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(共24張PPT)
第4節(jié) 科學(xué)測量：做直線運動物體的瞬時速度
第二章 勻變速直線運動的研究
學(xué)習(xí)目標
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(yīng)用。
2.會用打點計時器“測量做直線運動物體的瞬時速度” 。
3.會收集、處理、分析紙帶數(shù)據(jù)，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。
在研究物體的運動規(guī)律時，往往需要記錄物體的位置與時間，并進行測量與計算。
一般測量工具：
直尺－測量位置間的距離--位移大小
秒表－測量時間
用這兩種工具測量就會產(chǎn)生較大的誤差
但當(dāng)物體運動較快時
兩種常用打點計時器
工作電壓：
交流電，4～6 V
交流電，220 V
打點頻率：
由所接電源頻率所決定。我國市電頻率為50HZ,即每秒可打50個點
打點周期：
0.02 s
任意相鄰兩點對應(yīng)間隔的時間均為 0.02 s
實驗室常用打點計時器記錄位移與時間
研究物體運動情況，當(dāng)缺少相應(yīng)的實驗條件，還可利用“模擬打點計時器”等簡易方法獲取位移與時間信息。
按一定間隔的時間（如每秒１次或每秒 2 次）點擊紙帶
模擬打點計時器
拿著底部穿孔、滴水比較均勻的飲料瓶競走，然后通過留在地上的水印分析他的速度變化情況
特點：每隔相等時間閃光一次的特點，可得運動物體間隔相等時間的頻閃照片，這些照片能反映出該物體每隔相等時間所到達的位置信息。
頻閃燈的閃光頻率相當(dāng)于打點計時器交變電源的頻率，而間隔相等時間出現(xiàn)的影像則相當(dāng)于打點計時器打出的點。
頻閃相機
一、實驗?zāi)康?br/>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(xué)習(xí)使用打點計時器
二、實驗器材
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
實驗：測量小車的瞬時速度
1.紙帶上打出的原始點為計時點。
2.為便于測量和計算，選取間距較大且時間間隔相等的計時點來研究，這樣的點叫做計數(shù)點。
如何選擇計數(shù)點
舍去開頭密集的點，選取便于測量的某點作為計時的起點，記為點0，依次向后每5個點選取一個計數(shù)點，分別記為1，2，3…….
相鄰兩個計數(shù)點間隔的時間 T = 0.10s。
0
1
2
3
三、實驗原理與設(shè)計
如何根據(jù)求紙帶上某點的瞬時速度
用較短時間間隔內(nèi)的平均速度可近似視為瞬時速度。
3.用刻度尺量出相鄰兩計數(shù)點間的長度，分別記為 s1，s2 ，s3....
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.用描點法可作出小車的v－t圖像
2.根據(jù)圖像的形狀可判斷小車的運動性質(zhì)
3.利用v－t圖線的斜率可求出小車的加速度。
v
t
根據(jù)v－t圖像判斷速度的變化規(guī)律
t/s
四、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.先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，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，依次標出間隔時間相等的計數(shù)點1，2，3..
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)點的間距s，將t和s的相應(yīng)數(shù)據(jù)填入表中。
1.固定打點計時器時，應(yīng)注意使兩限位孔和小車運動軌跡在同一直線上。滑輪不能過高，細繩應(yīng)與木板平行。
2.開始釋放小車時，應(yīng)使小車靠近打點計時器。
3.實驗中“接通電源”和“釋放小車” 兩步應(yīng)先接通電源，打點穩(wěn)定后釋放小車；打點結(jié)束后立即關(guān)閉電源，再將紙帶取下。
4.實驗時要注意保護小車及滑輪，要避免它們被碰壞或跌壞。所以，當(dāng)小車到達滑輪前需及時用手按住它。
五、注意事項
六、數(shù)據(jù)分析
1.計算計數(shù)點1，2，3…對應(yīng)的瞬時速度。
六、數(shù)據(jù)分析
（1）計算計數(shù)點 1，2，3，…對應(yīng)的瞬時速度。
①在坐標紙上建立坐標系，描出數(shù)據(jù)點；
②用一條平滑曲線（包括直線） “擬合”這些點，讓這條線通過盡可能多的點，不在線上的點均勻分布在曲線兩側(cè)，偏差比較大的點忽略不計。
v－t圖像的數(shù)據(jù)點基本分布在一條直線上
小車是否做勻變速直線運動。
0 0.1 0.2 0.3 0.4　0.5 0.6
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
t/s
v/(m·s-1)
2.作出v－t圖像
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 ②作出的v-t圖線并非一條直線 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
七、誤差分析
思考1.為什么畫出計數(shù)點時要避開點跡密集部分？
避開點跡密集部分是為了減小誤差，因為開始打點時打點不穩(wěn)定，速度小，點之間的間距小，導(dǎo)致測量位移的誤差大。
選取的計數(shù)點時間間隔越小，平均速度就越接近瞬時速度，但實驗誤差不一定就越小。時間間隔越小，點之間間距越小，測量位移的誤差會越大，且測量的點太少，偶然誤差太大。
思考2.選取的計數(shù)點時間間隔越小，平均速度越接近瞬時速度，實驗誤差是否就一定越小？
1.在“測量小車的瞬時速度”的實驗中，如圖所示為記錄小車運動情況的一條紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔T＝0.1 s。
（1）計算D、C、B各點的瞬時速度，
vD＝_____ m/s， vC＝_____ m/s，vB＝_____ m/s
（2）以A點為計時起點，在如圖所示坐標系中作出的v－t圖像，并根據(jù)圖像求出加速度a＝_________。
2.64
1.38
3.90
12.6m/s2
2.如圖所示是某同學(xué)測量勻變速直線運動的加速度時，選取的一條紙帶的一部分，他每隔4個點取一個計數(shù)點，圖中注明了他對各計數(shù)點間距離的測量結(jié)果。所接電源是頻率為50Hz的交變電源。
1.57
（1）為了驗證小車的運動是勻變速運動，請進行計算，并將數(shù)據(jù)填入下表內(nèi)。（單位：cm）
s2－s1 s3－s2 s4－s3 s5－s4 s6－s5
1.58 1.57 ____ ____ ____
由此可以得出結(jié)論：小車的運動是______________。
1.58
1.58
勻變速直線運動
（2）兩個相鄰計數(shù)點間的時間間隔Δt＝________ s。
（3）小車的加速度的表達式a＝___________________（用題中的字母表示），加速度a＝______ m/s2 。（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
（4）打計數(shù)點B時小車的速度vB＝_______ m/s。（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
0.1
1.57
0.517

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