D、E、F共7个计数点(图中每相邻两个计数点间还有四个打点计时器打下的点未画出)．打点计时器接的是50 Hz的低压交流电源．他将一把毫米刻度尺放在纸带上，其零刻度和计数点O对齐，从刻度尺上直接读出数据记录在表中．
线段 OA OB OC OD OE OF
数据/cm 0.51 1.50 3.00 4.99 7.51 10.50
打点计时器打D点时小车速度为vD＝____________m/s(结果保留三位有效数字)；小车的加速度为a＝_________m/s2(结果保留两位有效数字)．
0.226
0.50
[解析]　(1)实验中，先把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔，再将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连，之后接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车，待实验完毕后，关闭电源，取出纸带，故实验步骤的正确顺序是DBCA．
(2)打点计时器打D点时小车速度为vD＝＝
m/s≈0.226 m/s
根据逐差法可得小车的加速度为a＝＝
m/s2＝0.50 m/s2．
2．在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中：
(1)下列仪器需要用到的是________．
AB
(2)某同学进行了以下实验操作步骤，其中有错误的步骤是_____．
A．将打点计时器固定在长木板的一端，并接在220 V交流电源上
B．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔
C．把一条细绳连接在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码
D．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器的一端，先放开纸带，再接通电源
D
(3)实验中得到一条如图所示的纸带，已知电源频率为50 Hz，相邻计数点间的时间间隔为0.1 s，各个计数点间的距离分别为x1＝
3.62 cm、x2＝4.38 cm、x3＝5.20 cm、x4＝5.99 cm、x5＝6.80 cm、x6＝7.62 cm，则打下“F”点时小车的瞬时速度v＝________m/s；用逐差法计算小车的加速度a＝_________m/s2(结果均保留两位有效数字)．
(4)若电源频率大于50 Hz，各点的实际速度_________(选填“大于”“小于”或“等于”)所测的速度．
0.72
0.80
大于
(5)李华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．他已在每条纸带上按每5个点取好一个计数点，即两计数点之间时间间隔为0.1 s，依打点先后编为0、1、2、3、4、5．由于不小心，几条纸带都被撕断了，如图所示，在A、B、C三段纸带中选出从下图中的纸带上撕下的那段应该是_________(填选项)．
A　　　　　　　　B
C
B
[解析]　(1)探究小车速度随时间变化的规律时，需要用电火花计时器计时，用刻度尺测量小车运动的距离，不需要测量质量，打点计时器打点周期已知，不需要用秒表测量时间，故选AB．
(2)电火花计时器的工作电源是220 V交流电，故实验时将打点计时器固定在长木板的一端，并接在220 V交流电源上，故A正确，不符合题意；将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔，小车尽量靠近打点计时器，故B正确，不符合题意；把一条细绳连接在小车上，细绳平行木板，跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码，故C正确，不符合题意；拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器的一端，先接通电源，再放开纸带，故D错误，符合题意．故选D．
(3)打下“F”点时小车的瞬时速度v＝＝×10-2 m/s≈
0.72 m/s
小车的加速度为
a＝
代入数据可得
a＝×10-2m/s2≈0.80 m/s2．
(4)若电源频率大于50 Hz，则计数周期变小，由以上分析可知，各点的实际速度大于所测的速度．
(5)由题图可知
Δx＝aT2＝x2－x1＝36 mm－30 mm＝6 mm
x5－x2＝3aT2，所以x5＝54 mm，故选B．
3．下列是某同学在做匀变速直线运动的实验图．
(1)若该同学使用的是电磁打点计时器，请问他应该让计时器与下列哪个电源连接________．
A．交流220 V　　　 B．直流220 V
C．交流4～6 V D．直流4～6 V
C
(2)请将下方该同学的实验步骤按正确顺序排序：________(用字母填写)；并完善B中的步骤，填写在横线上．
A．测量完毕，关闭电源，取出纸带
B．____________，待打点计时器工作稳定后放开小车
C．将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连
D．把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔
DCBA
先接通电源
(3)从实验中挑选一条点迹清晰的纸带，每两个计数点之间还有四个点未画出，用刻度尺测量计数点间的距离如图乙所示，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz．
从图中所给的刻度尺上读出B、C两点间的距离s2＝________cm；该小车的加速度a＝________，C点的速度vC＝________m/s(计算结果保留两位有效数字)．
0.90
0.20
0.10
[解析]　(1)电磁打点计时器的电源应使用交流电源，通常的工作电压为4～6 V．故选C．
(2)先连接实验器材，后穿纸带，再连接小车，接通电源，后释放纸带，打点并选择纸带进行数据处理，故为DCBA．
B．先接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车．
(3)由刻度尺示数可知s2＝0.90 cm；两个计数点间有5个间隔，故t＝0.1 s；根据Δx＝at2，得a＝＝ m/s2＝0.20 m/s2，根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上C点时小车的瞬时速度大小，则有vC＝＝0.10 m/s．
谢 谢！