实验一匀变速直线运动省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

试验一：研究匀变速直线运动试验一：研究匀变速直线运动一、试验要求一、试验要求1.1.练习练习使用使用打点计时器，学会用打点纸带研究小车运打点计时器，学会用打点纸带研究小车运动情况动情况2.2.会利用打点纸带会利用打点纸带求求匀变速直线运动匀变速直线运动速度、加速度速度、加速度3.3.能画出小车运动能画出小车运动v-tv-t图象图象，依据图象求加速度，依据图象求加速度二、试验原理二、试验原理1.1.打点计时器打点计时器(1)(1)作用：计时仪器，当所用交流电源频率作用：计时仪器，当所用交流电源频率f=50Hzf=50Hz时，时，每隔每隔0.02s0.02s打一次点打一次点.电磁电磁打点计时器：打点计时器：4-6V4-6V交流电源交流电源.(2)(2)工作条件工作条件 电火花电火花打点计时器：打点计时器：220V220V交流电源交流电源.第1页(3)(3)纸带上点意义纸带上点意义.表示和纸带相连物体在表示和纸带相连物体在不一样时刻位置不一样时刻位置.能够利用纸带上打出点确定计数点间能够利用纸带上打出点确定计数点间时间间隔时间间隔.经过研究纸带上经过研究纸带上各点之间间距各点之间间距，能够判断物体运动，能够判断物体运动情况情况.2.2.利用纸带利用纸带判断判断物体是否做匀变速直线运动方法物体是否做匀变速直线运动方法设设s s1 1、s s2 2、s s3 3、s s4 4为纸带上相邻两个计数点之间距离，为纸带上相邻两个计数点之间距离，假如假如s=ss=s2 2-s-s1 1=s=s3 3-s-s2 2=s=s4 4-s-s3 3=常数常数，即连续相等时间，即连续相等时间间隔内位移之差为恒量，则与纸带相连物体做匀变速间隔内位移之差为恒量，则与纸带相连物体做匀变速直线运动直线运动.第2页打点计时器、一端附有滑轮长木板、小车、纸带、细打点计时器、一端附有滑轮长木板、小车、纸带、细绳、钩码、绳、钩码、刻度尺刻度尺、导线、交流电源、复写纸、导线、交流电源、复写纸.三、试验器材三、试验器材四、试验步骤四、试验步骤1.1.把带有滑轮长木板平放在试验桌上，将滑轮伸出桌面，把带有滑轮长木板平放在试验桌上，将滑轮伸出桌面，把打点计时器把打点计时器固定固定在长木板上没有滑轮一端，并把打点在长木板上没有滑轮一端，并把打点计时器计时器连接连接在电源上在电源上第3页2.2.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边挂把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边挂上适当钩码上适当钩码.把纸带穿过打点计时器复写纸下，并把它把纸带穿过打点计时器复写纸下，并把它一端固定在小车后面，一端固定在小车后面，调整滑轮高度，使细绳与长木调整滑轮高度，使细绳与长木板平行板平行.如图所表示如图所表示3.将小车停在将小车停在靠近靠近打点计时器处，打点计时器处，先接通电源先接通电源，等打，等打点计时器打点稳定后，放开小车点计时器打点稳定后，放开小车.换上新纸带，换上新纸带，重复试重复试验验3次次第4页4.4.从几条纸带中选择一条比较理想纸带，舍掉开始一从几条纸带中选择一条比较理想纸带，舍掉开始一些比较密集点，在后面些比较密集点，在后面便于测量地方找一个开始点便于测量地方找一个开始点，以后依次每五个点取一个计数点，确定好计数始点，以后依次每五个点取一个计数点，确定好计数始点，并标明并标明0 0、1 1、2 2、3 3、44，测量，测量各计数点到各计数点到0 0点距离点距离d d，统计并填入表中，统计并填入表中位置编号位置编号0 01 12 23 34 45 56 6时间时间t/st/s-d/md/m-s/ms/m-v/msv/ms-1-1-第5页五、数据处理五、数据处理1.1.由试验数据得出由试验数据得出v-tv-t图象图象(1)(1)依据表格中依据表格中v v、t t数据，在直角数据，在直角坐标系中仔细描点坐标系中仔细描点.(2)(2)作一条直线作一条直线，使同一次试验得到，使同一次试验得到各点尽可能落到这条直线上，落不到直线上各点应均匀各点尽可能落到这条直线上，落不到直线上各点应均匀分布在直线两侧分布在直线两侧，这条直线就是此次试验，这条直线就是此次试验v-tv-t图线，它图线，它是一条倾斜直线是一条倾斜直线.