高中物理人教版必修第一册2.4 自由落体运动 导学案

实验十四用位移传感器研究自由落体运动实验目的研究自由落体的运动规律。实验原理用位移传感器发射器作为自由落体，位移传感器接收器固定在铁架台上，当传感器发射模块下落时，描绘记录下自由落体的“s-t”图线。借助软件功能分析自由落体的规律。实验器材朗威DISLab、计算机、铁架台、减震回收装置（垫有海棉或绒布的纸篓）等。实验装置图见图14-1（固定在铁架台上的是位移接收模块，下方手持的是位移发射模块）。图14-1实验装置图实验过程与数据分析1．将位移传感器接收器垂直向下固定在铁架台上，接入数据采集器第一通道；2．打开“组合图线”窗口，点击“添加”，选取“时间-位移”；3．将铁架台置于实验桌边缘，使位移传感器接收器与地面的减震回收装置正对，以确保发射模块自由下落后可落入其中；-3- 1．打开发射模块的电源，使其与接收模块正对，释放发射模块，使其自由下落，获得“s-t”图线（图14-2）；图14-2自由落体的s-t图2．因下落时间极为短暂，故“s-t”图线近乎垂直。利用软件的“自由坐标”功能，图14-2中的图线已经过了适当拉伸（横轴），以便于观察和分析；3．在“s-t”图线上选择“有效区段”（图14-3），对所选区段进行“二次多项式拟合”，发现拟合图线与实测图线完全重合（图14-4），说明位移s与运动时间t为二次方关系；4．对拟合图线进行“求导”，导数曲线为一条直线（图14-5），即速度与时间的关系为线性关系；5．对“求导曲线”进行“线性拟合”（图14-6）。由拟合图线的直线方程：y=（982.9129x）+（-8848.2236），得出该拟合图线的斜率为982.9（cm/s2），即9.829（m/s2），其物理意义为速度的变化率，也就是重力加速度；-3- 图14-3选择有效区段图14-4二次多项式拟合图14-5求导图14-6显示线性拟合方程1．将实验结果与当地重力加速度值（实验地为济南市）进行对比。讨论在研究自由落体运动实验中使用位移传感器给了我们什么启发？-3-