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3.2《勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)探究》學(xué)案
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1．知道打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的構(gòu)造和工作原理，能正確使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。
2．會(huì)分析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，能根據(jù)紙帶正確判斷物體的運(yùn)動(dòng)情況，并計(jì)算平均速度、瞬時(shí)速度和加速度。
【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】
掌握利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器判斷小車是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的方法
【知識(shí)要點(diǎn)】
一、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及其使用
1．中學(xué)實(shí)驗(yàn)室的兩種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器
（1）電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器
結(jié)構(gòu)：如右圖所示
原理：
電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種使用低壓交流電的計(jì)時(shí)器，其工作電壓為4～6V。當(dāng)電頻率為50Hz，它每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn)。把紙帶穿過限位孔，再把套在軸上的復(fù)寫紙片壓在紙帶上面，通電后，在線圈和永久磁鐵的作用下，振片便振動(dòng)起，位于振片一端的振針就跟著上下振動(dòng)起，當(dāng)物體拖著紙帶運(yùn)動(dòng)時(shí)，振針就在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，這些點(diǎn)記錄了運(yùn)動(dòng)物體的位置的同時(shí)，也記錄了對(duì)應(yīng)發(fā)生這些位移所用的時(shí)間。
（2）電火花計(jì)時(shí)器
結(jié)構(gòu)：如右圖所示
原理：電火花計(jì)時(shí)器是利用火花放電在紙帶上打出小孔，從而顯示出電跡的。當(dāng)電頻率50Hz時(shí)，它每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn)。計(jì)時(shí)器使用時(shí)，墨粉紙盤軸上，并夾在兩條紙帶之間，接通220V交流電，按下脈沖輸出開關(guān)，計(jì)時(shí)器發(fā)出的脈沖電流經(jīng)接正相的放電計(jì)、墨粉紙盤到負(fù)相的紙盤軸，產(chǎn)生火花放電，在運(yùn)動(dòng)的紙帶上就打出一列電跡。
二、使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究勻變速運(yùn)動(dòng)
1．由紙帶判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。
設(shè)物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，加速度是a，在各個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間間隔T內(nèi)的位移分別是s1、s2、s3、……,則△s=s2?s1=s3?s2=…=aT2，即連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)的相鄰位移差相等。
因此，要由紙帶判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，只要看紙帶上時(shí)間間隔相等的連續(xù)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離之差是否相等即可（在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)）。
2．利用△s＝aT2求小車的加速度的方法。
①逐差法：如圖所示，根據(jù)s4?s1=3a1T2，s5?s2=3a2T2，s6?s3=3a3T2，求出a1、a2、a3，再則由a=a1 + a2 + a33算出平均值a，作為勻變速直線運(yùn)動(dòng)物體的加速度。
“逐差法”求加速度的目的：盡可能多地使用我們測(cè)量的數(shù)據(jù)s1、s2、s3、……，以減小偶然誤差。
②υ?t圖象法：根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)在某段時(shí)間中間時(shí)刻的速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度即υn=sn + sn+12T，求出打第n個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)紙帶的瞬時(shí)速度，再作出υ?t圖象，圖線的斜率表示勻變速直線運(yùn)動(dòng)物體的加速度。
三、實(shí)驗(yàn)步驟
1．把長(zhǎng)木板上沒有定滑輪的一端墊高放在桌上，有定油輪的一端伸出桌邊把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板墊高的一端，連接好電路。
2．把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并將紙帶的一端固定在小車的后面。
3．把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，接通電后，放開小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一列小點(diǎn)。
