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实 验 一 研究匀变速直线运动,【实验目的】 1.练习正确使用打点计时器,学会利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(s=aT2)。 3.测定匀变速直线运动的加速度。,【实验原理】 1.打点计时器： (1)作用：计时仪器,当所用交流电源的频率f=50Hz时,每隔 0.02s打一次点。 (2)工作条件 (3)处理纸带数据时区分计时点和计数点：计时点是指打点计 时器在纸带上打下的点。计数点是指测量和计算时在纸带上 所选取的点,要注意“每5个点取一个计数点”与“每隔4个点 取一个计数点”取点方法是一样的,时间间隔均为0.1s。,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,2.匀变速直线运动的判断： (1)沿直线运动的物体在连续相等时间T内的位移分别为s1、 s2、s3、s4,若s=s2-s1=s3-s2=s4-s3=则说明物体在做匀 变速直线运动,且s=aT2。 (2)利用“平均速度法”确定多个点的瞬时速度,作出物体运动 的v-t图像。若v-t图线是一条倾斜的直线,则说明物体的速度 随时间均匀变化,即做匀变速直线运动。 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=,4.利用纸带求物体加速度的两种方法： (1)逐差法：即根据s4-s1=s5-s2=s6-s3=3aT2(T为相邻两计数点 之间的时间间隔),求出a1= a2= a3= 再算 出a1、a2、a3的平均值a= 即为物体的加速度。 (2)图像法：以打某计数点时为计时起点,利用vn= 求出 打各点时的瞬时速度,描点得v -t图像,图像的斜率即为物体做 匀变速直线运动的加速度。,【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。,【实验过程】 一、实验步骤 1.仪器安装： (1)把一端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,细绳跨过定滑轮,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。实验装置如图所示,放手后,看小车能否在木板上平稳地加速滑行。,2.测量与记录： (1)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。 (2)从三条纸带中选择一条比较理想的,舍掉开头一些比较密集的点,从后边便于测量的点开始确定计数点,为了计算方便和减小误差,通常用连续打点五次的时间作为时间单位,即计数点的时间间隔为T=0.1s。正确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离,并填入设计的表格中。,(3)利用某一段时间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的瞬时速度。 (4)增减所挂钩码的个数,再重复实验两次。,二、数据处理 1.由实验数据得出v-t图像： (1)根据表格中的v、t数据,在直角坐标系中仔细描点。 (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,落不到直线上的各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图线,它是一条倾斜的直线,如图所示。,2.由实验得出的v-t图像进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律： (1)直接分析图像的特点得出。小车运动的v-t图像是一条倾斜的直线,如图所示,当时间增加相同的值t时,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)通过函数关系进一步得出。既然小车的v-t图像是一条倾斜的直线,那么v随t变化的函数关系式为v=kt+b,显然v与t成线性关系,小车的速度随时间均匀变化。,【误差分析】 1.偶然误差： (1)纸带上计数点间距测量有偶然误差,故要多测几组数据,以尽量减小误差。 (2)用作图法作出的v -t图像并不是一条直线。为此在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。,2.系统误差： (1)纸带运动时摩擦不均匀,打点不稳定引起误差,所以安装时纸带、细绳要与长木板平行,同时选择符合要求的交流电源的电压及频率。 (2)木板的粗糙程度并非完全相同,这样测量得到的加速度只能是所测量段的平均加速度。可在木板上铺一层白纸或换用气垫导轨。,【注意事项】 1.