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第二章 勻變速直線運動
第4節 科學測量：做直線運動物體的瞬時速度
實驗室中小車的運動是物理學中最簡單的物體運動。我們如何測量小車各時刻的瞬時速度呢 可直接用直尺和秒表測量位移和時間，但誤差較大，用什么方法可減小測量誤差呢？
1.知道打點計時器測量運動物體的位移和時間的原理，了解頻閃照相及其應用。
2.會完成“測量做直線運動物體的瞬時速度”的物理實驗。
3.會使用打點計時器收集數據。
4.會分析紙帶記錄的信息，得出小車的瞬時速度，判斷小車是否做勻變速直線運動，得出其加速度。
01 運動時間和位移的記錄
1.兩種打點計時器
電磁打點計時器
打點方式 振針振動，利用復寫紙在紙帶上留下點跡
工作電壓 4-6v交流電
打點頻率 與交流電的頻率相同，若為50Hz，則每隔0.02s打一個點
阻力來源 來自振針和紙帶之間的摩擦，以及限位孔和紙帶間的摩擦，阻力較大
電火花打點計時器
工作電壓 220v交流電
打點方式 利用火花放電，在紙帶上“打”出點跡
打點頻率 與交流電的頻率相同，若為50Hz，則每隔0.02s打一個點
阻力來源 來自紙帶本身的運動，阻力較小，實驗誤差較小
2.頻閃照相
除打點計時器外，人們還用頻閃照相技術記錄物體運動的時間和位移。
在頻閃照相中，頻閃燈每隔相等的時間閃光一次，可得運動物體間隔相等的頻閃照片。
工作原理：
（1）頻閃照相法：
（2）頻閃燈
（3）頻閃照片：
（4）記錄信息：
利用照相技術，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。
每隔相等時間閃光一次，如每隔0.1 s閃光一次，即每秒閃光10次
利用頻閃燈照明，沼線及可以拍攝出運動物體每隔相等時間所到達的位置，通過這種方法拍攝的照片稱為頻閃照片。
物體運動的時間和位移。
02 測量小車的瞬時速度
1.實驗目的
2.實驗器材
（1）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動。
（3）學習使用打點計時器。
測小車瞬時速度的實驗裝置
電磁打點計時器（或電火花打點計時器）、低壓交流電源（或220 V交流電源）、紙帶、長木板（或軌道）、U形夾、小車、毫米刻度尺
3.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60 cm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）先打開打點計時器開關，稍后（打點穩定后）釋放小車，待小車滑倒斜面底端時止住小車，關閉開關。取下紙帶，檢查點跡。若有問題，可換上新紙帶，調試后重復上述步驟。
（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，依次標出間隔時間相等的計數點1，2，3...
（5）根據打點計時器的周期，計算各計數點到點0對應的時間t，測量各計數點與下一相鄰計數點的間距s，將t和s的相應數據填入表中。
固定打點計時器時應讓限位孔處在長木板的中央位置
No1
滑輪不能過高,細繩應與木板平行
No2
先接通電源，后讓紙帶運動
No4
小車應由緊靠打點計時器處開始釋放，在撞擊長木板末端前應讓小車停止運動,防止小車從板上掉下來
No3
打點結束后立即關閉電源
No5
注意事項
舍掉紙帶開頭的一些過于密集的點，找一個適當的點作為計時起點，可以選擇相隔0.1s的若干計數點進行測量
1、如何分析、選取紙帶
紙帶上的點成為計時點或打印點
2、何謂計時點
人為選取的幾個點稱為計數點
3、何謂計數點
每五個計時點取一個計數點 ,依次標號為0，1，2，3，4，5 （間隔不再是0.02s）
4、如何選取計數點
過于密集的舍去
計時點
計數點
D
E
0.1s
4.數據記錄
在所選點的兩側各選取較近的兩點，此兩點的平均速度近似為該點的瞬時速度
如何計算瞬時速度
列表法和圖像法
如何記錄數據
=近似看作是D點的瞬時速度
D
5.數據分析
（1）計算計數點1，2，3，…對應的瞬時速度，將計算結果填入表格
計數點 0 1 2 3 4 5
t/s
s/m
v/（m·s-1）
（2）根據計算試據繪制速度隨時間變化的v—t圖像，判斷小車是否做勻變速直線運動。
6.實驗結論
寫出小車在各計數點的瞬時速度，并根據v-t圖像判斷，小車 直線運動。
1.選擇表格數據選擇合適標度建立坐標系(讓圖象盡量分布在坐標系平面的大部分積)
2.描點
3.連線擬合。用直線擬合,讓盡可能多的點處在直線上,不在直線上的點應對稱地分布在直線兩側。
v/(m·s-1)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
t/s
v-t圖像法分析數據
v/(m·s-1)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
（1）圖像具有什么特點？
一條傾斜的直線
（2）小車的運動特點？
速度隨時間均勻變化
（3）如何根據圖像求小車的加速度？
小車做勻加速直線運動
t/s
7.誤差分析
誤差 產生原因 減小方法
偶然誤差
系統誤差
①紙帶上計數點間隔距離得測量
②v-t圖線作出的并非一條直線
①小車、紙帶運動過程中有摩擦
②電源的不穩定性
①多次測量求平均值
②大多數點在線上，不在線上的點盡可能分布在線的兩側
①使用電火花打點計時器
②使用穩壓電源
1.練習使用打點計時器時,小車拖動紙帶并在上面打下一系列的小點,根據點跡,判斷紙帶表示的運動是勻速直線運動還是變速直線運動時（ ）
A.應通過測量紙帶表示的運動的全程來判斷
B.必須通過計算任意兩點間的平均速度來判斷
C.必須通過計算全程的平均速度來計算
D.可以通過測量每相鄰兩點間的距離,看其是否相同來判斷
D
2.打點計時器所用的電源是頻率為50 Hz的交流電,其相鄰點間的時間間隔是T,若紙帶上共打出N個點,這條紙帶上記錄的時間為t,則下列各式正確的是( )
A.T=0.1 s,t=NT
B.T=0.05 s,t=(N-1)T
C.T=0.02 s,t=(N-1)T
D.T=0.02 s,t=NT
C
3.某同學在做“練習使用打點計時器”實驗時,打出的紙帶如圖所示,每相鄰兩計數點之間還有四個點沒有畫出來,圖中的數字為相鄰兩計數點間的距離(單位:cm),打點計時器的電源頻率為50 Hz。
(1)打點計時器是一種使用 (選填“交流”或“直流”)電源的 儀器。
(2)相鄰兩個計數點間的時間間隔為 s。
(3)打計數點4時紙帶的速度v4= m/s(結果保留3位有效數字)。
答案 (1)交流 計時 (2) 0.1 (3)1.20
4.如圖是用小車拖動、用打點計時器打出的一條紙帶,A、B、C、D、E為在紙帶上所選的計數點。相鄰兩計數點間的時間間隔為0.1 s,則:
(1)打點計時器打下B、C、D點時小車的瞬時速度分別為vB= m/s、vC= m/s、vD= m/s。(結果均保留2位有效數字)
(2)在圖中作出速度—時間圖像。
答案 (1)0.26 0.30 0.34 (2)如圖所示
運動時間和位移的記錄
電磁打點計時器
電火花打點計時器
兩種打點計時器
頻閃照相
測量小車的瞬時速度

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