2019-2020学年高中物理 第一章 运动的描述 第9节 测定匀变速直线运动的加速度课件 教科版必

第9节测定匀变速直线运动的加速度01实验认知导学02实验核心解读03典例探究剖析04课后达标检测一、实验目的1．进一步练习利用纸带求加速度的方法．2．知道判断物体做匀变速直线运动的方法．3．会利用逐差法和v­t图像求加速度．4．知道误差、有效数字的概念，能简单分析误差．二、实验原理利用打点计时器打出纸带，测量计数点间距，计算出各时刻的速度．1．利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法(1)沿直线运动的物体在连续相等时间内不同时刻的速度分别为v1、v2、v3、v4、…，若v2－v1＝v3－v2＝v4－v3＝…，则说明物体在相等时间内速度的增量相等，由此说明物体在做匀变速直线运动．(2)沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移分别为x1、x2、x3、x4、…，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…，则说明物体在做匀变速直线运动，且Δx＝aT2.2．速度、加速度的求解方法(1)“平均速度法”求速度，即vn＝xn＋xn＋12T，如图所示．(2)“逐差法”求加速度，即a1＝x4－x13T2，a2＝x5－x23T2，a3＝x6－x33T2，然后取平均值，即a＝a1＋a2＋a33，这样使所给数据全部得到利用，以提高准确性．三、实验器材打点计时器、纸带、交流电源、小车、细绳、一端固定有滑轮的长木板、刻度尺、钩码(若干)．一、实验步骤1．如图所示，把一端装有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路．2．把细绳拴在小车上，并在另一端挂上适当的钩码，使之跨过定滑轮，调整装置，使小车能在长木板上平稳地加速滑行．3．把纸带穿过打点计时器，并将其一端固定在小车的后面．4．把小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车拖着纸带运动．于是，打点计时器就在纸带上打下一系列的点．换上新纸带，重复实验三次．二、数据处理1．表格法(1)从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个开始点，作为计数始点，以后依次每五个点取一个计数点，并标明0、1、2、3、4、…，测量各计数点到0点的距离x，记录并填入表中.位置编号012345时间t/sx/mv/(m·s－1)(2)分别计算出与所求点相邻的两计数点之间的距离Δx1、Δx2、Δx3、….(3)利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点1、2、3、4、5的瞬时速度，填入上面的表格中．(4)根据表格中的数据，分析速度随时间怎么变化．2．图像法(1)在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系中描点．(2)画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不计，如图所示．(3)观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律．3．逐差法利用a＝a1＋a2＋a33＝x6＋x5＋x4－x3＋x2＋x19T2直接求解加速度．三、误差和有效数字1．误差(1)定义：在测量中，测出的数值(测量值)与真实值之间的差异叫作误差．(2)分类：系统误差和偶然误差．(3)系统误差①产生：仪器本身不精确、实验方法粗略或实验原理不完善产生的．②系统误差的特点：多次重复测量时，测量值总是大于(或小于)真实值．③减小系统误差的方法：校准测量仪器(或使用更精密测量仪器)，改进实验方法，完善实验原理等．(4)偶然误差①产生：由于各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响而产生的．②特点：测量值与真实值相比有时偏大，有时偏小，并且偏大和偏小的概率相同．③减小方法：多次重复测量求平均值．(5)误差与错误的区别误差不是错误．一般情况下误差不可以避免，只能想办法减小．而错误是由于操作不当引起的，在实验过程中可以避免．2．有效数字(1)可靠数字：通过直接读数获得的准确数字．(2)存疑数字：通过估读得到的那部分数字．(3)有效数字：测量结果中能够反映被测量大小的带有一位存疑数字的全部数字．3．本实验的误差分析(1)电压频率不稳定引起打点误差．(2)测量计数点间距时产生的误差．