1、實(shí)驗(yàn)課1研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),-2-,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,學(xué)會(huì)通過紙帶上的點(diǎn)研究物體的運(yùn)動(dòng)情況。 2.會(huì)利用紙帶求勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度、加速度。 3.利用打點(diǎn)紙帶探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律,并能畫出小車運(yùn)動(dòng)的v-t圖像,根據(jù)圖像求加速度。 二、實(shí)驗(yàn)器材 電火花計(jì)時(shí)器(或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)、一端附有滑輪的長(zhǎng)木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙片。,-3-,三、實(shí)驗(yàn)原理 1.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器原理,-4-,2.勻變速直線運(yùn)動(dòng)的分析 (1)利用紙帶判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的方法 沿直線運(yùn)動(dòng)的物體在連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移分別為x1,x2,x3,x4, xn,若x=x

2、2-x1=x3-x2=x4-x3=xn-xn-1,則說明物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。 (2)速度的求解方法 用“平均速度法”求速度,即 ,如圖所示。,-5-,-6-,四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.把附有滑輪的長(zhǎng)木板放在實(shí)驗(yàn)桌上,并使有滑輪一端伸出桌面,把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上沒有滑輪的一端,連接好電路。 2.把一條細(xì)繩拴在小車上,細(xì)繩繞過滑輪,下邊掛上合適的鉤碼,將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,固定在小車的后面。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,放手后,看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行。 3.把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處,先接通電源,后放開小車,讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn)。換上新紙帶,重復(fù)三次。,-7-,五、

3、數(shù)據(jù)處理 1.由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出v-t圖像 (1)從幾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(diǎn),在后面便于測(cè)量的地方找一個(gè)開始點(diǎn),以后依次每五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),確定好計(jì)數(shù)開始點(diǎn),并標(biāo)明0、1、2、3、4,測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)的距離x,并填入表中。,-8-,(2)利用一段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求得各計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、4的瞬時(shí)速度,填入上面的表格中。 (3)根據(jù)表格中的v、t數(shù)據(jù),在直角坐標(biāo)系中描點(diǎn)。 (4)根據(jù)描點(diǎn)作一條直線,使盡量多的點(diǎn)落到這條直線上,落不到直線上的各點(diǎn)盡可能均勻分布在直線的兩側(cè),如圖所示。,-9-,2.小車運(yùn)動(dòng)的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律 (1)小

4、車運(yùn)動(dòng)的v-t圖像是一條傾斜的直線,如圖所示,當(dāng)時(shí)間增加相同的值t,速度也會(huì)增加相同的值v時(shí),可以得出結(jié)論:小車的速度隨時(shí)間均勻變化。 (2)既然小車的v-t圖像是一條傾斜的直線,那么v隨t變化的函數(shù)關(guān)系式為v=kt+b,所以小車的速度隨時(shí)間均勻變化。,-10-,六、注意事項(xiàng) 1.平行 紙帶、細(xì)繩要和長(zhǎng)木板平行。 2.靠近 釋放小車前,應(yīng)使小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置。 3.先后順序 實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源,后釋放小車;一次實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)先斷開電源,后取下紙帶。 4.防止碰撞 在到達(dá)長(zhǎng)木板末端前應(yīng)讓小車停止運(yùn)動(dòng),防止鉤碼落地或小車與滑輪碰撞。 5.減小誤差 細(xì)繩的另一端掛的鉤碼個(gè)數(shù)要適當(dāng),避免速度過大

5、而使紙帶上打的點(diǎn)太少,或者速度太小使紙帶上打的點(diǎn)過于密集。,-11-,6.紙帶選取 選擇一條點(diǎn)跡清晰的紙帶,舍棄點(diǎn)密集部分,適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)。 7.準(zhǔn)確作圖 在坐標(biāo)紙上,縱、橫軸選取合適的單位(避免所描點(diǎn)過密或過疏,而導(dǎo)致誤差過大),仔細(xì)描點(diǎn)連線,不能連成折線,應(yīng)作一條平滑曲線,讓盡量多的點(diǎn)落到這條曲線上,落不到曲線上的各點(diǎn)應(yīng)均勻分布在曲線的兩側(cè)。,-12-,七、誤差分析 1.紙帶運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦不均勻,打點(diǎn)不穩(wěn)定引起誤差。所以安裝時(shí)紙帶、細(xì)繩要與長(zhǎng)木板平行,同時(shí)選擇符合要求的交流電源的電壓及頻率。 2.測(cè)量紙帶誤差,為減小誤差,舍棄點(diǎn)密集部分,適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)。 3.紙帶上計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測(cè)量有偶然誤差,故