第6页2.图象分析：(1)直接分析图象特点得出.小车运动v-t图象是一条倾斜直线，如图所示，当初间增加相同值t，速度也会增加相同值v，由此得出结论：小车速度随时间均匀变化.(2)(2)经过函数关系深入得到，既然小车运动经过函数关系深入得到，既然小车运动v-tv-t图象是图象是一条倾斜直线，那么一条倾斜直线，那么v v随随t t改变改变函数关系式为函数关系式为v vktktb b，显然，显然v v与与t t成线性关系成线性关系，小车速度随时间均匀改变，小车速度随时间均匀改变.第7页1.1.小车运动时小车运动时摩擦摩擦不均匀，打点不稳定引发不均匀，打点不稳定引发系统误差系统误差2.2.纸带上计数点间距纸带上计数点间距测量测量以及以及作作v-tv-t图象图象引发引发偶然误差偶然误差六、主要误差分析六、主要误差分析七、注意事项七、注意事项1.1.平行平行：纸带、细绳要和长木板平行：纸带、细绳要和长木板平行2.2.靠近靠近：释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器：释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器位置位置3.3.一先一后一先一后：试验时应先接通电源，后释放小车；试：试验时应先接通电源，后释放小车；试验后先断开电源，后取下纸带验后先断开电源，后取下纸带4.4.预防碰撞预防碰撞：在抵达长木板末端前应让小车停顿运动，：在抵达长木板末端前应让小车停顿运动，预防钩码落地，小车与滑轮碰撞预防钩码落地，小车与滑轮碰撞第8页5.5.减小误差减小误差：小车另一端挂：小车另一端挂钩码个数要适当钩码个数要适当，防止速度，防止速度过大而使纸带上打点太少，或者速度太小，使纸带上打过大而使纸带上打点太少，或者速度太小，使纸带上打点过于密集点过于密集6.6.纸带选取纸带选取：选择一条点迹清楚纸带，舍弃点密集部分，：选择一条点迹清楚纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点适当选取计数点7.7.准确作图准确作图：在坐标纸上，纵、横轴选取适当单位，仔：在坐标纸上，纵、横轴选取适当单位，仔细描点连线，不能连成折线，应作一条直线，让各点尽细描点连线，不能连成折线，应作一条直线，让各点尽可能落到这条直线上，落不到直线上各点应均匀分布在可能落到这条直线上，落不到直线上各点应均匀分布在直线两侧直线两侧第9页1.1.钩码带动小车做加速运动时，因受钩码带动小车做加速运动时，因受摩擦摩擦等各方面影响，等各方面影响，致使小车加速度不恒定，即小车不能真正做匀加速直线致使小车加速度不恒定，即小车不能真正做匀加速直线运动，所以运动，所以可用阻力小气垫导轨可用阻力小气垫导轨替换长木板；替换长木板；2.2.用用频闪摄影或光电计时频闪摄影或光电计时方法替换打点计时器，可防止方法替换打点计时器，可防止因为因为电源频率不稳定电源频率不稳定，造成相邻两点间时间间隔不完全，造成相邻两点间时间间隔不完全相等，提升试验准确度相等，提升试验准确度.八、试验改进八、试验改进第10页1.1.某同学在某同学在测定匀变速直线运动加速度测定匀变速直线运动加速度时，得到了几条时，得到了几条较为理想纸带，并在每条纸带上每较为理想纸带，并在每条纸带上每5 5个计时点取一个计个计时点取一个计数点数点,依打点先后编为依打点先后编为0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5.5.因为不小心，因为不小心，纸带被撕断，部分缺失，如图所表示纸带被撕断，部分缺失，如图所表示.请依据给出甲、请依据给出甲、乙、丙、丁四段纸带回答：乙、丙、丁四段纸带回答：(1)(1)从纸带甲上撕下从纸带甲上撕下那段应该是乙、丙、丁那段应该是乙、丙、丁三段纸带中三段纸带中_._.(2)(2)打纸带甲时，物体打纸带甲时，物体加速度大小是加速度大小是_m/s_m/s2 2;打计数点打计数点1 1时，物体速时，物体速度大小是度大小是_m/s._m/s.