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- 2021-05-26 发布
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一、实验目的
(1)进一步练习使用打点计时器及利用纸带求速度。
(2)学会用实验探究小车速度随时间变化的规律的方法,学
会用v-t图像处理实验数据。
二、实验原理
利用打点计时器打出的纸带上记录的数据,计算出各时刻
的速度,再作出速度—时间的关系图像。
(1)某点的瞬时速度一般用一小段时间内的平均速度代替。
(2)若v-t图像为一倾斜直线,则物体做匀变速直线运动,
图线的斜率表示加速度。
三、实验器材
打点计时器、学生电源、复写纸、纸带、导线、一端带
有滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、坐标纸。
四、实验步骤
(1)如图2-1-1所示,把附有滑轮的长木板放在实验
桌上,并使滑轮伸出桌面,把打点计时器固定在长木板
上没有滑轮的一端,连接好电路。
图2-1-1
(2)把一条细绳拴在小车上,使细绳跨过滑轮,下边
挂上钩码,把纸带穿过打点计时器,并把纸带的一端固定
在小车的后面。
(3)把小车停在靠近打点计时器处,接通电源后,释
放小车,让小车拖着纸带运动,打点计时器就在纸带上打
下一系列小点。关闭电流。
(4)换上新的纸带,重复实验两次。
(5)增减所挂钩码,按以上步骤再做两次实验。
五、数据处理
1.表格法
(1)从几条纸带中选择一条比较理想的纸带,舍掉开始一
些比较密集的点,在后面便于测量的地方找一个开始点,作
为计数始点,以后依次每五个点取一个计数点,并标明0、1、
2、3…,测量各计数点到0点的距离x,并记录填入表中。
位置编号 0 1 2 3 4 5
时间t/s
x/m
v/(m·s-1)
(2)分别计算出与所求点相邻的两计数点之间的距离
Δx1、Δx2、Δx3…。
(3)计算平均速度,用平均速度代替相关计数点的瞬
时速度,填入上面的表格中。
(4)根据表格中的数据,分析速度随时间怎么变化。
2.图像法
(1)在坐标纸上建立直角坐标系,横轴
表示时间,纵轴表示速度,并根据表格中
的数据在坐标系中描点。
(2)画一条直线,让这条直线通过尽可能多的点,不在线上
的点均匀分布在直线的两侧,偏差比较大的点忽略不计,如图2
-1-2所示。
(3)观察所得到的直线,分析物体的速度随时间的变化规律。
图2-1-2
六、注意事项
(1)开始释放小车时,应使小车靠近打点计时器。
(2)先接通电源,等打点稳定后,再释放小车。
(3)打点完毕,立即断开电源。
(4)选取一条点迹清晰的纸带,适当舍弃点密集部分,适
当选取计数点(注意计数点与计时点的区别),弄清楚所选的
时间间隔T等于多少秒。
(5)牵引小车的钩码质量要适宜。如果质量过大,纸带
上打出的计时点太少;如果质量过小,打出的点过于密集,
不便于测量距离。
(6)要防止钩码落地,避免小车跟滑轮相碰,当小车到
达滑轮前及时用手按住。
(7)在坐标纸上画v-t图像时,注意坐标轴单位长度的
选取,应使图像尽量分布在较大的坐标平面内。
七、误差分析
(1)木板的粗糙程度不同,摩擦不均匀。
(2)根据纸带测量的位移有误差,从而计算出的瞬时
速度有误差。
(3)作v-t图像时单位选择不合适或人为作图不准确
带来误差。
[例1] 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验
中,利用打点计时器在纸带上打的点记录小车的运动情况。
某同学做此实验时步骤如下:
A.拉住纸带,将小车移至靠近打点计时器处,放开纸
带,再接通电源。
B.将打点计时器固定在长木板上,并接好电路。
C.把一条绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下面挂上
适当的钩码。
D.小车停止运动后,直接取下纸带。
E.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限
位孔。
F.换上新纸带,重复操作三次,然后从所有纸带中选
取一条点迹清晰的进行数据处理。
其中错误或遗漏的步骤有:
(1)_________________________________________;
(2)_________________________________________。
将以上步骤完善后按合理的顺序填写在下面横线上。
______________________________________________。
[解析] 实验过程中应先接通电源,再放开纸带,
取纸带前应先断开电源,所以错误操作是步骤A、D。
错误操作:(1)A选项中应先接通电源,再释放纸带;
(2)D选项中取纸带前应先断开电源。
合理顺序:BECADF。
[答案] 见解析
[例2] 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实
验中,如图2-1-3所示为一次记录小车运动情况的纸带,
图中A、B、C、D、E为相邻的计数点,(A点为第一个点)
相邻计数点间的时间间隔T=0.1 s。
图2-1-3
(1)根据________________计算各点瞬时速度,且vD=
________ m/s,vC=________ m/s,vB=________ m/s。
(2)在如图2-1-4所示坐标系中画出小车的v-t图线,
并根据图线求出a=________。
图2-1-4
(3)将图线延长与纵轴相交,交点的物理意义是
_____________________________________________________。
(3)将图线延长后,与纵轴的交点的速度表示零时刻
小车经过A点的速度大小。
[答案] (1)某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬
时速度 3.90 2.64 1.38 (2)图像见解析 12.6 m/s2
(3)表示零时刻小车经过A点的速度大小
[例3] 在用打点计时器“研究物体的速度随时间的
变化规律”的实验中,某同学将打点计时器打出的三条纸
带,分别以间隔相同点迹的方式依次剪成短纸条,按先后
顺序一端对齐粘贴在一起。然后用平滑线段将各段纸带顶
端的中点连起来,形成如图2-1-5所示的图像,则根据
纸带的特点即可研究物体的速度随时间的变化规律。以下
说法不正确的是 ( )
图2-1-5
A.图甲表示物体做匀速直线运动
B.图乙表示物体做匀速直线运动
C.图乙表示物体的速度随时间均匀增加
D.图丙表示物体的速度先随时间均匀增加,后保持不变
[答案] B
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