6、要多測(cè)幾組數(shù)據(jù),以盡量減小誤差。 4.用作圖法作出的v-t圖像不是一條直線。在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)時(shí),縱、橫軸選取合適的單位,描點(diǎn)連線時(shí),不能連成折線,讓各點(diǎn)盡量落到曲線上,落不到曲線上的各點(diǎn)應(yīng)均勻分布在曲線的兩側(cè)。,-13-,考向1,考向2,考向3,實(shí)驗(yàn)原理與操作 例1(2016天津卷)某同學(xué)利用圖甲所示的裝置研究小車的勻變速直線運(yùn)動(dòng)。 甲 (1)實(shí)驗(yàn)中,必需的措施是。 A.細(xì)線必須與長(zhǎng)木板平行 B.先接通電源再釋放小車 C.小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量 D.平衡小車與長(zhǎng)木板間的摩擦力,-14-,考向1,考向2,考向3,(2)他實(shí)驗(yàn)時(shí)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到頻率為50 Hz的交流電源上,得到一條紙帶,打出的部

7、分計(jì)數(shù)點(diǎn)如圖乙所示(每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn),圖中未畫出)。s1=3.59 cm,s2=4.41 cm,s3=5.19 cm,s4=5.97 cm, s5=6.78 cm,s6=7.64 cm。則小車的加速度a= m/s2(要求充分利用測(cè)量的數(shù)據(jù)),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打B點(diǎn)時(shí)小車的速度vB= m/s。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字),乙,-15-,考向1,考向2,考向3,解析 (1)實(shí)驗(yàn)時(shí),細(xì)線必須與長(zhǎng)木板平行,以減小實(shí)驗(yàn)的誤差,選項(xiàng)A正確;實(shí)驗(yàn)時(shí)要先接通電源再釋放小車,選項(xiàng)B正確;此實(shí)驗(yàn)中沒必要使小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;此實(shí)驗(yàn)中不需要平衡小車與長(zhǎng)木板間的摩擦力,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。,答案 (

8、1)AB(2)0.800.40,-16-,考向1,考向2,考向3,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與誤差分析 例2(2018天津?qū)嶒?yàn)中學(xué)模擬)在做研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)時(shí),某同學(xué)得到一條用電火花計(jì)時(shí)器打下的紙帶如圖甲所示,并在其上取了A、B、C、D、E、F、G 7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)圖中沒有畫出,電火花計(jì)時(shí)器接220 V、 50 Hz交流電源。他經(jīng)過測(cè)量并計(jì)算得到電火花計(jì)時(shí)器在打B、C、D、E、F各點(diǎn)時(shí)物體的瞬時(shí)速度如下表:,-17-,考向1,考向2,考向3,甲 (1)設(shè)電火花計(jì)時(shí)器的周期為T,計(jì)算vF的公式為vF=。,-18-,考向1,考向2,考向3,(2)根據(jù)(1)中得到的數(shù)據(jù),以A點(diǎn)對(duì)應(yīng)

9、的時(shí)刻為t=0,試在圖乙所示坐標(biāo)系中合理地選擇標(biāo)度,作出v-t圖像。 乙,-19-,考向1,考向2,考向3,(3)利用該圖像求得物體的加速度a= m/s2。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字) (4)如果當(dāng)時(shí)電網(wǎng)中交變電流的電壓變成210 V,而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道,那么加速度的測(cè)量值與實(shí)際值相比(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。,-20-,考向1,考向2,考向3,解析 (1)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于該過程中的平均速度,電火花計(jì)時(shí)器的周期為T,所以從E點(diǎn)到G點(diǎn)時(shí)間為10T,有 (2)根據(jù)表中數(shù)據(jù),利用描點(diǎn)法作出圖像如圖所示:,-21-,考向1,考向2,考向3,(3)圖像斜率大小等于加速度大

10、小,故a= =0.40 m/s2。 (4)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率與交流電源的頻率相同,電源電壓降低不改變打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)周期,所以對(duì)測(cè)量結(jié)果沒有影響。,答案 (1) (2)圖見解析(3)0.40(4)不變,-22-,考向1,考向2,考向3,實(shí)驗(yàn)探究拓展 1.實(shí)驗(yàn)情景拓展,-23-,考向1,考向2,考向3,-24-,考向1,考向2,考向3,3.借助傳感器用計(jì)算器測(cè)速度新教材新實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)原理 (1)根據(jù)計(jì)算機(jī)接收到紅外線和超聲波的時(shí)間差來計(jì)算發(fā)射器到接收器之間的距離。 (2)根據(jù)兩次測(cè)量發(fā)射器的位置,測(cè)得位移差x。 (3)根據(jù)公式 求平均速度。,-25-,考向1,考向2,考向3,實(shí)驗(yàn)操作,(1)傳感器

