实验(测匀变速直线运动的加速度)

实验：测匀速直线运动的加速度（一） 实验目的 (1)用打点计时器研究匀变速直线运动，测定匀变速直线运动的加速度。 (2)掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法。（二）实验原理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），因此纸带上的点就表示了和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。2由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法：如图所示，0、1、2为时间间隔相等的各计数点，s1、s2、s3、为相邻两计数点间的距离，若s=s2-s1=s3-s2=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。 (三) 实验器材 打点计时器、纸带、复写纸片、低压交流电源、小车、细绳、一端附有滑轮的长木板、刻度尺、钩码、两根导线。 （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。再把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的砝码，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面。实验装置如图3l所示。 (2)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。（减小偶然误差） (3)从三条纸带中选择一条比较理想的纸 带，舍掉开头比较密集的点子，在后面便于测 量的地方找一个开始点，并把每打5个点的时 间作为一个计时单位，即T=002s5=0.1s。在选好的开始点下面记为0，第6点作为记数点1，依此标出计数点2、3、4、5、6、。两相邻计数点间的距离用刻度尺测出，分别记作sl、s2、s5、s6、s以,然后求出各计数点的瞬时速度,填入书37页表格中. (4)根据实验数据描点，画出速度-时间图象(书38页),利用图像求出小车运动的加速度。（五） 数据处理方法速度：中点时间速度公式加速度：（1）用“逐差法”求加速度：即根据s4-s1=s5-s2=s6-s3=3aT2（T为相邻两计数点间的时间间隔）求出、，再算出a1、a2、a3的平均值即为物体运动的加速度。（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。（3）公式：x2-x1=aT2一.误差和有效数字(一)、误差1、测量值与真实值之间的差异叫做误差。2、误差按产生的原因可分为系统误差和偶然误差两种。(1)系统误差: 、产生原因：由于测量仪器结构缺陷、实验方法粗略或试验原理不完善造成的。、特点：当多次重复同一实验时，误差总是同样地偏大或偏小。、减少方法：改进实验仪器，完善实验原理 (2) 偶然误差: 、产生原因：由于实验者本身及各种偶然因素造成的。、特点：当多次重复同一测量时，有时偏大，有时偏小，并且偏大和偏小的机会相同 。、减少方法：多次测量求平均值。（二）有效数字1、凡是用测量仪器直接测量的结果，读数一般要求在读出仪器最小刻度所在位的数值（可靠数字）后，再向下估读一位（存疑数字） 。2、能够反映被测量大小的带有一位存疑数字的全部数字叫做有效数字。3、运算结果一般可用23位有效数字表示。 课堂练习：某学生用打点计时器研究小车的匀变速直线运动。他将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上，实验时得到一条纸带。他在纸带上便于测量的地方选取第一个计时点，在这点下标明A ，第六个点下标明B ，第十一个点下标明C ，第十六个点下标明D ，第二十一个点下标明E 。测量时发现B点已模糊不清，于是他测得AC长为14.56 cm ，CD长为11.15cm ，DE长为13.73 cm ，则打C点时小车的瞬时速度大小为_ms ，小车运动的加速度大小为_ms2 ，AB的距离应为_cm 。（保留三位有效数字）答： 0.986 ， 2.58 ， 5.99 ；课后作业：1.某同学在测定匀变速直线运动的加速度时，得到了在不同拉力下的A、B、C、D等几条较为理想的纸带，并在纸带上每5个点取一个计数点，即相邻两计数点间的时间间隔为0.1s，将每条纸带上的计数点都记为0、1、2、3、4、5，如图所示甲、乙、丙三段纸带，分别是从三条不同纸带上撕下的.在甲、乙、丙三段纸带中，属于纸带A的是 打A纸带时，物体的加速度大小是 m/s23.00cm6.11cmA0129.43cm甲4512.31cm乙4516.32cm丙45 答：（2）丙 3.33m/s22.如图（甲）所示，用包有白纸的质量为 1 . 