物理学史必修一

第4讲 实验：研究匀变速直线运动

知识梳理

一、实验目的

1. 练习使用打点计时器，学会用打上点的纸带研究物体的运动．

2．掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法．

3．会利用纸带测定匀变速直线运动的加速度．

二、实验原理

1．打点计时器

(1)作用：计时仪器，每隔0.02s打一次点．

(2)工作条件:

电磁打点计时器：6 V以下交流电源

电火花计时器：220 V交流电源

(3)纸带上点的意义：

① 表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置；

② 通过研究纸带上各点之间的间隔，可以判断物体的运动情况．

2．利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法

设x1、x2、x3、x4……为纸带上相邻两个计数点之间的距离，假如△x=x2-x1=x3-x2=x4-x3=……=常数，即连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量，则与纸带相连的物体做匀变速直线运动．

3．由纸带求物体运动速度的方法

根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度vn=(xn+xn+1)/2T

4．由纸带求物体运动加速度的方法

（1）利用△s=aT2

（2）利用Sm-Sn=(m-n)aT2

*（3）利用“逐差法”求加速度. “逐差法”求加速度的目的是尽可能多地使用我们测量的数据，以减小偶然误差．

设T为相邻两计数点之间的时间间隔，则:

a1=(x4-x1)/3T2 ,a2=(x5-x2)/ 3T2,a3=(x6-x3)/ 3T2

加速度的平均值为:a=(a1+a2+a3)/3

(4) 用v-t图象求加速度:求出打各个计数点时纸带的瞬时速度，再作出v-t图象，图线的斜率即为做匀变速直线运动物体的加速度．

三、实验器材

电火花计时器或电磁打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸．

四、实验步骤 1. 把带有滑轮的长木板平放在实验桌上，把滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，并把打点计时器连接在电源上。

1 物理学史课堂作业

1．谈谈你对伽利略的科学成就和你对他的评价。(15分)

科学成就：

①提出了类似于惯性原理的说法并第一次把外力和“引起加速或减速的外部原因”即运动的改变联系起来，为牛顿力学理论体系的建立奠定了基础；

②伽利略的《两门新科学》揭开了近代科学的序幕；

③伽利略的落体实验使用数学与实验相结合的研究方法，并推翻了亚里士多德的运动理论；

④伽利略通过斜面实验，总结出物体下落的距离与所经过的时间的平方成正比；

⑤发明了第一支空气温度计；

⑥创制了伽利略望远镜等等。

评价：

伽利略是伟大的意大利物理学家和天文学家，科学革命的先驱。在人类思想解放和文明发展的过程中作出了划时代的贡献。在当时的社会条件下，为争取不受权势和旧传统压制的学术自由，为近代科学的生长，他进行了坚持不懈的斗争，并向全世界发出了振聋发聩的声音。因此，他是科学革命的先驱，历史上他首先在科学实验的基础上融会贯通了数学、物理学和天文学三门知识，扩大、加深并改变了人类对物质运动和宇宙的认识。为了证实和传播N，哥白尼的日心说，伽利略献出了毕生精力。他以系统的实验和观察推翻了以亚里士多德为代表的、纯属思辨的传统的自然观，开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。

伽利略作为古代自然哲学和近代科学之间的过渡人物，为创建近代科学走的是一条很艰辛的道理，这从他的落体实验以及斜面实验的研究过程中就可见一斑。伽利略创立运动学理论的过程相当复杂，既有思辨，又有实验，他依靠思辨和实验相互印证、相互补充。这是一种新的科学思想和科学研究方法。因此，他被称为“近代科学之父”。他的工作，为牛顿的理论体系的建立奠定了基础。虽然他晚年终于被剥夺了人身自由，但他开创新科学的意志并未动摇。他的追求科学真理的精神和成果，永远为后代所景仰。

2. 从牛顿的研究道路来谈谈你对牛顿的认识和评价。(15分)

追溯牛顿作出人类史上如此丰功伟绩的渊源和他的创造过程：牛顿先研究过数学和天文学并思考过引力问题，后受伽利略和笛卡尔的影响开始动力学的研究，开普勒和布里阿德的天文学工作启示了他对天文学的兴趣，创立了微积分之后，牛顿再次研究天体问题。正是有了这些研究，最后，牛顿终于领悟了万有引力的真谛，用数学方法把地面上的力学和天上的力学统一在一起，形成了以三大运动定律为基础的力学体系以及万有引力定律，这也是宇宙中最基本的法则，被认为是“人类智慧史上最伟大的一个成就”，由此奠定了之后三个世纪中物理界的科学观点，并成为现代工程学的基础。