4．換上紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次。
⑸從三條紙帶中，挑選一條比較理想（點(diǎn)跡清晰）的進(jìn)行分析。分析計(jì)算的結(jié)果填入按本表3－2、3－3設(shè)計(jì)的表格中，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論。
4、數(shù)據(jù)處理
（1）逐差法
（2）求某點(diǎn)的瞬時(shí)速度
（3）作圖法求加速度
四、注意事項(xiàng)
1．開始釋放小車時(shí)，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。
2．先接通電，計(jì)時(shí)器工作后，再放開小車，當(dāng)小車停止運(yùn)動(dòng)時(shí)及時(shí)斷開電。
3．木板傾斜度要調(diào)到能在50cm長(zhǎng)的紙帶上清楚地取得六七個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜，以免加速度過大而使紙帶上的點(diǎn)太少，或者加速度太小，而使各段位移無多大差別，從而使誤差增大。
4．誤差問題
做物理實(shí)驗(yàn)，不僅要觀察物理現(xiàn)象，還要找到現(xiàn)象中的數(shù)量關(guān)系，要知道物理量的數(shù)值，必須進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量的結(jié)果不可能絕對(duì)正確的，測(cè)出的數(shù)值與真實(shí)值的差異叫做誤差。從看，誤差可以分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差兩種。
系統(tǒng)誤差是由于儀器本身不精確，或?qū)嶒?yàn)原理不完善，實(shí)驗(yàn)方法粗略等因素造成的。系統(tǒng)誤差的特點(diǎn)是多次重做同一實(shí)驗(yàn)時(shí)，誤差總是同樣地偏大或偏小，不會(huì)出現(xiàn)這幾次偏大另幾次偏小的情況。要減小系統(tǒng)誤差，必須校準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)在原理上更為完善的實(shí)驗(yàn)。
偶然誤差是由各種偶然因素對(duì)試驗(yàn)者、測(cè)量?jī)x器、被測(cè)物理量的影響而造成的。偶然誤差總是有時(shí)偏大，有時(shí)偏小，并且偏大和偏小的概率相同。因此將多次測(cè)量結(jié)果取平均值，可以使測(cè)得的結(jié)果比一次測(cè)得的數(shù)值更接近于真實(shí)值，達(dá)到減小偶然誤差的效果。
5．要區(qū)別計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)與人為選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)，一般在紙帶上每隔五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，即時(shí)間間隔為T=0.02s×5s=0.1s。
6．使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)必須接在6－8V的低壓交流電上；使用電火花計(jì)時(shí)器時(shí)須接在220V的交流電上。注意計(jì)時(shí)器不宜長(zhǎng)時(shí)間通電，每次都要及時(shí)關(guān)閉電開關(guān)。
【典型例題】
例1使用電火花計(jì)時(shí)器分析物體運(yùn)動(dòng)情況的實(shí)驗(yàn)中：
①在如下實(shí)驗(yàn)步驟中，正確合理的排列順序?yàn)椤　　　　　　　　　?br>A．把電火花計(jì)時(shí)器固定在桌子上
B．安好紙帶
C．松開紙帶讓物體帶著紙帶運(yùn)動(dòng)
D．接通220V交流電
E．按下脈沖輸出開關(guān)，進(jìn)行打點(diǎn)
②在安放紙帶時(shí)，要檢查墨粉紙盤是否已經(jīng)正確地套在　　　，還要檢查　　　　　是否夾在兩條紙帶之間。

[分析與解]合理的順序應(yīng)為ABDEC。墨粉紙盤應(yīng)套在紙盤軸上，目的是使它可以轉(zhuǎn)動(dòng)，均勻地被利用。墨粉紙盤夾在兩條紙帶之間，目的是使墨粉紙盤可以更好地轉(zhuǎn)動(dòng)。
提示：使用電火花計(jì)時(shí)器實(shí)驗(yàn)的操作步驟和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是相仿的，但電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器具有打點(diǎn)清晰、實(shí)驗(yàn)誤差小的優(yōu)點(diǎn)。
例2使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，下列問題對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響是什么？
（1）錯(cuò)接在直流電上，影響是______________________________________________
（2）電頻率不穩(wěn)，影響是________________________________________________
（3）打點(diǎn)針壓得太緊，影響是_______________________________________________
（4）電電壓不穩(wěn)，影響是_________________________________________________
（5）振針過長(zhǎng)，影響是____________________________________________
[分析與解]⑴不會(huì)打點(diǎn)；⑵打點(diǎn)間隔無規(guī)律，不會(huì)總是每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn)，但紙帶上看不出，而實(shí)際上打點(diǎn)間隔已不是0.02s內(nèi)物體運(yùn)動(dòng)的位移；⑶針與紙帶接觸時(shí)間過長(zhǎng)，使“點(diǎn)”變成為“線”；⑷不影響打點(diǎn)的時(shí)間間隔，影響打點(diǎn)的清晰程度；⑸對(duì)紙帶的影響和振針壓得太緊相似，是間斷的直線
【達(dá)標(biāo)訓(xùn)練】