第11页【解析解析】因小车做匀变速直线运动，加速度保持不变，打甲纸因小车做匀变速直线运动，加速度保持不变，打甲纸带时，加速度带时，加速度 m/sm/s2 2=0.6 m/s=0.6 m/s2 2,又小车运动加速度：又小车运动加速度：则则4 4、5 5两点间隔为：两点间隔为：s s5 5=s=s2 2+3aT+3aT2 2=36.010=36.010-3-3 m+30.60.1 m+30.60.12 2 m=5410 m=5410-3-3 m=54.0 mm,m=54.0 mm,所以从纸带甲上撕下那段应是丙所以从纸带甲上撕下那段应是丙.m/s=0.33 m/s.m/s=0.33 m/s.答案：答案：(1)(1)丙丙 (2)0.6 0.33(2)0.6 0.33第12页2.2.如图所表示，将打点计时器固定在铁架台上，使重物如图所表示，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置能够带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置能够测定重测定重力加速度力加速度.(1)所需器材有打点计时器所需器材有打点计时器(带导带导线线)、纸带、复写纸、带铁夹、纸带、复写纸、带铁夹铁架台和带夹子重物，另外铁架台和带夹子重物，另外还需还需_(填字母代号填字母代号)器材器材.A.直流电源、天平及砝码直流电源、天平及砝码 B.直流电源、毫米刻度尺直流电源、毫米刻度尺C.交流电源、天平及砝码交流电源、天平及砝码 D.交流电源、毫米刻度尺交流电源、毫米刻度尺第13页(2)(2)经过作图象方法能够剔除偶然误差较大数据，提升试经过作图象方法能够剔除偶然误差较大数据，提升试验准确程度验准确程度.为使图线斜率等于重力加速度，除作为使图线斜率等于重力加速度，除作v-tv-t图图象外，还可作象外，还可作_图象，其纵轴表示是图象，其纵轴表示是_，横轴表示是，横轴表示是_._.第14页【规范解答规范解答】(1)(1)选选D.D.打点计时器需接交流电源打点计时器需接交流电源.重力加速度与重力加速度与物体质量无关，所以不需要天平和砝码物体质量无关，所以不需要天平和砝码.计算速度需要测相邻计算速度需要测相邻计数点间距离，需要毫米刻度尺，故计数点间距离，需要毫米刻度尺，故D D正确正确.(2).(2)由公式由公式v v2 22gh2gh，如绘出，如绘出 图象，其斜率也等于重力加速度图象，其斜率也等于重力加速度.答案：答案：(1)D (2)(1)D (2)速度平方二分之一速度平方二分之一 重物下落高度重物下落高度第15页3.某学生利用某学生利用“研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动”试验装置来试验装置来测量测量一个质量一个质量m=50g重锤下落时加速度值重锤下落时加速度值，该学生将重锤固，该学生将重锤固定在纸带下端，让纸带穿过打点计时器，试验装置如图定在纸带下端，让纸带穿过打点计时器，试验装置如图所表示所表示.第16页(1)(1)以下是该同学正确试验操作和计算过程，请填写其以下是该同学正确试验操作和计算过程，请填写其中空白部分；中空白部分；试验操作：试验操作：_，释放纸带，让重锤，释放纸带，让重锤自由落下，自由落下，_._.取下纸带，取其中一段标出计数点如图所表示，测出取下纸带，取其中一段标出计数点如图所表示，测出相邻计数点间距离分别为相邻计数点间距离分别为s s1 1=2.60 cm=2.60 cm，s s2 2=4.14 cm=4.14 cm，s s3 3=5.69 cm=5.69 cm，s s4 4=7.22 cm=7.22 cm，s s5 5=8.75 cm=8.75 cm，s s6 6=10.29 cm=10.29 cm，已知打点计时器打点间隔已知打点计时器打点间隔T=0.02 sT=0.02 s，则重锤运动加速度，则重锤运动加速度计算表示式为计算表示式为a=_a=_，代入数据，可得加速度，代入数据，可得加速度a=_m/sa=_m/s2 2(计算结果保留三位有效数字计算结果保留三位有效数字).).第17页(2)(2)该同学从试验结果发觉，重锤下落时加速度比实际该同学从试验结果发觉，重锤下落时加速度比实际重力加速度小，为了有效地缩小这个试验测得加速度与重力加速度小，为了有效地缩小这个试验测得加速度与实际重力加速度之差，请你提出一个有效改进方法：实际重力加速度之差，请你提出一个有效改进方法：_._.