(3)木板粗糙程度不同，导致摩擦不均匀产生的误差．(4)作vt图像时单位选择不合适或描点不准确产生的误差．四、注意事项1．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器．2．先接通电源，打点计时器正常工作后，再放开小车，当小车停止运动时要及时断开电源．3．要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，在小车到达滑轮处之前及时用手按住它．4．牵引小车的钩码个数要适当，以免加速度过大而使纸带上的点太少，或者加速度太小，而使各段位移无多大差别，从而使误差增大；加速度的大小以能在50cm长的纸带上清楚地取得六七个计数点为宜．5．要区别计时器打出的点与人为选取的计数点，一般在纸带上每隔四个点取一个计数点，即时间间隔为T＝0.02×5s＝0.1s.6．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．类型一实验原理及操作[典例1]某同学按图所示装置做“测定匀变速直线运动的加速度”的实验．(1)图中仪器A叫作________打点计时器，使用220V________电源(选填“交流”或“直流”)，释放小车前，小车应停在________(选填“靠近”或“远离”)仪器A的位置．(2)使用打点计时器来分析物体运动情况的实验中，有以下基本步骤：A．松开纸带让物体带着纸带运动B．穿好纸带C．把计时器固定好D．接通电源，进行打点以上步骤的正确顺序是________．[解析](1)题图中仪器A叫作电火花打点计时器，使用220V交流电源，实验过程中，放开小车前，小车要靠近打点计时器；(2)使用打点计时器来分析物体运动情况的实验中，基本步骤为：先把计时器固定好，穿好纸带，再接通电源，进行打点，之后松开纸带让物体带着纸带运动，故正确的顺序是CBDA.[答案](1)电火花交流靠近(2)CBDA类型二数据处理与分析[典例2]在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，某同学得到一条用电火花打点计时器打下的纸带如图甲所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点图中没有画出，电火花打点计时器接220V、50Hz交流电源．他经过测量并计算得到电火花打点计时器在打B、C、D、E、F各点时小车的瞬时速度如下表：对应点BCDEF速度(m/s)0.1410.1850.2200.2540.301(1)设电火花打点计时器的打点周期为T，计算vF的公式为vF＝________.(2)根据(1)中得到的数据，以A点对应的时刻为t＝0，试在图乙所示坐标系中合理地选择标度，作出v­t图像．(3)利用该图像求小车的加速度a＝________m/s2.(结果保留两位有效数字)(4)如果当时电网中交变电流的电压变成210V，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)．[解析](1)若时间较短，平均速度可代替中间时刻的瞬时速度，电火花打点计时器的打点周期为T，所以从E点到G点时间为10T，有vF＝d6－d410T.(2)根据图中数据，利用描点法作出图像如图所示．(3)图像斜率大小等于加速度大小，故a＝ΔvΔt＝0.40m/s2.(4)电网电压变化，并不改变打点的周期，故测量值与实际值相比不变．[答案](1)d6－d410T(2)图见解析(3)0.40(4)不变类型三实验创新设计[典例3]光电计时器是一种常用计时仪器，其结构如图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有滑块从a、b间通过时，光电计时器就可以显示出物体的挡光时间．现有某滑块在斜面上滑行，先后两次通过光电门1和2，计时器显示的挡光时间分别是t1＝5×10－2s、t2＝3×10－2s，从光电门1到光电门2所经历的总时间t＝0.15s，用分度值为1mm的刻度尺测量小滑块的长度d，示数如图乙所示．(1)读出滑块的长度d为________cm.(2)滑块通过光电门的速度v1、v2分别为________m/s、________m/s.(3)滑块的加速度大小为________．(计算结果保留两位小数)[解析](1)由图可知d＝8.40cm－4.00cm＝4.40cm.(2)通过光电门的速度v1＝dt1＝0.88m/s，v2＝dt2＝1.47m/s.(3)滑块的加速度a＝v2－v1t＝1.47－0.880.15m/s2＝3.93m/s2.[答案](1)4.40(2)0.881.47(3)3.93m/s2