高中物理课件（人教版2019必修第一册）实验 匀变速直线运动的实验研究(逐差法求加速度)(课件)

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第二章 匀变速直线运动的研究实验 匀变速直线运动的实验研究——逐差法求加速度基本原理与操作数据处理与分析典例分析1．电磁打点计时器是一种使用_________(交流或直流)电源的________仪器，它的工作电压是________。当电源频率是50赫兹时，它每隔________s打一次点。2．根据打点计时器打出的纸带，我们可以从纸带上直接得到的物理量是( ) A．时间间隔 B．位移 C．加速度 D．平均速度交流打点计时约8v0.02AB基本原理与操作(1)练习正确使用打点计时器(2)会利用纸带求匀变速直线运动的瞬时速度、加速度(3)会利用纸带探究小车速度随时问变化的规律，并能画出小车运动的v-t图象，根据图象求加速度。电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片．实验目的实验器材⑴作用：计时仪器，接频率为50 Hz交变电流，每隔0.02 s打一次点。认识“两种仪器”电磁打点计时器：约8V交流电源⑵工作条件电火花计时器：220 V交流电源区别“两种点”——计时点和计数点计数点是人们根据需要选择一定数目的点，两个相邻计数点间的时间间隔由选择点的个数而定。计时点是打点计时器打在纸带上的实际点，两相邻点间的时间间隔为0.02 s；实验原理与操作(1)平行：细绳、纸带与长木板平行(2)靠近：小车释放前，应靠近打点计时器的位置(3)先后：实验时先接通电源，后释放小车；实验后先断开电源，后取下纸带(4)适当：悬挂钩码要适当，避免纸带打出的点太少或过于密集数据处理与分析在纸带上测出各个连续相等的时间T内的位移分别是x1、x2、…、xn。(1)如果x1＝x2＝…＝xn，则物体做匀速直线运动。(2)如果x2－x1＝x3－x2＝…＝xn－xn－1≠0，即在连续相等时间内的位移差相等，则物体做匀变速直线运动（位移差也等于aT 2 ）；如果不相等，则物体做变加速直线运动。应用纸带判断物体的运动性质：思考：利用纸带如何求运动物体的加速度？中间时刻的瞬时速度计算公式：  应用纸带求解物体的速度：  所取的纸带对每一个位移差分别求出加速度，再求加速度的平均值．两种求平均值的实质是相同的。-------达不到减小偶然误差的目的．  应用纸带求解物体的加速度：如图，纸带上测得连续6个相同时间T内的位移x1、x2、x3、…、x6，应分为3组     此式把各段位移都利用上，有效地减小了仅由两次位移测量带来的偶然误差，这种方法被称为逐差法．偶数由xm－xn=(m－n)aT2得偶数段用逐差法求加速度逐差法的实质是将纸带分为时间间隔相等的两大段来处理：如图所示，如果纸带上测得连续5个相同时间T内的位移x1、x2、x3、…、x5    奇数由xm－xn=(m－n)aT2得x1x2x3x4x5OABCDE去掉最短的一段，留连续部分（去掉的可能是第一段也可能是最后一段）奇数段用逐差法求加速度去掉      偶数段都要分组进行求解奇数段如果去掉中间段★使用逐差法的目的是减小误差，而不是为了计算方便。由于高中阶段数据一般都是理想的，所以奇数段仍可以采取去掉最短一段的方法，利用偶数段公式求解。1、 根据所得数据，选择合适的标度建立直角坐标系2、 根据所得数据描出各点的位置（描点法）,观察和思考各点的分布规律。3、各点的分布大致都落在一条直线上，因此，我们可以推断：如果没有实验误差的理想情况下，所描出的各点应全部落到这条直线上。画直线时，让尽可能多的点处在这条直线上，其余均匀分布，去掉偏差太大的点。v-t 图象法求加速度×××××△t=0.4s△V=？0.2m/s典例分析【例题1】在某次实验中，如图甲所示为一次记录小车运动情况的纸带，其中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔T＝0.1 s。(1)根据纸带信息可判定小车做_______________运动。(2)计算各点瞬时速度：vB＝________ m/s，vC＝_______ m/s，vD＝________ m/s。(3)以打A点为计时起点，在图乙所示坐标中作出小车的v-­t图线，并根据图线求出a＝________。(4)图线与纵轴交点的物理意义是________________________ 。