匀变速直线运动的实验探究

匀变速直线运动的实验探究

【学习目标】

1、会使用打点计时器测量运动物体的位移和时间。

2、了解频闪照相法及其应用。

3、探究重力作用下的匀变速直线运动，体会实验在发现自然规律的作用。

4、知道误差产生的原因及其减小的方法。

【重点与难点】

重点：掌握匀变速直线运动的实验探究的原理和方法。

难点：怎样分析处理实验获取的数据并得到实验结果。

【知识精讲】

一、实验原理

1、打点计时器

打点计时器是一种使用低压、交流电的计时仪器。当交流电频率为50Hz时，它每隔0.02s 打一次点，因此纸带上的点就表示了和纸带相连的运动物体在不同时刻的位置，研究纸带上各点之间的间隔，就可以了解物体运动的情况。

2、电火花计时器

电火花计时器是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示点迹的计时仪器。当接通220V交流电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针、墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电，于是在运动纸带上就打出一系列点迹。当电源频率为50Hz时，它也是每隔0.02s打一次点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔也是0.02s。电火花计时器工作时，纸带运动时受到的阻力小，比电磁打点计时器实验误差小。

3、如何应用打点计时器探究沿斜面下滑的小车是否做匀变速直线运动

方法1、课本中已经说明，不在赘述。

方法2、判断物体运动状态的方法：求相邻位移的Δs

设相邻点之间的位移分别为s1、s2、s3……

(1)若s2－s1＝s3－s2＝……＝s n－s n

＝0则物体做匀速直线运动

－1

(2)若s2－s1＝s3－s2……＝s n－s n

≠0则物体做匀变速直线运动(在实际实验中，只要近似相

－1

等即可证明物体做匀变速直线运动)。

证明：相邻点之间的位移s1、s2、s3……的时间都是相同的，设为T

(如果认为T不太小，可取6个计数点之间的位移，即以6个点为一段划分纸带，每段的时间间隔就是6个点对应的时间间隔，即5×0.02s＝0.1s，这样计算简单，因此只要s1、s2、s3……各段的时间相同即可)

那么s1＝v1T＋

s2＝v2T＋

故Δs1＝s2－s1＝(v2－v1)T

又v2－v1＝aT

因此Δs1＝aT2

同理可证Δs2＝s3－s2＝aT2，Δs3＝s4－s3＝aT2

……

所以，只要Δs1＝Δs2＝Δs3＝……＝s n－s n

≠0

－1

物体就做匀变速直线运动

4、求加速度的方法

(1)用“逐差法”求加速度

根据s4－s1＝s5－s2＝s6－s3＝3aT2(T为相邻两计数点间的时间间隔)，得：

，再求出a1、a2、a3的平均值，即为物体的加速度，其加速度为：

即全部数据都用上，这样，相当于把2n个间隔分成前n个为第一组，后n个为第二组，利

用这两组的位移之差Δs和时间间隔(nT)进行处理，起到了减小误差的目的，即。

而如若不用逐法而是用：

，再求加速度有：

相当于只用了s6与s1两个数据，这样起不到用多组数据减小误差的目的。

(2)用v－t图象求加速度：

先根据，即中间时刻的即时速度等于这一段时间的平均速度，求出打第n点时纸带的瞬时速度，然后作出v－t图像，图线的斜率即为物体的加速度。

5、数据处理时应注意的问题：

(1)事先接通电源后，待打点计时器工作稳定后，再放开小车。放开小车时，小车要靠近打点计时器，以充分利用纸带。

(2)不要分段测量各段位移，应尽可能一次测量完毕(可能统一量出各计数点到计数起点0之间的距离)，读数时应估读到毫米的下一位。

(3)利用纸带上的点迹进行有关计算时，要注意以下几点：一是计数点是如何取的；二是长度采用什么单位；三是给出的哪段长度。

(4)用求得的几组速度值在v－t图像中描点作图，要使描得的点尽可能较均匀地分布在图线

的两侧，从而减小作图带来的误差，然后在图线上取两个较远的点，依这两个点由求出a 即可。

二、频闪照相法及其应用

频闪照相法是一种利用照相技术，每隔一定时间曝光，从而形成时间间隔相同的影像的方法，与打点计时器记录的信息相比，频闪灯的闪光频率相当于打点计时器交变电源的频率，而相同时间间隔出现的影像则相当于打点计器打出的点子。因此运动物体的频闪照片即记录了物体运动的信息，也记录了物体运动的位移信息。

因此，用此手段处理获取的数据信息，与处理利用打点计时器获取的数据信息方法是雷同的。

北京四中

【典例分析】

例1、如1图所示，为某同学在“研究匀变速直线运动”的实验中打出的纸带的一段，其中A、B、C为三个计数点，有关长度如图所示。

已知此物体的运动是匀变速直线运动，打点计时器使用50Hz交流电，则测得物体的加速度为m/s2，打点计时器打下B点时物体的速度v B m/s。

解析：由图可知s1＝s AB＝3.27cm＝3.27×10-2m

s BC＝s2－s1＝(8.00－3.27)cm＝4.73×10-2m

T＝0.02×5s＝0.1s

根据Δs＝aT2得

例2、利用打点计时器测定匀加速直线运动的小车的加速度，图2给出了该次实验中，从0点开始每5个点取一个计数点的纸带，其中0、1、2、3、4、5、6都为记数点。测得相邻计数点的距离依次为s1＝1.40cm，s2＝1.90cm，s3＝2.38cm，s4＝2.88cm，s5＝3.39cm，s6＝3.87cm，作出速度图象，并由图象求出小车的加速度。