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(共42张PPT)
第三节　测量匀变速直线运动的加速度
一、实验目的
利用逐差法和v－t图像法求匀变速直线运动的加速度．
三、实验器材
小车、细绳、钩码、一端附有定滑轮的长木板、打点计时器、交变电源、导线若干、纸带、复写纸、刻度尺等．
四、实验步骤
1．如图甲所示，把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，将滑轮端伸出桌面，将打点计时器固定在木板上没有滑轮的一端，连接好电路．
2．在让纸带穿过打点计时器的限位孔后，将其一端夹在小车尾部正中央．把小车靠近打点计时器，在小车前端系上细绳．细绳、纸带与木板平行，且细绳、纸带、限位孔要在一条直线上．细绳长度略短于定滑轮离地的高度．细绳跨过定滑轮，挂上适量的钩码．
3．启动打点计时器，然后释放小车，让它拖着纸带运动，适时阻止小车与滑轮相碰．及时关闭电源，更换纸带，重复做三次．
4．选择点迹清楚、没有漏点的纸带，舍弃开始点迹密集的一段，找一个合适的点作为开始点．为了测量方便和提高测量精度，把每打五次点的时间作为时间单位，则时间间隔T＝0.02 s×5＝0.1 s．
确定恰当的计数点，并标上序号0，1，2，3，…，如图乙所示．每两个相邻计数点间的距离分别为s1，s2，s3…
六、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，等打点稳定后，再释放小车．
3．打点完毕，立即断开电源．
4．选取一条点迹清晰的纸带，适当舍弃点密集部分，适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少秒．
5．在坐标纸上画v－t图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像尽量分布在较大的坐标平面内．
七、误差分析
1．根据纸带测量的位移有误差．
2．纸带运动时打点不稳定引起测量误差．
3．用作图法，作出的v－t图像并不是一条直线．
4．木板的粗糙程度并非完全相同，这样测量得到的加速度只能是所测量段的平均加速度．
典例 分类讲解
题型一　教材原型实验
角度1　实验操作与注意问题
　　在“测量匀变速直线运动的加速度”的实验中：
(1)下列给出的器材中，有一部分已经选好了，请选出还需要的器材．
A．电磁打点计时器　　 B．天平
C．低压交流电源 D．低压直流电源
E．细绳和纸带 F．槽码和小车
G．秒表 H．刻度尺
I．一端有滑轮的长木板
选出的器材有A、E、F、I，还需要________．
C、H
[解析]　在本实验中，不需要测量小车和槽码的质量，因此不需要天平，电磁打点计时器使用的是低压交流电源，因此不需要直流电源，同时电磁打点计时器记录了小车的运动时间，因此不需要秒表．测量点迹间的距离需要刻度尺，所以还需要的器材是：C、H.
(2)某同学按照以下步骤进行操作：
A．换上纸带重复做三次，选择一条较为理想的纸带；
B．将电磁打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，接上电源；
C．把小车停在靠近电磁打点计时器的地方，先放开小车，再启动电磁打点计时器；
D．断开电源，取下纸带；
E．把一条细绳拴在小车前端，绳跨过滑轮挂上钩码，把纸带固定在小车后端并让纸带穿过电磁打点计时器．
以上步骤有错误的是________(填步骤前的字母)，应更正为___________________________________________________；
步骤合理的顺序是__________(填步骤前的字母).
C
先启动电磁打点计时器，再放开小车
BECDA
[解析]　以上步骤有错误的是C，应先启动电磁打点计时器，再放开小车；根据组装器材、进行实验、数据处理的顺序知，操作步骤顺序为：BECDA.
角度2　图像法求加速度
　　　某一学习小组的同学想通过打点计时器在纸带上打出的点迹来探究小车速度随时间变化的规律，实验装置如图甲所示．
(1)实验室使用的打点计时器使用的都是________(选填“直流”或“交流”)电源，当电源频率为50 Hz时，每隔________s打一个点．
交流
0.02
(2)关于本实验，下列说法正确的是________．
A．释放纸带的同时，接通电源
B．先接通电源打点，后释放纸带运动
C．先释放纸带运动，后接通电源打点
D．纸带上的点迹越密集，说明纸带运动的速度越小
[解析]应先接通电源打点，待打点稳定后，再释放纸带运动，这样纸带可以得到充分利用，记录更多的数据，以减小实验误差，A、C错误，B正确；纸带上相邻两计数点间的时间间隔相同，纸带上的点迹越密集，说明在相同时间内纸带通过的距离越小，因此说明纸带运动的速度越小，D正确．
BD
(3)要测量小车的速度，除打点计时器(含所用电源、纸带、墨粉纸盘)外还必须使用的测量工具是________．
[解析]要测量小车的速度，除打点计时器(含所用电源、纸带、墨粉纸盘)外还必须使用的测量工具是刻度尺，刻度尺用来测量纸带上计数点间距离．
刻度尺
(4)该小组在规范操作下得到一条点迹清晰的纸带如图乙所示，在纸带上依次选出7个计数点，分别标上A、B、C、D、E、F和G，每相邻的两个计数点间还有四个打点计时器打下的点未画出，打点计时器所用电源的频率是50 Hz.(以下结果均保留2位小数)
①每相邻两计数点的时间间隔为________s，打D点时小车的速度vD＝________cm/s.