高一必修一物理知识点讲解

物理是自然科学的一门重要学科，研究物质的本质、运动和相互作用等。高中物理作为必修课程之一，为学生打下了理解和运用物理知识的基础。本文将围绕高一必修一物理知识点，进行一些简单的讲解。

第一章：物理世界与物理学方法论

物理学是研究物质及其运动、能量和相互作用的学科，它从微观和宏观两个层面研究物质世界。物理学方法论是系统学习和应用物理知识的基础，包括观察、实验和理论推导等。物理实验是物理学方法论的重要组成部分，通过实验可以观察和验证物理定律和规律。

第二章：运动的描述

运动是物质在时间和空间上的变化，可以通过位置、速度、加速度等指标进行描述。物体在直线运动中，位置与时间之间的关系可以用位移-时间图像表示。如果物体在单位时间内的位移保持不变，则称为匀速运动；如果物体在单位时间内的位移变化不定，则称为变速运动。在平抛运动中，物体在水平方向的运动是匀速直线运动，在竖直方向的运动是自由落体运动。

第三章：力的概念与力的矩

力是物体之间相互作用的结果，可以改变物体的状态和形状。力的大小通常用牛顿（N）作为单位。力的矩是描述力对物体产生旋转效果的物理量。当一组力对物体施加的合力为零时，物体保持平衡；当一组力对物体施加的合力不为零时，物体会发生平动或转动。

第四章：谐振运动与机械能守恒

谐振运动是一个物体在外力作用下以某一频率振动的运动形式。谐振运动的特点是周期性、周期与频率成反比、机械能守恒。对于谐振系统，机械能可以由势能和动能组成，当没有非弹性损耗时，机械能在振动过程中保持不变。

第五章：力与加速度的关系

牛顿第二定律描述了力和物体加速度之间的关系，它的表达式是F=ma。其中F代表力的大小，m代表物体的质量，a代表物体的加速度。根据牛顿第二定律，可以推导出其他与力和加速度相关的公式，如力的合成、力的分解和摩擦力等。

第六章：牛顿学派与洛伦兹学派

牛顿学派和洛伦兹学派是物理学史上的两个重要派别。牛顿学派认为时间和空间是绝对的，相对运动是相对于惯性参考系的。洛伦兹学派则提出了狭义相对论的观点，认为时间和空间是相对的，相对运动是相对于任意参考系的。这两个学派的观点在物理学的发展中都起到了重要作用。

第 1 页 共 2 页 高一1、2、3班物理自主作业

一、选择题

1．关于自由落体运动，下列说法中正确的是（ ）。

A．它是竖直向下、v0＝0、a＝g的匀加速直线运动

B．在开始连续的三个1 s内通过的位移之比是1∶3∶5

C．在开始连续的三个1 s末的速度大小之比是1∶2∶3

D．从开始运动起下落4.9 m、9.8 m、14.7 m所经历的时间之比为1∶2∶3

2．一石块从高度为H处自由下落，当速度达到落地速度的一半时，它的下落距离等于（ ）。

A. 2H

B. 4H C. 32H D. 22H

3．如右图所示，A、B两小球用长为L的细线连接悬挂在空中，A距湖面高度为H，释放小球，让它们自由落下，测得它们落水声相差Δt.如果球A距湖面的高度H减小，则Δt将( )

A．增大 B．不变

C．减小 D．无法判断

4．从某高处释放一粒小石子，经过1 s从同一地点再释放另一粒小石子，不计空气阻力，则在它们落地之前的任一时刻( )

A．两粒石子间的距离将保持不变，速度之差保持不变

B．两粒石子间的距离将不断增大，速度之差保持不变

C．两粒石子间的距离将不断增大，速度之差也越来越大

D．两粒石子间的距离将不断减小，速度之差也越来越小

5．两物体在不同高度自由下落，同时落地，第一个物体下落时间为t，第二个物体下落时间为t/2，当第二个物体开始下落时，两物体相距( )

A．gt2 B．3gt2/8 C．3gt2/4 D．gt2/4

6．关于重力加速度的说法不正确的是( )

A．重力加速度g是标量，只有大小没有方向，通常计算中g取9.8 m/s2

B．在地球上不同的地方，g值的大小不同，但它们相差不是很大

C．在地球上同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同

D．在地球上的同一地方，离地面高度越大重力加速度g越小