高中物理1.4實驗：研究勻速直線運動基礎.ppt

實驗：研究勻變速直線運動,一、實驗目的 1.練習使用電磁打點計時器或電火花計時器，并學會用打上點的紙帶研究物體的運動。 2.掌握判斷物體是否做勻變速直線運動的方法。 3.會利用紙帶測定物體做勻變速直線運動的加速度。 二、實驗原理 1.打點計時器 (1)作用 通過打點實現(xiàn)計時功能的儀器，若所用交流電源頻率為50 Hz，則每隔0.02 s打一次點。 (2)工作條件電磁打點計時器：4 V6 V交流電源 電火花計時器：220 V交流電源 (3)紙帶上點的意義 表示和紙帶相連的物體在不同時刻的位置。 通過研究紙帶上各點之間的間隔，可以判斷物體的運動狀況。,電磁打點計時器 電磁打點計時器的構(gòu)造如圖， 在線圈和永久磁鐵的作用下，振片便 上下振動起來，位于振片一端的振針 也跟著上下振動而打點，這時，如果紙帶運動，振針就在紙帶上打出一系列點。,電火花計時器 電火花計時器構(gòu)造如圖所示， 利用火花放電在紙帶上打出孔而顯示 點跡的計時儀器，工作電壓為220 V交 流電，按下脈沖輸出開關(guān)時，計時器發(fā)出的脈沖電流經(jīng)接正極的放電針、墨粉紙盤到接負極的紙盤軸，產(chǎn)生火花放電，于是在運動紙帶上就打出系列點跡。,(4)兩種打點計時器,(3)由紙帶求物體在打下某計數(shù)點時瞬時速度的方法：vn=(xn+xn+1)/(2T)，即 時間2T內(nèi)的平均速度等于該 段時間中間時刻的瞬時速度， 如圖所示。,2.勻變速直線運動的特點 (1)物體做勻變速直線運動時，若加速度為a，在各個連續(xù)相等的時間T內(nèi)發(fā)生的位移依次為x1，x2，x3,xn，則有：x2-x1=x3-x2=xn-xn-1=aT2，即任意兩個連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)的位移差相等?？梢砸罁?jù)這個特點，判斷一個物體是否做勻變速直線運動。 (2)勻變速直線運動的物體在某段時間內(nèi)的平均速度等于該段時間內(nèi)中間時刻的瞬時速度。,(1)逐差法 設相鄰相同時間(T)內(nèi)的位移分別為x1,x2，,xn,則：x2-x1=x3-x2= x4-x3=xn-xn-1=aT2， x4-x1=3a1T2, x5-x2=3a2T2， x6-x3=3a3T2， 得加速度為：,(2)圖象法 以打某計數(shù)點時為計時起點，然后利用vn=xn+xn+1/(2T)求出打各點時的速度，描點得v-t圖象，v-t圖象的斜率即為加速度，如圖所示。,3.由紙帶求物體加速度的方法,2.把一條細繩拴在小車上，使細繩跨過滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，放手后，看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行，然后把紙帶穿過打點計時器，并把紙帶的另一端固定在小車的后面。 3.把小車停在打點計時器處。先接通電源，后釋放小車，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一列小點，換上新紙帶，重復實驗三次。,三、實驗器材 電火花計時器或電磁打點計時器、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、導線、電源、復寫紙片。,四、實驗過程,1.如圖所示，把一端附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出底面，把打點計時器固定在長木板上遠離滑輪的一端，連接好電路。,4.從三條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開始一些比較密集的點，在后面便于測量的地方找一個開始點，以后依次每五個點取一個計數(shù)點，確定好計數(shù)始點，并標明0，1，2，3，4，測量各計數(shù)點到0點的距離x，并記錄填入表中。),5.