1．關(guān)于計(jì)數(shù)點(diǎn)的下列說法中正確的是（ABD）
A．用計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量計(jì)算，既方便又可減小誤差
B．相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔應(yīng)是相等的
C．相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離應(yīng)是相等的
D．計(jì)數(shù)點(diǎn)是從計(jì)時(shí)器打出的實(shí)際點(diǎn)中選出的，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間點(diǎn)跡的個(gè)數(shù)相等
2．
3．一個(gè)物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，其有關(guān)數(shù)據(jù)記錄在下列表格中，其中遺漏了幾項(xiàng)，請(qǐng)你把遺漏的數(shù)據(jù)補(bǔ)齊，表中①、②、③為空缺，則分別是___、___、___。
時(shí)間1秒末2秒末3秒末4秒末
速度（m•s-1）35①9
位移（m）2②12③
答案：7，6，20
4．如圖是用頻閃法（閃光頻率一定）拍得的三幅體育攝影作品，請(qǐng)根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)判斷下列說法中正確的是（C）
A．第一幅圖是車減速階段拍攝的
B．第二幅圖是車減速階段拍攝的
C．第三幅圖是車減速階段拍攝的
D．三幅照片都是車勻速行駛時(shí)拍攝的
5．某同學(xué)用如圖所示裝置測(cè)量?jī)H在重力作用下的加速度a。在所選紙帶上取某點(diǎn)為0號(hào)計(jì)數(shù)點(diǎn)，然后每3個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，所以測(cè)量數(shù)據(jù)及其標(biāo)記符號(hào)如題圖所示。該同學(xué)用兩種方法處理數(shù)據(jù)(T為相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔)
方法A：由a1=s2?s1 T2，a2=s3?s2 T2，……，
a5=s6?s5 T2，取平均值a=8.667m/s2；
方法B：由a1=s4?s1 3T2，a2=s5?s2 3T2，a3=s6?s3 3T2
取平均值a=8.673m/s2。
(1)從實(shí)驗(yàn)裝置看，該同學(xué)所用交流電的電壓為_________伏特，操作步驟中釋放紙帶和接通電的先后順序應(yīng)該是_____________________。
(2)從數(shù)據(jù)處理方法看，在s1、s2、s3、s4、s5、s6中，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果起作用的，方法A中有_______;方法B中有_____________________________。因此，選擇方法___________（A或B）更合理，這樣可以減少實(shí)驗(yàn)的__________(系統(tǒng)或偶然)誤差。
(3)本實(shí)驗(yàn)誤差的主要有_____________
_______________________（試舉出兩條）。
（1）220，先接通電后松開紙帶；（2）s1、s6；s1、s2、s3、s4、s5、s6；B；偶然。（3）打點(diǎn)阻力和空氣阻力；測(cè)量距離等產(chǎn)生誤差
6．某同學(xué)在測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí)，得到了幾條較為理想的紙帶，已知在每條紙帶每5個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取好一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.1s，依打點(diǎn)時(shí)間順序編號(hào)為0、1、2、3、4、5，由于不小心，紙帶被撕斷了，如下圖所示.請(qǐng)根據(jù)給出的A、B、C、D四段紙帶回答:(1)在B、C、D三段紙帶中選出從紙帶A上撕下的那段應(yīng)是______。(2)打A紙帶時(shí)，物體的加速度大小是______m/s2。
(1)C(2)6.6
7．某同學(xué)在“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄了被小車拖動(dòng)的紙帶的運(yùn)動(dòng)情況，在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，如下圖所示，其相鄰點(diǎn)間的距離分別為AB=3.62cm，BC=4.38cm，CD=5.20cm，DE=5.99cm，EF=6.80cm，F(xiàn)G=7.62cm，每?jī)蓚�(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.10s。（1）BD過程的平均速度vBD=_______m/s；
（2）試根據(jù)紙帶上各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，計(jì)算出打下B、C、D、E、F五個(gè)點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度，并將各個(gè)速度值填入下式(要求保留三位有效數(shù)字)：vB=______m/s，vC=______m/s，vD=_____m/s，vE=_____m/s，vF=____m/s．
（3）將B、C、D、E、F各個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)速度標(biāo)在下圖所示的坐標(biāo)紙上，并畫出小車的瞬時(shí)速度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖線。
（4）根據(jù)上圖中的v-t圖線，求出小車運(yùn)動(dòng)的加速度為_______m/s2。(保留兩位有效數(shù)字)
（1）0.479（2）0.4000.4790.5600.6400.721（3）圖略（4）0.80
【反思】
收
獲
疑
問

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