00kg 的圆柱棒替代纸带和重物，蘸有颜料的毛笔固定在电动机上并随之转动，使之替代打点计时器当烧断悬挂圆柱棒的线后，在圆柱棒竖直下落的过程中，毛笔就在圆柱棒面上的纸上画出记号，如图（乙）所示，设毛笔接触棒时不影响棒的运动测得记号之间的距离依次为 26.0mm 、 41.0mm 、 56.0mm 、 71.0mm 、86.0mm 、 101.0mm ，已知电动机铭牌上标有“ 1500r min ”字样，由此研究圆柱棒的运动情况 ( l )毛笔画相邻两条线的时间间隔 T s ，图（乙）中的圆柱棒的 （选填“左”或“右”）端是悬挂端 ( 2 )根据图（乙）所给的数据，计算毛笔画下记号C 时圆柱棒下落的速度Vc= m/s , 圆柱棒竖直下落的加速度a m/s2. 答：.(1)0.04 左；（2）1.2 9.4yx0abcde3.在“利用打点计时器测定匀加速直线运动加速度”的实验中，某同学在打出的纸带上每5点取一个计数点，共取了A、B、C、D、E、F六个计数点（每相邻两个计数点间的四个点未画出）。从每一个计数点处将纸带剪开分成五段（分别叫a、b、c、d、e段），将这五段纸带由短到长紧靠但不重叠地粘在xoy坐标系中，如图所示，由此可以得到一条表示v-t关系的图线，从而可求出加速度。ABCDEF请你在xoy坐标系中用最简洁的方法作出能表示v-t关系的图线(作答在题卡上)，并指出哪个轴相当于v轴？答： 。这种实验数据处理的方法可称为“等效替代法”。在以下的物理研究中，采用这种类似方法的是 。A通过实验和推理得出牛顿第一定律B在“验证碰撞中的动量守恒”实验中，用小球落地点的水平距离来代替速度C在研究电流与电压、电阻关系时，先保持电阻不变，研究电流与电压的关系D在描述电场或磁场时，引入电场线或磁感线从第一个计数点开始计时，要想求出0.15s时刻的瞬时速度，需要测出哪一段纸带的长度？答： 。 若测得a段纸带的长度为2.0cm，e段纸带的长度为10.0cm，则加速度为 m/s2。yx0abcdeyx0abcde或答：（10分）vt图线如图所示（2分，两图中的一个即可得2分）y轴相当于v轴（1分）B（2分） b (2分) 2.0 (3分)4.如图11（a）所示，小车放在斜面上，车前端栓有不可伸长的细线，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的距离。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50 Hz。图11（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。（a）2.722.822.922.982.822.622.081.901.731.481.321.12单位：cmabc图11 （b）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/s2。（结果保留两位有效数字）打a段纸带时，小车的加速度是2.5 m/s2。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_。如果取重力加速度10 m/s2，由纸带数据可推算出重物与小车的质量比为_。解：5.0 m/s2（结果是4.8 m/s2的得1分）D4D3区间内1:15.某同学用图2所示的实验装置研究小车在斜面上的运动。实验步骤如下：a安装好实验器材。b接通电源后，让拖着纸带的小车沿平板斜面向下运动，重复几次。选出一条点迹比较清晰的纸带，舍去开始密集的点迹，从便于测量的点开始，每两个打点间隔取一个计数点，如图3中0、1、2、6点所示。0123456789101112131441516171819200123456S1S2S3S4S5S6图3c测量1、2、3、6计数点到0计数点的距离，分别记做：S1、S2、S3S6。d通过测量和计算，该同学判断出小车沿平板做匀加速直线运动。e分别计算出S1、S2、S3S6与对应时间的比值。f以为纵坐标、t为横坐标，标出与对应时间t的坐标点，画出-t图线。结合上述实验步骤，请你完成下列任务：实验中，除打点计时器（含纸带、复写纸）、小车、平板、铁架台、导线及开关外，在下面的仪器和器材中，必须使用的有_和_。（填选项代号） A电压合适的50Hz交流电源 B电压可调的直流电源C刻度尺 D秒表 E天平 F重锤0123130125图4St/cms-1t/0.01s10203040506070800510152025图513.202.98将最小刻度为1mm的刻度尺的0刻线与0计数点对齐，0、1、2、5计数点所在的位置如图4所示，则S2=_cm，S5=_cm。该同学在图5中已标出1、3、4、6计数点对应的坐标点，请你在该图中标出与2、5两个计数点对应的坐标点，并画出-t图线。0.184.80根据-t图线判断，在打0计数点时，小车的速度v0=_m/s；它在斜面上运动的加速度a=_m/s2。答：（1）B （2）A，C （2.972.99），（13.1913.21）如图 （0.160.20），（4.605.00）