0.10
26.30
②分别算出其他各点的速度：vB＝16.50 cm/s，vC＝21.40 cm/s，vE＝31.35 cm/s，vF＝36.30 cm/s，请在图丙所示的坐标系中作出小车运动的v－t图像(以打A点时开始计时)，并说明小车速度变化的规律
___________________________________________
③根据图线求出小车运动的加速度a＝________m/s2.
④将图线延长与纵轴相交，交点的纵坐标是________cm/s，此速度的物理意义是________________________．
图见解析
小车速度随时间均匀增大
0.50
12.00
打A点时小车的速度
②由vB＝16.50 cm/s，vC＝21.40 cm/s，vD＝26.30 cm/s，vE＝31.35 cm/s，vF＝36.30 cm/s，在坐标系中作出小车运动的v－t图像(以打A点时开始计时)如图所示．
由v－t图像可知，在误差允许的范围内，小车速度随时间均匀增大，即小车做匀加速直线运动．
(5)实验完毕后，某同学发现实验时电源的实际频率小于50 Hz，那么速度的测量值比实际值________(选填“偏大”“偏小”或“不变”).
偏大
角度3　逐差法求加速度
　　　小明与他的同伴进行“探究小车的匀变速直线运动”实验：
(1)小明经过实验获得如图所示的纸带．他在纸带上便于测量的地方选取第一个计数点A，然后按打点先后顺序每5个计时点取1个计数点，得到了A、B、C、D、E、F、G等几个计数点，测得s1＝6.19 cm，s2＝6.60 cm，s3＝6.98 cm，s4＝7.39 cm，s5＝7.80 cm，s6＝8.20 cm.打点计时器使用交流电的频率为 50 Hz.两计数点之间的时间间隔为T，则T＝________s，则打点计时器在打F点时小车的瞬时速度表达式为vF＝______________，计算结果为vF＝________m/s(保留2位有效数字).
0.1
0.80
(2)小车加速度表达式为a＝____________________________，计算结果为a＝__________m/s2(保留2位有效数字).
0.40
题型二　教材实验创新
　　某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间．实验前，将该计时器固定在小车旁，如图(a)所示．实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车．在小车运动过程中，滴水计时器等时间地滴下小水滴，图(b)记录了桌面上连续的6个水滴的位置．(已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴)
(1)由图(b)可知，小车在桌面上是____________(选填“从右向左”或“从左向右”)运动的．
[解析]　由于小车在水平桌面上运动时必然受到阻力作用，做匀减速直线运动，相邻水滴(时间相同)的位置间的距离逐渐减小，所以由题图(b)可知，小车在桌面上是从右向左运动的．
从右向左
(2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动．小车运动到图(b)中A点位置时的速度大小为________m/s，加速度大小为________m/s2.(结果均保留2位有效数字)
0.19
0.037
随堂 巩固落实
1．用打点计时器、平板、小车等器材做研究匀变速直线运动的实验．
(1)穿入打点计时器限位孔的纸带，正确的是图________(选填“甲”或“乙”).
解析：穿入打点计时器限位孔的纸带，对于电火花计时器，应该墨粉纸盘在上，纸带在下，对于电磁打点计时器，应该复写纸在上，纸带在下，故正确的是题图甲．
甲
(2)图丙所示的是学生即将释放小车之前的装置图及操作，下列说法错误的是________.
A．细线与木板不平行
B．打点计时器接的是直流电源
C．小车释放的位置离计时器较远
D．无论什么计时器，使用时均要先接通电源，后释放纸带
解析：为给小车提供一个恒定的拉力，细线应与木板平行，故A错误；打点计时器应使用交流电源，故B错误；小车释放前应靠近打点计时器，故C错误；无论什么计时器，使用时均要先接通电源，后释放纸带，故D正确．
ABC
2.某实验小组用频闪照相方法来研究物块的变速运动．在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示，拍摄时频闪频率是10 Hz；通过斜面上固定的刻度尺(最小分度为1 mm)读取的5个连续影像的读数依次为xO、xA、xB、xC、xD.
xO xA xB xC xD
5.1 cm 15.86 cm 30.91 cm 50.25 cm 73.90 cm
根据表中数据，完成下列填空：
(1)以上哪个数据不符合刻度尺读数要求__________(选填xO、xA…)；
解析：由于刻度尺的最小分度为0.1 cm，读数需要估读，则xO不符合刻度尺读数要求．
xO
(2)物块到达B点时的速度vB为______m/s(保留3位有效数字)；
1.72
(3)请充分利用数据计算出物块的加速度a为________m/s2(保留3位有效数字).
4.30

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