第二章 第三节 测量匀变速直线运动的加速度（教师用书）-2022-2023学年新教材高中物理必修第一册【金版新学案】同步导学（粤教版2019）

第三节　测量匀变速直线运动的加速度 [学习目标]　1.能完成测量匀变速直线运动的加速度实验.2.能根据已有实验方案，使用打点计时器等器材测量实验数据，能分析实验数据及实验中的误差.3.学会分析纸带记录的信息，能运用图像法处理实验数据． 一、实验目的 1．测量匀变速直线运动的瞬时速度和加速度． 2．判断沿斜面下滑的小车是否做匀变速直线运动． 3．进一步练习使用打点计时器． 二、实验器材 打点计时器、纸带、复写纸、交流电源、小车、细绳、一端附有定滑轮的长木板、刻度尺、钩码、导线等． 三、实验原理与设计 利用打出的纸带，计算出多个点的瞬时速度，分析速度和时间的关系． 1．计算打下各计数点时小车的速度，应以计数点为中间时刻，在计数点附近取一个很短的时间Δt，用Δt内的平均速度作为小车打下该计数点时的瞬时速度． 2．用描点法作出小车的v ­t图像，图像的斜率表示加速度．若v ­t图像是一条倾斜的直线，说明小车的速度是均匀变化的． 四、实验步骤 1．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(若使用电磁打点计时器，接4～6 V的低压交流电源；若使用电火花计时器，接220 V的交流电源)． 2．在让纸带穿过打点计时器的限位孔后，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，则时间间隔T＝0.02 s×5＝0.1 s. 确定恰当的计数点，并标上序号0，1，2，3，…，如图所示．每两个相邻计数点间的距离分别为s1，s2，s3，… 5．设计实验数据记录表格，分析处理数据． 五、数据分析 1．将t和s的相应数据填入下表中．计算计数点对应的瞬时速度(利用＝，求得对应每一计数点的小车瞬时速度vi)． 计数点 时间t/s 位移s/m 速度v/(m·s－1) 加速度a/(m·s－2) 1 2 3 4 5 6 2.用图像法处理实验数据，求出小车的加速度．以t为横坐标、v为纵坐标建立直角坐标系，如图所示． 六、实验结论 如果没有实验误差的影响，所作的v ­t图像是一条倾斜的直线，则可判断小车做匀变速直线运动．选取图线中容易读取的两个点(t1，v1)和(t2，v2)，根据k＝求得直线的斜率，即为小车运动的加速度a. 七、误差分析 1．偶然误差 (1)纸带上计数点间距测量有偶然误差，故要多测几组数据，以尽量减小误差． (2)作图有偶然误差，因此在描点时最好用坐标纸在纵、横坐标轴上选取合适的单位，用细铅笔认真描点． 2．系统误差 (1)纸带运动时摩擦不均匀，打点不稳定引起误差，所以安装时纸带、细绳要与长木板平行，同时选择符合要求的交流电源的电压及频率． (2)木板的粗糙程度并非完全相同，这样测量得到的加速度只能是所测量段的平均加速度，为减小误差可在木板上铺一层白纸或换用气垫导轨. 探究点一　实验原理与操作 在“测量小车的加速度”实验中． (1)下列给出的器材中，有一部分已经选好了，请选出还需要的器材． A．电磁打点计时器　B．天平　C．低压交流电源　D．低压直流电源　E．纸带　F．小车　G．秒表　H．长木板　I．刻度尺 选出的器材有A、E、F、H，还需要________． (2)某同学做此实验时步骤如下： A．尽量将小车移至靠近打点计时器处，释放小车，再接通电源． B．将打点计时器固定在长木板一端，并将该端垫高，接好电路． C．待小车滑到斜面底端时止住小车后，直接取下纸带． D．将纸带一端穿过打点计时器，另一端固定于小车． E．换上新纸带，重复操作3次，然后从各纸带中选取一条清晰的进行数据处理． 其中错误的步骤有： ①_____________________________________________________________________； ②_____________________________________________________________________. 将以上步骤完善后按合理的顺序填写在下面横线上． _________________________________________________________________