11、系統(tǒng)由A、B兩個(gè)小盒子組成,A盒裝有紅外線發(fā)射器和超聲波發(fā)射器,B盒裝有紅外線接收器和超聲波接收器。A盒固定在被測(cè)的運(yùn)動(dòng)物體上,B盒固定在桌面或滑軌上。 (2)A向右運(yùn)動(dòng),A向B同時(shí)發(fā)射一個(gè)紅外線脈沖和一個(gè)超聲波脈沖(持續(xù)時(shí)間很短的一束紅外線和一束超聲波),從B收到紅外線脈沖開始計(jì)時(shí),B收到超聲波脈沖時(shí)停止計(jì)時(shí),設(shè)記錄的時(shí)間為t1。,-26-,考向1,考向2,考向3,(3)經(jīng)過短暫的時(shí)間t后,A向B再次發(fā)射一個(gè)紅外線脈沖和一個(gè)超聲波脈沖,從B收到紅外線脈沖開始計(jì)時(shí),B收到超聲波脈沖停止計(jì)時(shí),設(shè)記錄的時(shí)間為t2。,-27-,考向1,考向2,考向3,例3(2018山東濟(jì)南質(zhì)檢)借助運(yùn)動(dòng)傳感器可用計(jì)

12、算機(jī)測(cè)出物體運(yùn)動(dòng)的速度。如圖所示,傳感器系統(tǒng)由兩個(gè)小盒子A、B組成,A盒裝有紅外線發(fā)射器和超聲波發(fā)射器,它裝在被測(cè)物體上,每隔0.3 s可同時(shí)發(fā)射一個(gè)紅外線脈沖和一個(gè)超聲波脈沖;B盒裝有紅外線接收器和超聲波接收器,B盒收到紅外線脈沖時(shí)開始計(jì)時(shí)(紅外線的傳播時(shí)間可以忽略不計(jì)),收到超聲波脈沖時(shí)停止計(jì)時(shí)。在某次測(cè)量中,B盒記錄到的連續(xù)兩個(gè)超聲波脈沖所需的時(shí)間分別為0.15 s和0.155 s,請(qǐng)仔細(xì)閱讀并準(zhǔn)確理解上述提供的信息。 (1)簡(jiǎn)要分析:A盒運(yùn)動(dòng)方向是背離B盒還是靠近B盒?(聲速取340 m/s) (2)該物體運(yùn)動(dòng)的速度為多少?,-28-,考向1,考向2,考向3,解析 (1)B盒記錄到的連

13、續(xù)兩個(gè)超聲波脈沖所需的時(shí)間分別為0.15 s和0.155 s,時(shí)間變長(zhǎng),因此兩物體距離變遠(yuǎn),s變大,故A盒運(yùn)動(dòng)方向是背離B盒。 (2)由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式s=vt, 得s1=vt1=3400.15 m=51 m,s2=vt2=3400.155 m=52.7 m,答案 (1)A盒運(yùn)動(dòng)方向是背離B盒(2)5.7 m/s,-29-,考向1,考向2,考向3,例4(2017全國(guó)卷)某同學(xué)研究在固定斜面上運(yùn)動(dòng)物體的平均速度、瞬時(shí)速度和加速度之間的關(guān)系。使用的器材有:斜面、滑塊、長(zhǎng)度不同的矩形擋光片、光電計(jì)時(shí)器。 實(shí)驗(yàn)步驟如下: 如圖甲所示,將光電門固定在斜面下端附近:將一擋光片安裝在滑塊上,記下?lián)豕馄岸讼鄬?duì)于斜面的位置,令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑。,甲,-30-,考向1,考向2,考向3,當(dāng)滑塊上的擋光片經(jīng)過光電門時(shí),用光電計(jì)時(shí)器測(cè)得光線被擋光片遮住的時(shí)間t。 用s表示擋光片沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度(如圖乙所示), 表示滑塊在擋光片遮住光線的t時(shí)間內(nèi)的平均速度大小,求出 。,乙,將另一擋光片換到滑塊上,使滑塊上的擋光片前端與中的位置