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第二章 勻變速直線運動
第1節 勻變速直線運動的特點
速度是描述物體運動快慢的物理量，用它可以描述物體的具體運動情況。我們可以通過機動車的速度計得知機動車某時刻的速度大小。
小明同學利用課余時間自己想辦法探究物體的運動規律。他利用頻閃相機在公路旁拍攝了摩托車運動的情景，他拍攝的照片如圖所示：
根據照片，如何分析出摩托車的運動情況？
由于頻閃相機相鄰兩次曝光時間相等，所以可以根據圖像間距變化分析摩托車的運動情況。
1.會計算小球經過光電門的速度，會使用數字計時器采集時間。
2.學會用實驗探究小球速度隨時間變化的規律，會用v -t圖像處理實驗數據。
3.學會根據頻閃照片分析小球做勻變速直線運動的位移變化特點。
一、實驗原理
1.探究小球沿傾斜直槽運動速度變化的特點
在實驗操作前,注意思考以下問題:
(1)如何測量小球經過光電門B,C的瞬時速度
(2)如何計算小球在兩個光電門B,C之間的平均速度
(3)需要測量和記錄哪些數據
(1)認識數字計時器
光電門的外形像門，其一邊安裝發光裝置，另一邊安裝光線接收裝置，并都與數字計時器連接。當寬度一定的物體通過光電門時，光線被遮擋，數字計時器開始計時；當物體離開光電門時，數字計時器停止計時。這樣就可以記錄物體遮擋一個光電門光線的短暫時間。數字計時器還可以記錄物體經過兩個光電門之間的時間以及測量物體運動的瞬時速度和平均速度。
(2)數字計時器工作原理
t時刻，物體不再擋住
紅外線時數字計時器
停止計時
數字計時器
0時刻，物體擋住
紅外線時數字計時器
開始計時
光
電
門
當采用計時Ⅰ（S1）時，任一光電門遮光時開始計時，遮光結束（露光）停止計時，數碼管顯示出的是光敏器件光線被遮斷的時間。即下圖中小球通過光電門的時間為t。
(3)數字計時器有兩種計時方法:
計時1
數字計時器
光
電
門
1
光
電
門
2
0時刻，物體擋住
光電門1的紅外線
時數字計時器開始
計時
t時刻，物體擋住光電門2
的紅外線時數字計時器
停止計時
當采用計時Ⅱ（S2）時，任一光電門第一次遮光時開始計時。第二次遮光時停止計時，數碼管所顯示數是兩次遮光之間的時間間隔，即下圖中小球先后通過兩個光電門之間的時間間隔
計時2
根據用頻閃照相機對運動小球拍攝的照片，分析小球在相等時間內的位移存在什么規律。
2.勻變速直線運動的位移特點
帶有傾斜直槽的支架、兩個光電門、數字計時器、小球、刻度尺、坐標紙、頻閃照相機等。
二、實驗器材
三、實驗步驟
1.按照原理圖安裝好器材。
2.讓小球從緊靠豎直支架A的位置由靜止釋放，記錄下小球經過光電門B和光電門C的時間及小球由光電門B到光電門C的時間，填入表格中。
3.測出兩光電門之間的距離s，填入表格中。
4.改變光電門的位置，重復第2、3步操作。
經過兩個光電門實驗數據表
小球直徑D＝0.02 m
項目 實驗次數
1 2 3 4 5
小球經過光電門B的遮光時間t1/s
小球經過光電門B的瞬時速度v1/(m·s－1)
小球經過光電門C的遮光時間t2/s
小球經過光電門C的瞬時速度v2/(m·s－1)
小球經過兩個光電門之間的位移s/m
小球經過兩個光電門之間的時間t/s
5.取走兩光電門，讓小球從緊靠豎直支架A的位置由靜止釋放，用頻閃照相機對運動小球拍照。
四、數據分析
(1)根據表格中獲得的數據，計算小球經過光電門B、C時的速度。
(2)以速度v為縱軸，以小球經過兩光電門的時間t為橫軸，描點作出小球的v- t圖像。
(3)可以得出小球運動的v -t圖像是一條傾斜的直線，說明小球沿傾斜直槽運動時速度是均勻變化的，屬于勻變速直線運動。
1.分析小球沿傾斜直槽運動的速度特點
2.勻變速直線運動的位移特點
(1)用刻度尺測量相鄰兩球之間的位移。
(2)由數據可以得出s1(3)由Δs1＝Δs2＝Δs3＝Δs4可得：相鄰相等時間內增加的位移是相等的。
五、實驗注意事項
1.保證每次釋放小球的位置相同且由靜止釋放。
2.保持光電門B的位置不變。
3.在坐標紙上畫v -t圖像時，注意坐標軸單位長度的選取，應使圖像盡量分布在坐標平面中央。
4.在測量頻閃照片相鄰兩球位置間距時，應將刻度尺與照片對齊，且一次性讀出所需數據。
1.判斷題：正確的打“√”,錯誤的打“×”。
(1)加速度大小不變的運動,一定是勻變速直線運動。 ( )
(2)做勻變速直線運動的物體,速度一定增大。 ( )
(3)在作v-t圖像時,所有的點都應在同一直線上。( )
(4)做勻變速直線運動的物體,在任意兩個連續相等的時間內的位移之差是相等的。 ( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√
2.(多選)在實驗中,利用紙帶上的數據得出各計數點的瞬時速度后,以速度v為縱軸,以時間t為橫軸建立直角坐標系。某次實驗中某同學描出的點如圖所示。在直角坐標系上一共描出了10個點。下列思考有道理的是( )
A.這10個點無論如何也不在一條直線上,因此小車運動的
v-t圖像不可能為一條直線,而應為一條光滑的曲線
B.這10個點中有6個點雖然不在一條直線上,但它們緊挨
在一條直線附近,只有F和B兩點離這條直線太遠
C.這10個點當中只有4個點能畫在一條直線上(A、C、G、I),有6個點不在該直線上,這條直線肯定不能表示小車運動的規律
D.與直線偏差較小的點(D、E、H、J)可能是實驗誤差造成的,而與直線偏離較大的點(B、F)則可能是實驗中出現錯誤造成的
BD
3.一小球在桌面上從靜止開始做加速運動，現用頻閃相機在同一底片上多次曝光，記錄下小球每次曝光的位置，并將小球的位置編號。如圖甲所示，位置1恰為小球剛開始運動的瞬間，作為零時刻。相機連續兩次曝光的時間間隔均為0.5 s，小球從位置1到位置6的運動過程中經過各位置的速度分別為v1＝0，v2＝0.06 m/ s，v3最接近________ m /s，v4＝0.18 m/s，v5最接近________ m /s。在圖乙中作出小球的速度—時間圖像(保留描點痕跡)。
0.12
0.24
一、實驗原理
(1)探究小球沿傾斜直槽運動速度變化的特點。(數字計時器)
(2)勻變速直線運動的位移特點
二、實驗器材
帶有傾斜直槽的支架、兩個光電門、數字計時器、小球、刻度尺、坐標紙、頻閃照相機等。
三、實驗步驟
組裝器材、記錄數據、拍攝頻閃照片
四、數據分析
繪制v-t圖像，分析數據
五、實驗注意事項

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