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专题一 直线运动专题,8,一、实验目的,用打点计时器探究小车速度随时间变化的规律，,二、实验原理,1.,打点计时器,(1),作用：计时仪器，每隔,0.02 s,打一次点,.,(3),纸带上点的意义,表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置；,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,(1),沿直线运动的物体在连续相等时间间隔的不同时刻,的速度分别为,v,1,、,v,2,、,v,3,、,v,4,、,，若,v,2,v,1,v,3,v,2,v,4,v,3,，则说明物体在相等时间内速度的增量相等，,由此说明物体在做匀变速直线运动，即,a,.,(2),沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移分别为,x,1,、,x,2,、,x,3,、,x,4,，若,x,x,2,x,1,x,3,x,2,x,4,x,3,，,则说明物体在做匀变速直线运动，且,x,aT,2,.,3.,速度、加速度的求解方法,(1),“,平均速度法,”,求速度，即,v,n,，如图实,1,1,所示,.,(2),“,逐差法,”,求加速度，即,a,1,，,a,2,，,a,3,，然后取平均值，即 ，这样使所给数据全部得到利用，以提高准确度,.,(3),“,图象法,”,求加速度，即由,“,平均速度法,”,求出多个点的速度，画出,v,t,图，直线的斜率即加速度,.,三、实验器材,打点计时器、纸带、一端附有定滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、电源,.,四、实验步骤,1.,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,.,2.,把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适,的钩码，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在,小车的后面，调节滑轮的高度，使细绳与平板平行,.,实,验装置见图,1,4,2,，放手后，看小车能否在木板上平,稳地加速滑行,.,3.,把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后放,开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸,带上打下一系列的点，换上新纸带，重复三次,.,4.,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，以后依次每五个点取一个计数点，确定好计数始,点，并标明,0,、,1,、,2,、,3,、,4,，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,0,x/,m,0,v/(,m,s,1,),5.,计算出相邻的计数点之间的距离,x,1,、,x,2,、,x,3,6.,利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的,瞬时速度求得各计数点,1,、,2,、,3,、,4,、,5,的瞬时速度，,填入上面的表格中,.,7.,增减所挂钩码数，再做两次实验,.,五、数据处理及实验结论,1.,由实验数据得出,v,t,图象,(1),根据表格中的,v,、,t,数据，,在平面直角坐标系中仔细描,点，如图实,1,4,3,所示，对于每次实验，描出的几个点,都大致落在一条直线上,.,(2),作一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落到这条,直线上，落不到直线上的点，应均匀分布在直线的两侧，,这条直线就是本次实验的,v,t,图象，它是一条倾斜的直线,.,2.,由实验得出的,v,t,图象进一步得出小车运动的速度随时,间变化的规律,.,有两条途径进行分析：,(1),小车运动的,v,t,图象是一条倾斜的直线如图实,1,4,4,所示，当时间增加相同的值,t,，速度也会增加相同的,值,v,，由此得出结论：小车的速度随时间均匀变化,.,(2),既然小车的,v,t,图象是一条倾斜的直线，那么,v,随,t,变化的函数关系式为,v,kt,b,，所以小车的速度随时间均匀变化,.,六、注意事项,1.,交流电源的电压及频率要符合要求,.,2.,实验前要检查打点的稳定性和清晰程度，必要时要调节,振针的高度和更换复写纸,.,3.,开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器,.,4.,先接通电源，计时器工作后，再放开小车，当小车停止,运动时及时断开电源,.,5.,要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，在小车到达滑轮前,及时用手按住它,.,6.,牵引小车的钩码个数要适当，以免加速度过大而使纸带,上的点太少，或者加速度太小，而使各段位移无多大差,别，从而使误差增大，加速度的大小以能在,50,cm,长的纸,带上清楚地取得六、七个计数点为宜,.,7.,要区别计时器打出的点与人为选取的计数点，一般在纸,带上每隔四个点取一个计数点，即时间间隔为,T,0.025,s,