第18页(2)(2)重锤下落时加速度比实际重力加速度小，是因为重锤下落时重锤下落时加速度比实际重力加速度小，是因为重锤下落时所受空气阻力过大或者纸带与打点计时器限位孔之间摩擦阻力所受空气阻力过大或者纸带与打点计时器限位孔之间摩擦阻力过大过大.为了有效地缩小这个试验测得加速度与实际重力加速度之为了有效地缩小这个试验测得加速度与实际重力加速度之差，能够将重锤换成较大质量重锤或者试验过程中重锤下落时差，能够将重锤换成较大质量重锤或者试验过程中重锤下落时尽可能减小纸带与限位孔之间摩擦尽可能减小纸带与限位孔之间摩擦.【解析解析】(1)(1)试验时，应先接通打点计时器电源，再释放纸试验时，应先接通打点计时器电源，再释放纸带，试验结束，应马上关闭电源带，试验结束，应马上关闭电源.由逐差法求解重锤下落加速度：由逐差法求解重锤下落加速度：答案：答案：(1)(1)接通电源接通电源 试验结束关闭电源试验结束关闭电源 9.60(9.599.60(9.599.619.61都正确都正确)(2)(2)将重锤换成较大质量重锤或者试验过程中重锤下落时尽可能将重锤换成较大质量重锤或者试验过程中重锤下落时尽可能减小纸带与限位孔之间摩擦减小纸带与限位孔之间摩擦第19页4.4.利用图利用图1 1所表示装置可所表示装置可测量滑块测量滑块在斜面上运动在斜面上运动加速度加速度.一斜面上安装有两个光电门，其中光电门乙固定在斜一斜面上安装有两个光电门，其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处，光电门甲位置可移动，当一带有遮面上靠近底端处，光电门甲位置可移动，当一带有遮光片滑块自斜面上滑下时，与两个光电门都相连计时光片滑块自斜面上滑下时，与两个光电门都相连计时器能够显示出遮光片从光电门甲至乙所用时间器能够显示出遮光片从光电门甲至乙所用时间t.t.改变光电门甲位置进行屡次测量改变光电门甲位置进行屡次测量，每次都使滑块从同，每次都使滑块从同一点由静止开始下滑，并用米尺测量甲、乙之间距离一点由静止开始下滑，并用米尺测量甲、乙之间距离x，记下对应，记下对应t值，所得数据如表所表示值，所得数据如表所表示.第20页x(m)x(m)0.5000.5000.6000.6000.7000.7000.8000.8000.9000.9000.9500.950t(ms)t(ms)292.9292.9371.5371.5452.3452.3552.8552.8673.8673.8776.4776.4x/t(m/s)x/t(m/s)1.711.711.621.621.551.551.451.451.341.341.221.22(1)(1)若滑块所受摩擦力为一常量，滑块加速度大小若滑块所受摩擦力为一常量，滑块加速度大小a a、滑块经过光电门乙时瞬时速度滑块经过光电门乙时瞬时速度v v1 1、测量值、测量值x x和和t t四个物四个物理量之间所满足关系式是理量之间所满足关系式是_；(2)(2)依据表中给出数据，在图依据表中给出数据，在图2 2给出坐标纸上画出给出坐标纸上画出 图图 线；线；(3)由所画出由所画出 图线，得出滑块图线，得出滑块加速度大小为加速度大小为a=_m/s2(保留保留2位有效数字位有效数字).第21页【规范解答规范解答】(1)(1)由运动学公式由运动学公式x=vx=v0 0t+att+at2 2=(v=(v1 1at)t+atat)t+at2 2=-at-at2 2v v1 1t t，变形为，变形为 ，从此式可知，从此式可知，图线是一图线是一条斜率为负值直线条斜率为负值直线.(2)(2)依据题目提供数据按依据题目提供数据按 进行处理，把处理数值对应描点，进行处理，把处理数值对应描点，然后用一根直线连接这些点，所得图象如图所表示然后用一根直线连接这些点，所得图象如图所表示.第22页(3)(3)由图线知斜率绝对值为由图线知斜率绝对值为 =1.0=1.0，又从，又从 atatv v1 1知，斜率绝对值为知，斜率绝对值为 a a，故有，故有 a=1.0a=1.0，即，即a=2.0 m/sa=2.0 m/s2 2.答案答案：(1)at+v(1)at+v1 1或或 +v+v1 1t t(2)(2)见规范解答图见规范解答图 (3)2.0(1.8(3)2.0(1.82.22.2范围内均正确范围内均正确)第23页5.5.