精·《志鸿全优设计》2014秋高中物理鲁科版必修一例题与讲解：第二章第二节匀变速直线运动的实验探究.docVIP

第2节　匀变速直线运动的实验探究 一、认识打点计时器与频闪照相法 1．电磁打点计时器 构造 如图是电磁打点计时器的构造图，请同学们认识一下，对于打点计时器的构造，只需知道名称及作用即可。 2．电火花计时器 (1)构造：电火花计时器的构造如图所示，它在纸带上打点的是电火花和墨粉。 (2)原理 它是利用火花放电在纸带上打出点迹的计时仪器。当接通220 V交流电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针、墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电，于是在运动纸带上就打出一列点迹。当电源频率为50 Hz时，它也是每隔0.02 s打一次点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔也是0.02 s。 【例1】如图所示的纸带是某同学练习使用打点计时器时得到的，纸带的左端先通过打点计时器。从点迹的分布情况可以断定纸带的速度变化情况是________。若所用电源频率为50 Hz，从打下A点到打下B点，共13个点迹，历时______ s。若AB间的距离为0.026 5 m，则这段时间内纸带运动的平均速度是________ m/s。 解析：由于点迹右端密集，说明纸带的速度在减小。A点与B点之间有12个时间间隔，对应时间为t＝12×0.02 s＝0.24 s；在AB段上的平均速度v＝＝0.11 m/s。 答案：逐渐减小　0.24　0.11 (1)在纸带上相邻两点间的时间间隔均为0.02 s(电源频率为50 Hz)，所以点迹密集的地方表示纸带运动的速度小。 (2)根据v＝，可以求出任意两点间的平均速度，两点间的距离可以用直尺测量出，Δt为两点间的时间间隔数与0.02 s的乘积。这里必须明确所求的是哪两点之间的平均速度。 1－1关于纸带的应用，下列说法正确的是(　　) A．利用纸带可以较准确地读出时间 B．利用纸带可以较准确地测出某点的瞬时速度 C．利用纸带可以较准确地测出某段时间内的平均速度 D．为了较准确地测定某点的速度，所取的相应时间段越短越好 1－2关于打点计时器打出的纸带，下列叙述正确的是(　　) A．点迹均匀，说明纸带做匀速运动 B．点迹变稀，说明纸带做加速运动 C．点迹变密，说明纸带做加速运动 D．相邻两点间的时间间隔相等 1－3关于打点计时器打出的纸带上的点，下列叙述正确的是(　　) A．必须从第一个点开始选取整条纸带 B．根据情况选取点迹清晰的部分纸带 C．选取的第一个点计数为1，到第n个点的时间间隔为0.02n s D．选取的第一个点计数为1，到第n个点的时间间隔为0.02(n－1)s 3．频闪照相法 频闪照相法是一种利用照相技术，每间隔一定时间曝光，从而形成间隔相同时间的影像的方法。在频闪照相中也会用到频闪灯(如图)，它每隔相等时间闪光一次，例如每隔0.1 s闪光一次，即每秒闪光10次。当物体运动时，利用频闪灯照明，照明机可以拍摄出该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。 频闪灯 下图是采用每秒闪光10次拍摄的小球沿斜面滚下的频闪照片，照片中每两个相邻小球的影像间隔的时间就是0.1 s，这样便记录了物体运动的时间。而物体运动的位移则可以用尺子量出。 小球向下加速滚动的频闪照片 与打点计时器记录的信息相比，频闪灯的闪光频率相当于打点计时器交变电源的频率，而相同时间间隔出现的影像则相当于打点计时器打出的点子。因此，运动物体的频闪照片既记录了物体运动的时间信息，又记录了物体运动的位移信息。至于根据时间和位移信息求加速度的方法，两者都是一样的。 二、打点计时器与频闪照相法的应用 1．用打点计时器测量瞬时速度 计算纸带上某一点的瞬时速度的依据：做匀变速直线运动的物体，在某段时间内中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度。 证明：设物体做匀变速直线运动时间为t，在这段时间内位移为s，则s＝v0t＋at2，这段时间内平均速度为＝＝v0＋at，而该段时间中间时刻的速度为＝v0＋a()＝v0＋at，可见＝。 计算示例：如图所示，已知小车做匀变速直线运动，求打下第n个点时纸带的瞬时速度。由于从第(n－1)个点到第(n＋1)个点这段时间的中间时刻恰为打下第n个点的时刻。根据上面的证明可得：打下第n个点时的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，即vn＝或。 2．用逐差法求小车加速度 如图所示，根据测量的相邻的计数点间的间隔s1、s2、s3、…和相邻计数点间的相隔时间T＝0.02n s(n为两计数点间的间隔数)，求小车的加速度，这种作法叫逐差法。逐差法是这样处理数据的： s4－s1＝(s4－s3)＋(s3－s2)＋(s2－s1)＝3aT2，同理有s5－s2＝s6－s3＝s4－s1＝3aT2，求出a1＝，a2＝，a3＝，再算出a1、a2、a3的平均值，这就是我们所求的匀变速直线运动的加速度。