科學(xué)測量：做直線運(yùn)動物體的瞬時速度

科學(xué)測量：做直線運(yùn)動物體的瞬時速度【實驗?zāi)康摹?.測量小車的瞬時速度。2.判斷沿斜面下滑的小車是否做勻變速直線運(yùn)動。3.學(xué)習(xí)使用打點計時器?！緦嶒炂鞑摹縚__________________（或電火花打點計時器）、__________________（或220V交流電源）、紙帶、長木板（或者軌道）、U形夾、小車、毫米刻度尺。

電磁打點計時器低壓交流電源【實驗原理與設(shè)計】1.實驗原理：（1）電磁打點計時器的測量原理：紙帶穿過打點計時器在物體帶動下運(yùn)動時，上下振動的振針便會通過復(fù)寫紙在紙帶上留下一系列小點，相鄰兩點對應(yīng)的時間為_________s。

0.02

（2）可測物理量：相鄰兩點之間的距離可以用_______測量，這樣打點計時器既記錄了時間，又記錄了對應(yīng)的_________。由此可獲知物體運(yùn)動的_________等。

刻度尺位移速度2.實驗設(shè)計：（1）利用兩種打點計時器。電火花打點計時器電磁打點計時器結(jié)構(gòu)圖示工作電壓220V_______4-6V_______交流電交流電電火花打點計時器電磁打點計時器打點方式周期性產(chǎn)生_______振針周期性_________打點周期_____s_____s記錄信息位移、時間電火花上下振動0.020.02（2）利用頻閃照相法。①頻閃照相法：利用照相技術(shù)，每隔一定時間曝光一次，從而形成間隔相同時間的頻閃照片的方法。②頻閃燈：每隔_________時間閃光一次，如每隔0.1s閃光一次，即每秒閃光10次。

相等③頻閃照片：利用頻閃燈照明，照相機(jī)可以拍攝出運(yùn)動物體每隔相等_________所到達(dá)的位置，通過這種方法拍攝的照片稱為頻閃照片。

④記錄信息：物體運(yùn)動的時間和_________。

時間位移（3）瞬時速度的求法及勻變速直線運(yùn)動的判斷。①利用平均速度v=，當(dāng)Δt很短時，可以近似認(rèn)為平均速度等于t時刻的_____________，利用速度和時間關(guān)系判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動。

②利用Δs=s2-s1=s3-s2=…=sn-sn－1=_______判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動。

瞬時速度

aT2

【實驗過程】一、實驗步驟（1）把打點計時器固定在長木板一端，并將該端墊高，使長木板形成斜面。（2）將長60cm左右的紙帶一端穿過打點計時器，另一端固定于小車，盡量讓小車靠近打點計時器。（3）打開打點計時器開關(guān)，稍后（打點穩(wěn)定后）釋放小車，待小車滑到斜面底端時止住小車，關(guān)閉開關(guān)。取下紙帶，安全警示檢查點跡。若有問題，可換上新紙帶，調(diào)試后重復(fù)上述步驟。（4）選擇點跡清晰的紙帶，避開點跡密集部分，從距打點的開始端幾厘米處選擇一個點記為點0。在該點后面，依次標(biāo)出間隔時間相等的計數(shù)點1，2，3，4，5，……（5）根據(jù)打點計時器的周期，計算各計數(shù)點到點0對應(yīng)的時間t，測量各計數(shù)點與下一相鄰計數(shù)點間的距離s，將t和s的相應(yīng)數(shù)據(jù)填入課本表中?！舅伎肌び懻摗浚?）利用電火花打點計時器應(yīng)注意哪些問題？為什么采用電火花打點計時器？（科學(xué)探究）提示：使用時，墨粉紙盤套在紙盤軸上，把紙帶穿過限位孔。這種計時器紙帶運(yùn)動時受到的阻力比較小，實驗誤差也比較小。（2）開始實驗時對小車和打點計時器有什么要求？（科學(xué)探究）提示：開始釋放小車時，應(yīng)使小車靠近打點計時器。先接通電源，等打點穩(wěn)定后，再釋放小車。二、數(shù)據(jù)收集與分析1.用逐差法求加速度以取六個間隔為例，則加速度的平均值為a=（a1+a2+a3）==[（s4+s5+s6）-（s1+s2+s3）]逐差法處理數(shù)據(jù)求加速度的平均值，好處是各個數(shù)據(jù)都得到了利用，達(dá)到正、負(fù)偶然誤差充分抵消的作用，使計算結(jié)果更接近真實值。2.用v-t圖像求加速度：（1）在紙帶中選擇一條最清晰的，舍掉開頭一些比較密集的點跡，在后邊便于測量的地方找一個開始點，為了測量方便和減小誤差，通常選擇相隔0.1s的若干計數(shù)點進(jìn)行測量，在選好的第一個點下面標(biāo)明0，在第六個點下面標(biāo)1，在第十一個點的下面標(biāo)2，依此類推，每隔4個點下面計一個數(shù)，這些標(biāo)數(shù)字的點叫作計數(shù)點。如圖所示，測出兩相鄰計數(shù)點的距離分別為s1、s2、s3…填入表中。位置間隔0～11～22～33～44～5間隔距離s/m（2）根據(jù)測量結(jié)果，再利用勻變速直線運(yùn)動的瞬時速度的求解方法，即中間時刻的瞬時速度可以用這段時間內(nèi)的平均速度來求解，也就是vn=，可求出打第n個計數(shù)點時紙帶的瞬時速度，并將瞬時速度的值填入表中。位置編號1234時間t/s速度v/m·s-1（3）用橫坐標(biāo)表示時間T、縱坐標(biāo)表示瞬時速度v，在坐標(biāo)平面上標(biāo)出（T，v1）、（2T，v2）、…各點，把這些點連接起來可畫出一條直線，它就是物體運(yùn)動的速度圖像，從此直線的斜率就可求得物體的加速度?！菊`差分析】誤差產(chǎn)生原因減小方法偶然誤差①紙帶上計數(shù)點間隔距離的測量②v-t圖線作出的并非一條直線①多次測量求平均值②大多數(shù)點在線上，不在線上的點盡可能分布在線的兩側(cè)系統(tǒng)誤差①小車、紙帶運(yùn)動過程中有摩擦②電源的不穩(wěn)定性①使用電火花打點計時器②使用穩(wěn)壓電源【思考·討論】（1）實驗結(jié)束后，如何選取紙帶？（科學(xué)探究）提示：選取一條點跡清晰的紙帶為研究對象。（2）如何根據(jù)紙帶判斷物體是勻速運(yùn)動，還是勻變速直線運(yùn)動？ （科學(xué)思維）提示：若點與點之間的距離相等，就可判斷物體做勻速運(yùn)動，若連續(xù)相等時間內(nèi)位移的變化量是恒量，就是勻變速直線運(yùn)動。類型一實驗操作【典例1】（2019·莆田高一檢測）（1）在練習(xí)使用打點計時器的實驗中，打點計時器是一種計時儀器，其電源頻率為50Hz，其中“電磁打點計時器”使用的電壓是_______V的_______（選填“直流電”或“交流電”），它們是每隔_______s打一個點。

