物理必修 第一册第3节 速度试讲课课件ppt

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第四节 科学测量：
做直线运动物体的瞬时速度
在研究物体的运动规律时，往往需要记录物体的位置与时间，并进行测量与计算。
直尺－测量位置间的距离--位移大小
用这两种工具测量就会产生较大的误差
一、记录位移与时间的工具
由所接电源频率所决定。我国市电频率为50HZ,即每秒可打50个点
任意相邻两点对应间隔的时间均为 0.02 s
实验室常用打点计时器记录位移与时间
特点：每隔相等时间闪光一次的特点，可得运动物体间隔相等时间的频闪照片，这些照片能反映出该物体每隔相等时间所到达的位置信息。
频闪灯的闪光频率相当于打点计时器交变电源的频率，而间隔相等时间出现的影像则相当于打点计时器打出的点。
判断照片中摩托车的三种运动分别属于什么运动？
研究物体运动情况，当缺少相应的实验条件，还可利用“模拟打点计时器”等简易方法获取位移与时间信息。
按一定间隔的时间（如每秒１次或每秒 2 次）点击纸带
拿着底部穿孔、滴水比较均匀的饮料瓶竞走，然后通过留在地上的水印分析他的速度变化情况
二、测量小车的瞬时速度
(1)测小车瞬时速度：在间隔时间很短的情况下，平均速度可近似视为瞬时速度。
例如，若测量打下点 1 时小车的瞬时速度，我们可选择点 1 前后附近的两个点，若这两点的间隔时间很短，则两点间的平均速度可近似视为打下点 1 时小车的瞬时速度。考虑到实际测量的误差，所选择的两点也不宜太近，一般可选择点 0 和点 2。
实验装置如图 2-19 所示。
同理，可近似求出打下点 2，3，…时小车的瞬时速度
（2）判断沿斜面下滑的小车是否做匀变速直线运动:
根据各点的瞬时速度及对应的时间，可画出 v-t 图像。若多次反复实验后得到的图像皆近似为直线，则可初步判定小车沿斜面向下做匀变速直线运动。
根据 v-t 图像，利用 也可得到小车的加速度。
（1）把打点计时器固定在长木板一端，并将该端垫高，使长木板形成斜面,如图2-19。（2）将长 60 cm 左右的纸带一端穿过打点计时器，另一端固定于小车，尽量让小车靠近打点计时器。（3）打开打点计时器开关，稍后（打点稳定后）释放小车，待小车滑到斜面底端时止住小车，关闭开关。取下纸带，检查点迹。若有问题，可换上新纸带，调试后重复上述步骤。（4）选择点迹清晰的纸带，避开点迹密集部分，从距打点的开始端几厘米处选择一个点记为点 0。在该点后面，依次标出间隔时间相等的计数点 1，2，3，4，5，…（5）根据打点计时器的周期，计算各计数点到点 0 对应的时间 t，测量各计数点与下一相邻计数点间的距离 s，将t 和 s 的相应数据填入表 2-2 中。
图 2-20 是小车下滑过程中打点计时器打出的纸带。
在纸带上，选取便于测量的某点作为计时的起点，记为点 0，依次向后每 5 个点选取一个计数点，分别记为 1，2，3，…用刻度尺量出相邻计数点间的长度，分别记为 s 1 ，s 2 ，s 3 ，…由前述可知，若打点计时器的工作周期为 0.02 s，那么相邻计数点间隔的时间 T = 5×0.02 s = 0.10 s。
（1）计算计数点 1，2，3，…对应的瞬时速度。
（2）在图 2-21 上绘制速度随时间变化的 v-t 图像，判断小车是否做匀变速直线运动。描点时，偏离直线太多的点应舍去。
1、小车在上述 5 个计数点的瞬时速度分别为：
2、根据v-t 图像判断，小车运动的v-t图象是一条直线，所以，小车做 直线运动。
（1）为什么标出计数点时要避开点迹密集部分，从距打点的开始端几厘米处选择一个点记为点 0 ？选取的计数点间隔的时间越小，平均速度就越接近瞬时速度，实验误差是否就一定越小？
（2）请说明你是如何得出瞬时速度的，并解释得出上述实验结论的理由。
（3）你能否根据上述 v-t 图像求出小车的加速度大小？
为了减少测量误差。小车速度小点密集则多取几个点为计数点，反之可少取。
1、利用相同时间相邻的两段位移差判断是否为匀变速运动
若得得的数据在误差范围内相等，则该运动为匀变速直线运动
结论：在误差范围内，上述相同时间相邻的两段位移差相等，所以该运动是匀变速直线运动
2、利用“逐差法”法，计算加速度。
逐差法是提高实验数据利用率、减小偶然误差的一种方法
在匀变速直线运动中，相邻相同时间间隔 T 内的位移差都相等，有
如果用相邻的相段位移差计算加速度，再求平均值则有
可见，最后只用到S1 和S6 两个数据，实验数据的利用率不高。
如何才能提高实验数据的利用率、减小偶然误差？
为了提高实验数据的利用率、减小偶然误差，可把上述连续的6个数据前后对半分成 A、B 两组，每组 3 个数据，将B组第一个数据减去 A 组第一个数据得 ΔS1=S4-S1=3a1T2，B组第二个数据减去A组第二个数据得ΔS2=S5-S2=3a2T2，同理有ΔS3=S6-S3=3a3T2。
由此，可分别求得a1 、a2 和a3 ，再取其平均值
所取实验数据均参与运算，这样便提高了实验数据的利用率，减小了偶然误差。
5. 电磁打点计时器是使用交流电源工作的计时仪器，其工作电压通常为 V。当电源的频率为 50 Hz 时，该打点计时器每隔 s 打一次点。某同学用打点计时器、重物和纸带做研究重物下落运动的实验，如图（a）所示。选出的一条纸带如图（b）所示，O、A、B、C、D 是五个计数点，从 O 开始每隔一个点选一个计数点。用毫米刻度尺测得 OA = 6.63 cm，AB = 8.16 cm，BC = 9.7 cm，CD = 11.23 cm。这四个数据中不符合读数要求的是 。根据以上数据可知，重物做 运动。当打点计时器打下点 B 时，重物下落的速度大小是 m/s，重物下落的加速度是 m/s2（结果保留 3 位有效数字）。若用其他更准确的方法测出重物下落的加速度为 9.80 m/s2 ，则本实验加速度测量值的相对误差为 。