解析：匀加速直线运动0.1380.2460.390表示计数点A对应的速度大小1.26 m/s2 解析：【例题2】如图所示是某同学测量匀变速直线运动的加速度时，从若干纸带中选中的一条纸带的一部分，他每隔4个点取一个计数点，图上注明了他对各个计数点间距离的测量结果。(单位：cm)(1)为了证明小车的运动是匀变速直线运动，请进行下列计算，填入表内(单位：cm)。各位移差与平均值最多相差________cm，由此可得出结论：在________范围内，小车在________的位移之差相等，所以小车的运动是________________________。(2)小车的加速度为________m/s2。(1)由题中数据可求各位移差依次为1.60 cm、1.55 cm、1.62 cm、1.53 cm、1.61 cm，其平均值Δx≈1.58 cm，各位移差与平均值最多相差0.05 cm，所以在误差允许范围内，小车在相邻相等时间内位移之差相等，因此小车做匀加速直线运动。1.60 cm 1.55 cm 1.62 cm 1.53 cm 1.61 cm 1.58 cm0.05 误差允许相邻相等时间内匀加速直线运动1.58 1、实验情景的变化【例题3】某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图2(a)所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图(b)记录了桌面上连续6个水滴的位置。(已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴) (1)由图(b)可知，小车在桌面上是________(填“从右向左”或“从左向右”)运动的。(1)小车在阻力的作用下做减速运动，由图(b)知，从右向左相邻水滴间的距离逐渐减小，所以小车在桌面上是从右向左运动。从右向左解析：【例题3】 (2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图(b)中A点位置时的速度大小为________ m/s，加速度大小为________ m/s2。(结果均保留2位有效数字)解析：0.19 0.038 2、实验方法的拓展【例题4】某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。实验步骤如下：①如图3(a)，将光电门固定在斜面下端附近：将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；②当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间Δt；③用Δs表示挡光片沿运动方向的长度，如图(b)所示，表示滑块在挡光片遮住光线的Δt时间内的平均速度大小，求出；④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中的位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②、③；⑤多次重复步骤④； 52.116.3vA＋aΔt/2　 (1)利用连接体使滑块做匀变速直线运动，如图甲所示。若知道滑块通过光电门的时间Δt，就可用v＝求出滑块通过光电门的瞬时速度。(2)利用斜面使滑块做匀加速直线运动，如图乙所示。若知道滑块通过两光电门间的运动时间或者两光电门之间的距离，就可以求出滑块运动的加速度。(3)利用落体法使小球做匀加速直线运动，如图丙所示。利用＝v0＋at，作出－t图线，可由k＝确定加速度a的大小。光电门问题可以有如下几点拓展变化【例题5】如图所示为用频闪相机拍摄的羽毛与苹果同时下落的局部频闪照片，已知该频闪相机每隔Δt时间闪光一次。(1)这个实验表明：如果我们可以减小________对物体下落运动的影响，直至其可以忽略，那么重量不同的物体下落快慢程度将会相同。(2)关于图中的x1、x2、x3，下列关系一定正确的是____________(填选项字母)。A．x1∶x2∶x3＝1∶4∶9 B．x1∶x2∶x3＝1∶3∶5 C．2x2＝x3＋x1(3)利用图片提供的信息可以求出当地的重力加速度值g，可知g＝________(填选项字母)。解析：空气阻力C C 【例题6】某同学用如图（a）所示的实验装置研究匀变速运动，将木块从倾角为θ的木板上静止释放，与位移传感器连接的计算机描绘出了木块相对传感器的位置随时间变化的规律，如图（b）中的曲线2所示。图中木块的位置从x1到x2、从x2到x3的运动时间均为T。