2024_2025学年新教材高中物理第2章匀变速直线运动第4节科学测量：做直线运动物体的瞬时速度学案鲁科版必修第一册.docVIP

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第4节科学测量：做直线运动物体的瞬时速度

一、试验目的

(1)测量小车的瞬时速度。

(2)推断沿斜面下滑的小车是否做匀变速直线运动。

(3)学习运用打点计时器。

二、试验器材

电磁打点计时器(或电火花打点计时器)、低压沟通电源(或220V沟通电源)、纸带、长木板(或者轨道)、U形夹、小车、毫米刻度尺。

长木板的作用是什么？

提示：形成斜面，便于测量小车的瞬时速度。

三、试验原理与设计

1．试验原理：

(1)电磁打点计时器的测量原理：纸带穿过打点计时器在物体带动下运动时，上下振动的振针便会通过复写纸在纸带上留下一系列小点，相邻两点对应的时间为0.02s。

(2)可测物理量：相邻两点之间的距离可以用刻度尺测量，这样打点计时器既记录了时间，又记录了对应的位移。由此可获知物体运动的速度等。

2．试验设计：

(1)利用两种打点计时器。

电火花打点计时器

电磁打点计时器

结构

图示

工作

电压

220V沟通电

4～6V沟通电

打点

方式

周期性产生电火花

振针周期性上下振动

打点

周期

0.02s

0.02s

记录

信息

位移、时间

(2)利用频闪照相法。

①频闪照相法：利用照相技术，每隔肯定时间曝光一次，从而形成间隔相同时间的频闪照片的方法。

②频闪灯：每隔相等时间闪光一次，如每隔0.1s闪光一次，即每秒闪光10次。

③频闪照片：利用频闪灯照明，照相机可以拍摄出运动物体每隔相等时间所到达的位置，通过这种方法拍摄的照片称为频闪照片。

④记录信息：物体运动的时间和位移。

(3)瞬时速度的求法及匀变速直线运动的推断。

①利用平均速度v＝eq\f(Δs,Δt)，当Δt很短时，可以近似认为平均速度eq\f(Δs,Δt)等于t时刻的瞬时速度，利用速度和时间关系推断物体是否做匀变速直线运动。

②利用Δs＝s2－s1＝s3－s2＝…＝sn－sn－1＝aT2推断物体是否做匀变速直线运动。

四、试验步骤

(1)将打点计时器固定在长木板的一端，并用垫片垫高此端，使木板倾斜。

(2)连接好打点计时器的电路(留意此过程中要断开开关)。

(3)将纸带穿过打点计时器，连接在小车后面，并使小车靠近打点计时器。

(4)闭合电路开关，稍后(打点稳定后)释放小车，打完纸带后马上关闭电源。

(5)更换纸带，重复操作三次。

(6)选择一条点迹最清楚的纸带，舍掉开头一些过于密集的点，找一适当的点作为起先点，选择相隔0.1s的若干个计数点进行长度测量，并将数据填入设计好的表格中。

(1)利用电火花打点计时器应留意哪些问题？为什么采纳电火花打点计时器？

提示：运用时，墨粉纸盘套在纸盘轴上，把纸带穿过限位孔。这种计时器纸带运动时受到的阻力比较小，试验误差也比较小。

(2)起先试验时对小车和打点计时器有什么要求？

提示：起先释放小车时，应使小车靠近打点计时器。

先接通电源，等打点稳定后，再释放小车。

五、数据收集与分析

1．用逐差法求加速度以取六个间隔为例，则：

a1＝eq\f(s4－s1,3T2)，a2＝eq\f(s5－s2,3T2)，a3＝eq\f(s6－s3,3T2)。

加速度的平均值为

a＝eq\f(1,3)(a1＋a2＋a3)

＝eq\f(1,3)(eq\f(s4－s1,3T2)＋eq\f(s5－s2,3T2)＋eq\f(s6－s3,3T2))

＝eq\f(1,9T2)[(s4＋s5＋s6)－(s1＋s2＋s3)]

逐差法处理数据求加速度的平均值，好处是各个数据都得到了利用，达到正、负偶然误差充分抵消的作用，使计算结果更接近真实值。

2．用v-t图像求加速度：

(1)在纸带中选择一条最清楚的，舍掉开头一些比较密集的点迹，在后边便于测量的地方找一个起先点，为了测量便利和减小误差，通常选择相隔0.1s的若干计数点进行测量，在选好的第一个点下面标明0，在第六个点下面标1，在第十一个点的下面标2，依此类推，每隔4个点下面计一个数，这些标数字的点叫作计数点。如图所示，测出两相邻计数点的距离分别为s1、s2、s3…填入表中。

位置间隔

0～1

1～2

2～3

3～4

4～5

间隔距离s/m

(2)依据测量结果，再利用匀变速直线运动的瞬时速度的求解方法，即中间时刻的瞬时速度可以用这段时间内的平均速度来求解，也就是vn＝eq\f(sn＋sn＋1,2T)，可求出打第n个计数点时纸带的瞬时速度，并将瞬时速度的值填入表中。

位置编号

1

2

3

4

时间t/s

速度v/m·s－1

(3)用横坐标表示时间T、纵坐标表示瞬时速度v，在坐标平面上标出(T，v1)、(2T，v2)、…各点，把这些点连接起来可画出一条直线，它就是物体运动的速度图像，从今直线的斜率就可求得物体的加速度。

(1)试