0.1,s,.,8.,要多测几组，尽量减小误差,.,9.,描点时最好用坐标纸，在纵、横轴上选取合适的单位，,用细铅笔认真描点,.,七、实验改进,物块带动小车做加速运动时，因受轨道等各方面的影响，致使小车加速度不恒定，即小车不真正做匀加速直线运动，若采用如图,1,4,5,所示装置则可避免,.,将包有白纸的总质量为,m,的圆柱金属棒替代纸带和重物，蘸有颜料的毛笔固定在马达上并随之匀速转动，,使之替代打点计时器,.,当烧断挂圆柱的线后，所示圆柱金属棒竖直自由落下，毛笔就在圆柱金属棒面的纸上画出记号，得到对应的纸带，如图,1,4,6,所示,.,测出在同一条竖直线上各相邻的两条画线之间的间隔,x,1,、,x,2,、,x,3,、,，利用逐差法,x,aT,2,，根据电动机转动的周期,T,，即可求出金属棒下落的加速度,a.,一个小球沿斜面向下运动，用每隔,s,曝光一次的频闪照相机拍摄不同时刻小球的位置照片，如图,1,4,7,所示，即照片上出现的相邻两个小球的像之间的时间间隔为,s,，测得小球在几个连续相等时间内位移数据见表,.,x,1,(,cm,),x,2,(,cm,),x,3,(,cm,),x,4,(,cm,),8.20,9.30,10.40,11.50,(1),小球在相邻的相等时间内的位移差,(,填,“,相等,”,或,“,不相等,”,),，小球运动的性质属,直线,运动,.,(2),甲、乙两同学计算小球加速度的方法如下：,甲同学：,a,1,(x,2,x,1,)/T,2,，,a,2,(x,3,x,2,)/T,2,，,a,3,(x,4,x,3,)/T,2,，,(a,1,a,2,a,3,)/3,乙同学：,a,1,(x,3,x,1,)/(2T,2,),，,a,2,(x,4,x,2,)/(2T,2,),，,(a,1,a,2,)/2,你认为甲、乙两位同学的计算方法较好的是,，加速度值为,.,解题指导,(1)x,2,x,1,9.30,cm,8.20,cm,1.10,cm,；,x,3,x,2,10.40,cm,9.30,cm,1.10,cm,；,x,4,x,3,11.50,cm,10.40,cm,1.10,cm,.,由以上可以得出，小球在相邻的相等时间内的位移差相等，即,x,K(,恒量,),，所以小球的运动性质属匀加速直线运动,.,(2),用逐差法求加速度可以减少实验误差，故乙同学的计算方法较好,.,a,1,1.10,m,/,s,2,；,a,2,1.10,m,/,s,2,；,(a,1,a,2,)/2,1.10,m,/,s,2,.,答案,(1),相等 匀加速,(2),乙,1.10,m,/,s,2,某同学用图,1,4,8,所示装置测量重力加速度,g,，所用交,流电频率为,50,Hz,.,在所选纸带上取某,点为,0,号计数点，然后每隔两个计时,点取一个计数点，所有测量数据及,其标记符号如图,1,4,9,所示,.,该同学用两种方法处理数据,(T,为相邻两计数点的时间间隔,),：,方法,A,：由,g,1,，,g,2,，,，,g,5,，取平均值 ,8.667 m/s,2,；,方法,B,：由,g,1,，,g,2,，,g,3,，取平均值 ,8.673,m,/,s,2,.,从数据处理方法看，在,x,1,、,x,2,、,x,3,、,x,4,、,x,5,、,x,6,中，对实验结果起作用的：方法,A,中有,；方法,B,中有,.,因此，选择方法,(A,或,B),更合理，这样可以减少实验的,(,系统或偶然,),误差,.,本实验误差的主要来源有,.,(,试举出两条,).,解题指导,物体只在重力的作用下做匀加速直线运动，通过对纸带数据的处理，可以求出当地的重力加速度数值，本题主要考查在处理数据的两种方法中哪种误差较小，是属于误差分析类问题,.,方法,A,：,所以方法,A,中只有,x,1,和,x,6,起作用,.,方法,B,：,所以方法,B,中,x,1,、,x,2,、,x,3,、,x,4,、,x,5,、,x,6,均起作用，因此选择方法,B,更合理，更易减小偶然误差,.,本实验中误差来源较多，例如：阻力、交流电频率不稳定，长度测量不准确、数据处理方法等,.,答案,x,1,、,x,6,x,1,、,x,2,、,x,3,、,x,4,、,x,5,、,x,6,B,偶然阻力、交流电频率不稳定等,用 电磁打点计时器或电火花打点计时器打出的纸带只能测定短距离过程中的速度，若要测定长距离过程中的速度，如测定某人在走路过程中的速度就不能用以上两种打点计时器了,.,有人设计了一种简易的,“,滴水计时器,”,，就可以粗略地测定人在走路过程中的速度,.,取一只饮料瓶，用缝衣针在瓶底钻一适当大小的小孔，在瓶中灌满水，用手提着，使水均匀滴出,(,如图,1,4,10,所示,).,实验中可用旋松、旋紧瓶盖的方法开、关计时器,.,(1),测出计时器的滴水周期；,(2),用计时器判定你在赛跑时不同阶段的运动性质；,(3),测定你在匀速步行时的速度,.,解题指导,(1),从某滴水滴下开始计时，用秒表测出滴,n,滴水的总时间,t(n,取,30,或,50),，则计时器的滴水周期为,T,.,(2),起跑阶段滴在跑道上的水滴之间的距离越来越大，表明做加速运动；中间阶段水滴之间的距离较大且近似相等，表明做速度较大的匀速运动；通过终点后水滴之间的距离越来越小，表明做减速运动,.,(3),取匀速步行时滴水计时器滴在地上的,N,个清晰的滴水点，用卷尺测出这,N,个点之间的距离,s,，再除以滴这,N,滴水所用时间,t,，则步行时的速度为,v,答案,见解题指导,
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