光电计时器是一个研究物体运动情况惯用计时仪器，光电计时器是一个研究物体运动情况惯用计时仪器，其结构如图甲所表示，其结构如图甲所表示，a a、b b分别是光电门激光发射和接分别是光电门激光发射和接收装置，当有物体从收装置，当有物体从a a、b b间经过时，光电计时器就能够间经过时，光电计时器就能够准确地把物体准确地把物体从开始挡光到挡光结束时间从开始挡光到挡光结束时间统计下来统计下来.现利现利用图乙所表示装置用图乙所表示装置测量滑块和长木板间动摩擦因数测量滑块和长木板间动摩擦因数，图，图中中MNMN是水平桌面，是水平桌面，Q Q是长木板与桌面接触点，是长木板与桌面接触点，1 1和和2 2是固定是固定在长木板上适当位置两个光电门，与之连接两个光电计在长木板上适当位置两个光电门，与之连接两个光电计时器没有画出，长木板顶端时器没有画出，长木板顶端P P点悬有一铅锤，试验时，让点悬有一铅锤，试验时，让滑块从长木板顶端滑下，滑块从长木板顶端滑下，第24页光电门光电门1 1、2 2各自连接计时器显示挡光时间分别为各自连接计时器显示挡光时间分别为1.0101.0102 2s s和和4.0104.0103 3s.s.用精度为用精度为0.05mm0.05mm游标卡尺测游标卡尺测量滑块宽度为量滑块宽度为d d1.010cm.1.010cm.(1)(1)滑块经过光电门滑块经过光电门1 1时速度时速度v v1 1_m/s_m/s，滑块经过光，滑块经过光电门电门2 2时速度时速度v v2 2_m/s.(_m/s.(结果保留两位有效数字结果保留两位有效数字)第25页(2)(2)由此测得瞬时速度由此测得瞬时速度v v1 1和和v v2 2只是一个近似值，它们实质只是一个近似值，它们实质上是经过光电门上是经过光电门1 1和和2 2时时_，要使瞬时速度测量，要使瞬时速度测量值更靠近于真实值，可将值更靠近于真实值，可将_宽度减小一些宽度减小一些.(3)(3)为了计算出滑块加速度，除了测量为了计算出滑块加速度，除了测量d d、t t1 1和和t t2 2之外，之外，还需要测量还需要测量_._.则用这些物理量计算加速则用这些物理量计算加速度表示式为度表示式为a=_.a=_.第26页【解析解析】(1)v(1)v1 1 m/sm/s1.0 m/s1.0 m/sv v2 2 m/sm/s2.5 m/s2.5 m/s(2)v(2)v1 1、v v2 2实质上是滑块经过光电门实质上是滑块经过光电门1 1和和2 2时平均速度，要使瞬时平均速度，要使瞬时速度测量值更靠近于真实值，可将滑块宽度减小一些时速度测量值更靠近于真实值，可将滑块宽度减小一些.(3)(3)为了计算出滑块加速度，除了测量为了计算出滑块加速度，除了测量d d、t t1 1和和t t2 2之外，还需之外，还需要测量物理量有两种方案要测量物理量有两种方案.第27页方案一：测滑块由光电门方案一：测滑块由光电门1 1运动至光电门运动至光电门2 2所用时间所用时间t t，由，由v v2 2=v=v1 1+at+at得得方案二：测两光电门之间距离方案二：测两光电门之间距离L L，由，由 =2aL=2aL得得答案：答案：(1)1.0 2.5 (2)(1)1.0 2.5 (2)平均速度平均速度 滑块滑块(3)(3)滑块由光电门滑块由光电门1 1运动至光电门运动至光电门2 2所用时间所用时间t t或两光电门之间或两光电门之间距离距离L L 或或第28页6.6.小球做匀变速直线运动时频闪照片如图所表示，已知频小球做匀变速直线运动时频闪照片如图所表示，已知频闪周期闪周期T T0.1s0.1s，小球相邻位置间距分别为，小球相邻位置间距分别为OAOA6.51cm6.51cm，ABAB5.59cm5.59cm，BCBC4.70cm4.70cm，CDCD3.80cm3.80cm，DEDE2.89cm2.89cm，EFEF2.00cm.2.00cm.小球在位置小球在位置A A时速度大小时速度大小v vA A_m/s._m/s.小球小球运动加速度大小运动加速度大小a a_m/s_m/s2 2.(.(保留两位小数保留两位小数)第29页【解析解析】依据匀变速直线运动规律，小球经过依据匀变速直线运动规律，小球经过A A点瞬时速度点瞬时速度等于等于OBOB段平均速度，即段平均速度，即v vA A OBOB 0.61 m/s.0.61 m/s.由逐差法求小球运动加速度由逐差法求小球运动加速度所以加速度大小为所以加速度大小为0.90 m/s0.90 m/s2 2.答案：答案：0.61 0.900.61 0.90第30页