(1)根据图（b）可得、木块经过位置x2时的速度v2=______，木块运动的加速度a=______；(2)若只增大木板的倾角，则木块相对传感器的位置随时间变化的规律可能是图b中的曲线_____（选填图线序号①②③）（已知木板的倾角越大，木块的加速度越大。）(1)木块在斜面上做匀加速直线运动，木块位移为x2时为x1到x3的中间时刻，故相邻相等时间内位移之差(2) 若只增大木板倾斜的角度，加速度增大，根据可知木块相对传感器的位移随时间变化规律可能是图中的①。解析：       ①1、小华同学在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，选出了如图所示的一条纸带(每两个点间还有4个点没有画出)。打点计时器的电源频率为50 Hz。(1)根据纸带上的数据，计算E点时小车的瞬时速度并填入表中。(2)小华同学根据实验数据在图乙中画出了小车的图像。请你根据v-t图像判断小车做的是_______(填写序号) A.匀速直线运动 B.匀变速直线运动 C.非匀变速直线运动解析：1.39B1、小华同学在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，选出了如图所示的一条纸带(每两个点间还有4个点没有画出)。打点计时器的电源频率为50 Hz。(3)小红同学用以下方法绘制了小车运动的v-t图像：第一，先把纸带每隔0.1 s剪断，得到若干短纸条；第二、再把这些纸条并排贴在一张纸上，使这些纸条下端对齐，作为时间坐标轴，标出时间；第三，将纸条上端中心连起来，于是得到v－t图像。请回答这样做__________(选填“可行”“不可行”)，简要说明其理由____________。 (3) 因为剪断的纸带所用的时间都是t＝0.1s，即时间t相等，所以纸带的长度之比等于此段纸带的平均速度之比；而此段纸带的平均速度等于这段纸带中间时刻的速度。最后得出结论：纸带的长度之比等于此段纸带的平均速度之比，还等于各段纸带中间时刻的速度之比，即纸带的高度之比等于中间时刻速度之比，因此该做法是合理的。可行2、某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究。物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出。在A、B、C、D、E五个点中，打点计时器最先打出的是________点。在打出C点时物块的速度大小为________m/s(保留3位有效数字)；物块下滑的加速度大小为________m/s2(保留2位有效数字)。A0.2330.753、甲、乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。实验中，甲同学负责释放金属小球，乙同学负责在小球自由下落的时候拍照。已知相机每间隔0.1 s拍1幅照片。(1)若要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实验中还必须使用的器材是________。(填正确答案标号) A.米尺 B.秒表 C.光电门 D.天平(2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法。 答：____________________________________________________________(3)实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab＝24.5 cm、ac＝58.7 cm，则该地的重力加速度大小为g＝________m/s2。(保留2位有效数字)(1)利用频闪照片测重力加速度时需要测量小球下落的距离，因此实验时必须使用米尺。(2)将米尺竖直放置，小球靠近米尺下落，从照片上直接读出小球下落的距离。(3)根据Δx＝gT2得重力加速度大小将米尺竖直放置，使小球下落时尽量靠近米尺　A9.74、用图所示的实验装置来测量匀变速直线运动的加速度。(1)实验的主要步骤：①用尺测量挡光片的宽度d＝6.60mm；②用刻度尺测量A点到光电门所在位置B点之间的水平距离x；③滑块从A点静止释放(已知砝码落地前挡光片已通过光电门)；④读出挡光片通过光电门所用的时间t；⑤改变光电门的位置，滑块每次都从A点静止释放，测量相应的x值并读出t值。 2.38×1040.518感谢您的耐心聆听I'd like to finish by saying how grateful I am for your attention.