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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,1,第,5,讲 实验：研究匀变速直线运动,第二章,直 线 运 动,2,一、,实验目的,1.,练习使用打点计时器，学习利用打上点的纸带研究物体的运动,.,2.,学习用打点计时器测定瞬时速度和加速度,.,二、,实验原理,3,1.,打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，它每隔,0.02s,打一次点,(,由于电源频率是,50Hz),，纸带上的点表示的是与纸带相连的运动物体在不同时刻的位置，研究纸带上点之间的间隔，就可以了解物体运动的情况,.,4,2.,由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法：如图,2-5-1,所示，,0,、,1,、,2,为时间间隔相等的各计数点，,s,1,、,s,2,、,s,3,为相邻两计数点间的距离，若,s,=,s,2,-,s,1,=,s,3,-,s,2,=,恒量，即若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的运动为匀变速直线运动,.,图,2-5-1,5,3.,由纸带求物体运动加速度的方法,(1),用“逐差法”求加速度：即根据,s,4,-,s,1,=,s,5,-,s,2,=,s,6,-,s,3,=3,aT,2,(,T,为相邻两计数点间的时间间隔,),求出,再算出,a,1,、,a,2,、,a,3,的平均值即为物体运动的加速度,即,:,6,(2),用,v,-,t,图法：即先根据,求出打第,n,点时纸带的瞬时速度，后作出,v,-,t,图线，图线的斜率即为物体运动的加速度,.,7,三、,实验器材,小车，细绳，钩码，一端附有定滑轮的长木板，打点计时器，低压交流电源，导线两根，纸带，米尺等,.,四、,实验步骤,图,2-5-2,8,1.,把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，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，如图,2-5-2,所示,.,2.,把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，并在细绳的另一端挂上合适的钩码，放手后，小车能在长木板上平稳地加速滑行一段距离，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面,.,9,3.,把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，再放开小车，让小车运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，取下纸带，换上新纸带，重复实验三次,.,4.,从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头一些比较密集的点，为了测量方便和减少误差，从便于测量的位置找一个计数点,A,，然后每,5,个点,(,或者说每隔,4,个点,),取一个计数点,B,、,C,、,D.,如图,2-5-3,所示，这样每两个计数点间的时间间隔为,0.1s.,图,2-5-3,10,5.,使用毫米刻度尺测量出两点之间的距离，用逐差法求出加速度，也可求出各计数点对应的速度，作,v,-,t,图，求得图线的斜率即为物体运动的加速度,.,11,五、,注意事项,1.,打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点，如果打出的是短横线，应使振针距复习纸的高度增大一点,.,2.,使用打点计时器打点时，应先接通电源，打点计时器稳定后再释放纸带，纸带打完后及时断开电源,.,3.,开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器,.,12,4.,小车的加速度应适当大一些，以能在纸带上长约,50cm,的范围内清楚地取,7,8,个计数点为宜,.,5.,应区别计时器打出的轨迹点与人为选取的计数点，通常每隔,4,个轨迹点选,1,个计数点，选取的记数点不少于,6,个,.,6.,不要分段测量各段位移，可统一量出各计数点到计数起点之间的距离，读数时应估读到毫米的下一位,.,7.,计算结果时注意题目对有效数字的要求,.,13,某同学用图,2-5-4,所示装置测量重力加速度,g,所用交流电频率为,50Hz.,在所选纸带上取某点为,0,号计数点，然后每,3,个点取一个计数点，所有测量数据及其标记符号如图,2-5-5,所示,.,例,1,图,2-5-5,14,图,2-5-4,15,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,取平均值,g,=8.667 m/s,2,；,方法,B,：由,取平均值,g,=8.673 m/s,2,.,16,从数据处理方法看，在,s,1,、,s,2,、,s,3,、,s,4,、,s,5,、,s,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,).,逐差法，误差,.,方法,A,：,所以对实验结果起作用的只有,s,1,和,s,6,；,17,方法,B,：,所以,s,1,s,2,s,3,s,4,s,5,s,6,对实验均起作用,.,因此选择方法,B,更合理，这样可以减少实验的偶然误差,.,本实验误差的主要来源有：阻力,(,空气阻力，振针的阻力，限位孔的阻力，复写纸的阻力等,),，交流电频率波动，长度测量，数据处理方法等,.,18,方法,A,只用两组数据偶然误差大，方法,D,实际上只用第,1,组数据和最后一组数据，其他数据都没有用到，偶然误差较大，而方法,B,也是不妥的，因物理学的图象中，纵横坐标的标度往往不同,其斜率不等于倾角的正切值，,故答案为,C,.,变式练习,1,19,如图,2-5-6(a),所示，小车放在斜面上，车前端拴有不可伸长的细线，跨过固定在斜面边缘的小滑轮与重物相连，小车后面与打点计时器的纸带相连,.,起初小车停在靠近打点计时器的位置，重物到地面的距离小于小车到滑轮的距离,.,例,2,20,启动打点计时器，释放重物，小车在重物的牵引下，由静止开始沿斜面向上运动，重物落地后，小车会继续向上运动一段距离,.,打点计时器使用的交流电频率为,50Hz.,图,2-5-6(b),中,a,、,b,、,c,是小车运动纸带上的三段，纸带运动方向如箭头所示,.,(1),根据所提供纸带上的数据，计算打,c,段纸带时小车的加速度大小,为,m/s,2,.(,结果保留两位有效数字,),21,图,2-5-6,22,(2),打,a,段纸带时，小车的加速度是,2.5m/s,2,.,请根据加速度的情况，判断小车运动的最大速度可能出现在,b,段纸带中的,.,(3),如果取重力加速度,10m/s,2,，由纸带数据可推算出重物与小车的质量比为,.,用打点计时器研究物体的运动,.,23,(1),打,c,段纸带时重物已落地，小车做匀减速直线运动，其加速度大小,24,(2),D,4,D,3,-,D,3,D,2,=,D,3,D,2,-,D,2,D,1,=0.1cm,，说明小车仍在做匀加速直线运动；,D,6,D,5,-,D,7,D,6,=0.2cm,，说明小车已在做匀减速直线运动；而,D,5,D,4,-,D,4,D,3,=0.06cm,，,D,5,D,4,-,D,6,D,5,=0.16cm,，所以砝码是在打,D,4,、,D,5,之间着地的，故最大速度可能出现在,D,4,D,5,区间内,.,25,(3),设重物的质量为,m,1,，小车质量为,m,2,，设重物落地前加速度大小为,a,1,，细绳的拉力为,T,，根据牛顿第二定律有,m,1,g,-,T,=,m,1,a,1,T,-,m,2,g,sin,-,F,f,=,m,2,a,1,已知，重物落地前小车的加速度,a,1,=2.5m/s,2,重物落地后小车的加速度,a,=5.0m/s,2,，且,m,2,g,sin,+,F,f,=,m,2,a,由解得：,26,(1),对纸带的研究直接利用逐差法取平均值计算加速度可得,=0.497m/s,2,(2),CD,，,天平,变式练习,2,27,(3),对滑块和砝码盘整体分析，由牛顿第二定律,m,3,g,-,m,2,g,=(,m,2,+,m,3,),a,打点计时器振动时会对纸带产生阻力，使测得的加速度偏小，因而使测量的,偏大,.,
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