利用一段時間內(nèi)的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度求得各計數(shù)點1，2，3，4，5的瞬時速度，填入上面的表格中。 6.計算出相鄰的計數(shù)點之間的距離x1，x2，x3，用逐差法求出加速度，最后求其平均值，填入上面的表格中。(也可由上個步驟中求出的各計數(shù)點對應的瞬時速度，作出v-t圖象，根據(jù)圖象的斜率來求加速度a)。 7.增減所掛鉤碼數(shù)，再做兩次實驗。 8.實驗結(jié)束后，整理好實驗器材。,五、注意事項 1.要在鉤碼落地處放上軟墊或砂箱，防止撞壞鉤碼。 2.要在小車到達滑輪前用手按住它或放置泡沫塑料擋板，防止撞壞小車。 3.小車的加速度宜適當大些，可以減小長度的測量誤差，加速度大小以能在約50 cm的紙帶上清楚地取出78個計數(shù)點為宜。 4.紙帶運動時盡量不要讓紙帶與打點計時器的限位孔摩擦。 5.要先接通電源，待打點計時器工作穩(wěn)定后，再放開小車；放開小車時，小車要靠近打點計時器，以充分利用紙帶的長度。 6.不要分段測量各段位移，應盡可能地一次測量完畢(可先統(tǒng)一量出各計數(shù)點到計數(shù)起點0之間的距離)，讀數(shù)時應估讀到毫米的下一位。 六、誤差分析 本實驗參與計算的量有x和T，因此誤差來源于x和T。 1.由于相鄰兩計數(shù)點之間的距離x測量不夠精確而使a的測量結(jié)果產(chǎn)生誤差。 2.市電的頻率不穩(wěn)定使T不穩(wěn)定而產(chǎn)生誤差。,考點1 打點計時器的構(gòu)造、原理、使用,【例1】電磁打點計時器是一種使用_電源的計時儀器，它的工作電壓_ V 以下,當電源頻率是50 Hz時,它每隔_s打一次點。使用打點計時器時，紙帶應 穿過_，復寫紙應套在_上，并要放在紙帶的_面；應把_ 電源用導線接在_上；打點時應先_，再讓紙帶運動。,正確掌握打點計時器的構(gòu)造、工作原理、使用方法等是做出正確判斷的關(guān)鍵。,【解析】電磁打點計時器是一種測量時間的儀器，使用6 V以下的低壓交流電源，它每隔一個周期打一個點，因此紙帶上的兩個點之間的時間間隔為交流電的周期，使用打點計時器時，紙帶應穿過限位孔，復寫紙?zhí)自诙ㄎ惠S上，打點時要先接通電源，再讓紙帶運動。,低壓交流,6,0.02,限位孔,定位軸,上,低壓交流,接線柱,接通電源,使用電火花計時器來分析物體運動情況的實驗中： (1)在如下基本步驟中，正確的排列順序為_。 A.把電火花計時器固定在桌子上 B.安好紙帶 C.松開紙帶讓物體帶著紙帶運動 D.接通220 V交流電源 E.按下脈沖輸出開關(guān)，進行打點 (2)在安放紙帶時，要檢查墨粉紙盤是否已經(jīng)正確地套在 _上，還要檢查_是否夾在兩條紙帶之 間。,A B D E C,紙盤軸,墨粉紙盤,考點2 實驗操作技巧,【例2】在“研究勻變速直線運動”的實驗中，某同學的操作中有以下實驗步 驟，其中錯誤或遺漏的步驟有(遺漏步驟可編上序號G、H) _ _。 A.拉住紙帶，將小車移至靠近打點計時器處，先放開紙帶，再接通電源 B.將打點計時器固定在平板上，并接好電源 C.把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪下面吊著適當重的鉤碼 D.取下紙帶 E.將平板一端抬高，輕推小車，使小車能在平板上做勻速運動 F.將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的限位孔 將以上步驟完善,并按合理順序填寫在橫線上。 _。,A中應先接通電源，再放開紙帶。D中應先斷開電源，使打點計時器停止工作。應補充G，換上紙帶，重復實驗三次,B F E C A D G,實驗操作的技巧： (1)開始釋放小車時，應使小車靠近打點計時器。 (2)應該先接通電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后，再釋放小車。 (3)小車另一端所掛的鉤碼的個數(shù)要適當，避免加速度過大而使紙帶上 打的點太少，或者加速度太小，使各段位移無較大區(qū)別，加速度大小以能在 約50cm的紙帶上清楚地取出78個計數(shù)點為宜。 (4)應選擇點跡清晰的紙帶，適當舍棄點密集部分，適當選取計數(shù)點(計 數(shù)點和計時點有區(qū)別)，弄清楚所選的時間間隔T等于多少秒。 (5)紙帶運動時，要減少紙帶與打點計時器的限位孔間的摩擦。 (6)要在鉤碼落地處放置軟墊或砂箱，防止撞壞鉤碼。 (7)要在小車到達滑輪前，用手按住它或放置泡沫塑料擋板，防止車掉 在地上或撞壞滑輪。,某同學用圖所示的實驗裝置研究小車在斜面上的 運動。實驗步驟如下： a.安裝好實驗器材。 b.接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿平板斜面向下 運動，重復幾次。選出一條點跡比較清晰的紙帶。 舍去開始密集的點跡，從便于測量的點開始，每兩個打點間隔取一個計數(shù) 點，如圖中0、1、26。 c.測量1、2、36計數(shù)點到0計數(shù)點的距離，分別記作：x1、x2、x3x6。 d.通過測量和計算，該同學判斷出小車沿平板做勻加速直線運動。 e.分別計算出x1、x2、x3x6與對應時間的比值x1/t1、x2/t2、x3/t3x6/t6。 f.以x/t為縱坐標、t為橫坐標，標出x/t與對應時間t的坐標點，畫出x/t-t圖線。,(2)將最小刻度為1 mm的刻度尺的0刻線與0計數(shù)點對齊，0、1、2、5計數(shù)點所在位 置如圖所示，則x2=_ cm，x5=_ cm。 (3)該同學在圖中已標出1、3、4、6計數(shù)點對應的坐 標點，請你在該圖中標出與2、5兩個計數(shù)點對應的坐 標點，并畫出x/t-t圖線。 (4)根據(jù)x/t-t圖判斷，在打0計數(shù)點時，小車的速度v0=_ m/s；它在斜面上運動的加速度a= _m/s2。,結(jié)合上述實驗步驟，請你完成下列任務： (1)實驗中，除打點計時器(含紙帶、復寫紙)、小車、平板、鐵架臺、導線及開關(guān)外， 在下面的儀器和器材中，必須使用的有_和_。(填選項代號) A.電壓合適的50 Hz交流電源 B.電壓可調(diào)的直流電源 C.刻度尺 D.秒表 E.天平 F.重錘,【答案】(1)A C (2) 2.98(2.972.99均可) 13.20(13.1913.21均可) (3)見解析圖 (4)0.18(0.160.20均可) 4.80(4.505.10均可),考點3 實驗數(shù)據(jù)的處理,【例3】某同學用打點計時器測量做勻加速直線運動的物體的加 速度，電源頻率f=50 Hz。在紙帶上打出的點中，選出零點， 每隔4個點取1個計數(shù)點。因保存不當，紙帶被污染。如圖 所示，A、B、C、D是依次排列的4個計數(shù)點，僅能讀 出其中3個計數(shù)點到零點的距離：xA=16.6 mm、xB=126.5 mm、 xD=624.5 mm。,若無法再做實驗，可由以上信息推知： (1)相鄰兩計數(shù)點的時間間隔為_s； (2)打C點時物體的速度大小為_m/s(取2位有效數(shù)字)； (3)物體的加速度大小為_(用xA、xB、xD和f表示)。,【答案】(1)0.1 (2)2.5 (3)(xD-3xB+2xA)f2/75,【解析】(1)因為“每隔4個點取1個計數(shù)點”，故相鄰兩計數(shù)點的時間間隔為T=0.02 s5=0.1 s； (2)打C點時的瞬時速度等于以C點為中間時刻的BD段的平均速度。 所以 m/s (3)T5T=5/f xAB=xB-xA xAD=xD-xA xAB=vAT+(1/2)aT2 xAD=vA3T+(1/2)a(3T)2 聯(lián)立以上各式可解得 a=(xD-3xB+2xA)f2/75。,某同學在“研究勻變速直線運動”實驗中，用打點計時器記錄了被小車拖動的紙帶的運動情況，在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個計數(shù)點，其相鄰點間的距離如圖所示，每兩個相鄰的計數(shù)點之間的時間間隔為0.10 s。 (1)試根據(jù)紙帶上各個計數(shù)點間的距離，計算出打下B、C、D、E、F五個