第3章 第2节 匀变速直线运动的实验探究-2021-2022学年高中物理必修1【名师导航】同步Word教参(鲁科版)

第2节　匀变速直线运动的实验探究 [学习目标]　1.[科学探究]学会使用打点计时器．　2.[科学探究]学会测定匀变速直线运动的加速度． 一、实验原理和方法 1．打点计时器 (1)结构及特点 电火花打点计时器 电磁打点计时器 结构图示 工作电压 220 V交流电 4～6 V交流电 打点方式 周期性产生电火花 振针周期性上下振动 打点周期 0.02 s 0.02 s 记录信息 位移、时间 (2)工作原理：纸带穿过打点计时器在物体带动下运动时，振针的上下振动便会通过复写纸在纸带上留下一系列小点，相邻两点对应的时间为0.02 s，相邻两点之间的距离可以用尺子测量，这样打点计时器既记录了时间，又记录了对应的位移． 2．频闪照相法及其应用 (1)频闪照相法：利用照相技术，每隔一定时间曝光一次，从而形成间隔相同时间的影像的方法． (2)频闪灯：每隔相等时间闪光一次，如每隔0.1 s闪光一次，即每秒闪光10次． (3)频闪照片：利用频闪灯照明，照相机可以拍摄出运动物体每隔相等时间所到达的位置，通过这种方法拍摄的照片称为频闪照片． (4)记录信息：物体运动的时间和位移． 3．物体是否做匀变速直线运动的判断方法 (1)利用平均速度v＝等于t时刻的瞬时速度，利用速度和时间关系判断物体是否做匀变速直线运动． ，当Δt很短时，可以近似认为平均速度 (2)利用Δs＝s2－s1＝s3－s2＝…＝sn－sn－1＝aT2判断物体是否做匀变速直线运动． 二、实验器材 打点计时器、纸带、复写纸、低压交流电源、小车、垫片、长木板、刻度尺、导线等． 三、实验步骤 1．将打点计时器固定在长木板的一端，并用垫片垫高此端，使木板倾斜．如图所示． 2．连接好打点计时器的电路．(注意此过程中要断开开关) 3．将纸带穿过打点计时器，连接在小车后面，并使小车靠近打点计时器． 4．闭合电路开关，然后释放小车，打完纸带后立即关闭电源． 5．更换纸带，重复操作三次． 6．选择一条点迹最清晰的纸带，舍掉开头一些过于密集的点，找一适当的点作为开始点．选择相隔0.1 s的若干个计数点进行长度测量，并将数据填入下面表格中． 计数点位 置编号 0 1 2 3 4 5 6 时间t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 相邻计数 点间的距 离s/m 对应计数 点的速度 v/(m·s－1) 四、数据处理 1．用逐差法求加速度 以取六个间隔为例，则 a1＝. ，a3＝，a2＝ 加速度的平均值为 a＝(a1＋a2＋a3)＝ ＝[(s4＋s5＋s6)－(s1＋s2＋s3)]． 逐差法处理数据求加速度的平均值，好处是各个数据都得到了利用，达到正、负偶然误差充分抵消的作用，使计算结果更接近真实值． 2．用v ­t图象求加速度 (1)在三条纸带中选择一条最清晰的，舍掉开头一些比较密集的点迹，在后边便于测量的地方找一个开始点，为了测量方便和减小误差，通常选择相隔0.1 s的若干计数点进行测量，在选好的开始点下面标明0，在第六个点下面标1，在第11个点的下面标2，依此类推，每5个点下面计一个数，这些标数字的点叫作计数点．如图所示，测出两相邻计数点的距离分别为s1、s2、s3…填入下表． 位置间隔 0～1 1～2 2～3 3～4 4～5 间隔距离s/m (2)根据测量结果，再利用匀变速直线运动的瞬时速度的求解方法，即中间时刻的瞬时速度可以用这段时间内的平均速度来求解，也就是vn＝可求出打第n个计数点时纸带的瞬时速度，并将瞬时速度的值填入下表． 位置编号 1 2 3 4 时间t/s 速度v/(m·s－1) (3)作出速度—时间图象． 在坐标纸上，以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系．根据上表中的v、t数据，在直角坐标系中描点，如图所示，通过观察、思考，找出这些点的分布规律，然后根据这些点的分布趋向，用一条平滑的曲线(包括直线)连接这些点，并尽量让多数点落在曲线上(或直线上)，不在曲线(或直线)上的点应分布在曲线(或直线)两侧，且两侧的点数大致相同． 五、误差分析 误差 产生原因 减小方法 偶然误差 ①纸带上计数点间距离的测量 ①多次测量求平均值 ②v ­t图作出的并非一条直线 ②大多数点在线上，不在线上的点尽可能均匀分布在直线两侧 系统误差 ①小车、纸带运动过程中有摩擦 ①使用电火花打点计时器 ②电源的不稳定性 ②使用稳压电源 六、注意事项 1．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器． 2．应该是先接通电源，等打点稳定后，再释放小车． 3．打点完毕，立即