（2）接通打點計時器電源和讓紙帶開始運(yùn)動，這兩個操作之間的時間順序關(guān)系是_______。

A.先接通電源，再讓紙帶運(yùn)動B.先讓紙帶運(yùn)動，再接通電源C.讓紙帶運(yùn)動的同時接通電源D.先讓紙帶運(yùn)動或先接通電源都可以【解題探究】（1）打點計時器是一種_____儀器，其電源頻率為50Hz，常用的電磁打點計時器和電火花打點計時器使用的是交流電，它們是每隔_______打一個點。

（2）使用時應(yīng)先給打點計時器_____打點，然后釋放_____讓紙帶運(yùn)動。計時0.02s通電紙帶【解析】（1）電源頻率為50Hz，其中“電磁打點計時器”使用的電壓是4～6V的交流電，它是每隔0.02s打一個點。（2）開始記錄時，應(yīng)先給打點計時器通電打點，然后釋放紙帶讓紙帶（隨物體）開始運(yùn)動，如果先放開紙帶開始運(yùn)動，再接通打點計時器的電源，由于重物運(yùn)動較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會對實驗產(chǎn)生較大的誤差；同樣先打點再釋放紙帶，可以使打點穩(wěn)定，提高紙帶利用率，可以使紙帶上打滿點，故選項B、C、D錯誤，A正確。答案：（1）4～6交流電0.02

（2）A類型二數(shù)據(jù)處理【典例2】某同學(xué)利用圖甲所示的實驗裝置，探究物塊在水平桌面上的運(yùn)動規(guī)律。物塊在重物的牽引下開始運(yùn)動，重物落地后，物塊再運(yùn)動一段距離停在桌面上（尚未到達(dá)滑輪處）。從紙帶上便于測量的點開始，每5個點取1個計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的距離如圖乙所示。打點計時器電源的頻率為50Hz。 （1）通過分析紙帶數(shù)據(jù)，可判斷物塊在兩相鄰計數(shù)點_______和_______之間某時刻開始減速。

（2）計數(shù)點5對應(yīng)的速度大小為_______m/s，計數(shù)點6對應(yīng)的速度大小為_______m/s。（保留三位有效數(shù)字）

（3）物塊減速運(yùn)動過程中加速度的大小為a=_______m/s2。

【解析】（1）由于計數(shù)點6之前相鄰計數(shù)點之間距離之差約為2cm，而計數(shù)點6、7之間的距離比計數(shù)點5、6之間的距離多1.27cm，故可判斷物塊在相鄰計數(shù)點6和7之間某時刻開始減速。（2）計數(shù)點5對應(yīng)的速度v5=m/s=1.00m/s。物塊做加速運(yùn)動時加速度大小a加=m/s2=2.00m/s2。v6=v5+a加T=1.20m/s。（3）物塊做減速運(yùn)動時的加速度大小為a=m/s2=2.00m/s2。答案：（1）6

7（或7

6）（2）1.00

1.20（3）2.00【規(guī)律方法】數(shù)據(jù)處理技巧（1）在數(shù)據(jù)處理過程中，常用求解某點的瞬時速度。（2）利用v-t圖像求解加速度a時，圖像上的兩點間隔要適當(dāng)大一些。類型三實驗創(chuàng)新【典例3】如圖甲所示，桌面水平，用手輕推一下小車，使小車做勻減速運(yùn)動。過程中，圖乙記錄了桌面上連續(xù)6個水滴的位置。（已知滴水計時器每30s內(nèi)共滴下46個小水滴）設(shè)計實驗方案，探究小車做什么運(yùn)動，A點的速度是多大，加速度多大。1.實驗創(chuàng)新思路：（1）改進(jìn)了計時儀器。（2）改進(jìn)了時間計算方法。2.實驗步驟：（1）用手輕推一下小車，小車做_________運(yùn)動。

（2）記錄滴水計時器每30s內(nèi)共滴N個小水滴。（3）如圖乙記錄了桌面上連續(xù)6個水滴的位置，并附有毫米刻度尺。減速（4）計算相鄰兩點時間間隔T=s。（5）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動中時間中點的速度等于該過程中的_____________。

（