平行：纸带、细绳要和长木板平行。 2.靠近：释放小车前,应使小车停在靠近打点计时器的位置。 3.先后顺序：实验时应先接通电源,后释放小车;实验后先断开电源,后取下纸带。 4.防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动,防止钩码落地,小车与滑轮碰撞。,5.减小误差：小车另一端挂的钩码个数要适当,避免速度过大而使纸带上打的点太少,或者速度太小,使纸带上打的点过于密集。 6.纸带选取：选择一条点迹清晰的纸带,舍弃点密集部分,适当选取计数点。 7.准确作图：在坐标纸上,纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏而导致误差过大),仔细描点连线,不能连成折线,应作一条直线,让各点尽量落到这条直线上,落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧。,【实验改进】 1.用气垫导轨代替长木板或在木板上铺一层白纸以减小摩擦阻力。 2.用频闪照相的方法或光电计时器代替打点计时器。 优点：通过以上装置的改进能最大程度地减少因长木板和打点计时器的限位孔的阻力而导致的小车加速度不恒定,使小车尽可能做匀加速直线运动,以提高实验的精确度。,热点1 实验原理和实验步骤 【典题1】(2013广东高考)研究小车匀变速直线运动的实验装置如图甲所示,其中斜面倾角可调。打点计时器的工作频率为50Hz。纸带上计数点的间距如图乙所示,其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出。,(1)部分实验步骤如下： A.测量完毕,关闭电源,取出纸带。 B.接通电源,待打点计时器工作稳定后放开小车。 C.将小车停靠在打点计时器附近,小车尾部与纸带相连。 D.把打点计时器固定在平板上,让纸带穿过限位孔。 上述实验步骤的正确顺序是： (用字母填写)。 (2)图乙中标出的相邻两计数点的时间间隔T= s。 (3)计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v5= 。 (4)为了充分利用记录数据,减小误差,小车加速度大小的计算式应为a= 。,【解题探究】 (1)实验开始前,应将小车停靠在_附近。 (2)实验时应先_后_(选填A.释放小车 B.接通电源)。 (3)利用纸带求加速度时,为减小误差,常用的计算方法为 _。,打点计时器,B,A,逐差法,【解析】(1)实验的操作步骤应先安装实验器材,再接通电源 进行实验,完成实验,关闭电源,取出纸带,故正确的操作顺序 为D、C、B、A。 (2)相邻两连续点的时间间隔T=0.02s5=0.1s。 (3)计数点5为4和6的中间时刻,故v5= (4)为减小误差,可充分利用数据, 据s4-s1=3aT2,s5-s2=3aT2,s6-s3=3aT2, 联立求得平均加速度a= 答案：(1)D、C、B、A (2)0.1 (3) (4),热点2 数据处理和误差分析 【典题2】(2012山东高考)某同学利用图甲所示的实验装置,探究物块在水平桌面上的运动规律。物块在重物的牵引下开始运动,重物落地后,物块再运动一段距离停在桌面上(尚未到达滑轮处)。从纸带上便于测量的点开始,每5个点取1个计数点,相邻计数点间的距离如图乙所示。打点计时器电源的频率为50Hz。,(1)通过分析纸带数据,可判断物块在两相邻计数点 和 之间某时刻开始减速。 (2)计数点5对应的速度大小为 m/s,计数点6对应的 速度大小为 m/s。(保留三位有效数字) (3)物块减速运动过程中加速度的大小为a= m/s2,若 用 来计算物块与桌面间的动摩擦因数(g为重力加速度),则 计算结果比动摩擦因数的真实值 (选填“偏大”或 “偏小”)。,【解题探究】 (1)判断物块是否做匀变速直线运动的依据为_。 (2)试分析物块运动时所受阻力的来源。 提示：物块运动时,除物块和桌面间有摩擦力外,纸带还受到限位孔的摩擦阻力作用。,x=aT2,【解析】(1)由于计数点6之前相邻计数点之间距离之差约为 2cm,而计数点6、7之间的距离比计数点5、6之间的距离多 1.27cm,故可判断物块在相邻计数点6和7之间某时刻开始减 速。 (2)计数点5对应的速度 v5= 1.00m/s。 物块做加速运动时加速度大小 a加= =2.00m/s2。 则计数点6对应的速度为 v6=v5+a加T=(1.00+2.000.1)m/s=1.20m/s。,(3)物块做减速运动时的加速度大小为 a= =2.00m/s2。 由牛顿第二定律得：mg=ma, 所以= 由于除去物块与桌面间的摩擦力,纸带还受到摩擦力的作用, 故计算结果比动摩擦因数的真实值偏大。 答案：(1)6 7(或7 6) (2)1.00 1.20 (3)2.00 偏大,
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