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1、实验:研究匀变速直线运动,一、实验目的 1.进一步练习使用打点计时器。 2.会利用平均速度求瞬时速度。 3.掌握判断物体是否做匀变速运动的方法。 4.会利用v-t图像处理实验数据,并能测定匀变速直线运动的加速度。 二、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,刻度尺等。,三、实验原理 1.由纸带判断物体是否做匀变速直线运动。 设物体做匀变速直线运动,加速度是a,在各个连续相等的时间间隔T内的位移分别是s1、s2、s3、,由运动公式可得s=s2-s1=s3-s2=aT2,即连续相等的时间间隔内的位移差相等。因此,要由纸带判断物体是否做匀变速直线
2、运动,只要看纸带上时间间隔相等的连续相邻的计数点间的距离之差是否相等即可。 2.利用打点计时器把物体的位移和对应的时间记录在纸带上,根据纸带及其数据测定做匀变速运动的物体的加速度。 (1)一物体以加速度a做匀变速直线运动,在任意两个连续相等的时间间隔(T)内的位移(sn和sn+1)之差s是一个常数,即s=sn+1-sn=aT2。,(2)由纸带求物体运动加速度的方法: 逐差法:根据s4-s1=s5-s2=s6-s3=3aT2,求出a1、a2、a3,再算出a1、a2、a3的平均值,即为我们所求的匀变速直线运动物体的加速度。“逐差法”求加速度的目的是尽可能多地使用我们测量的数据s1、s2、s3、,以
3、减小偶然误差。 v-t图像法:根据匀变速直线运动在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,即 ,求出打第n个计数点时纸带的瞬时速度,再作出v-t图像,图线的斜率即为匀变速直线运动物体的加速度。,探究突破,典例剖析,随堂检测,一、实验步骤 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,如图所示。 2.把一条细绳拴在小车上,使细绳跨过滑轮,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,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列小
4、点。 4.换上新纸带,重复实验三次。,探究突破,典例剖析,随堂检测,二、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点,作为计数始点,以后依次每5个点取一个计数点,并标明0、1、2、3、4、,如图所示。,探究突破,典例剖析,随堂检测,(2)依次测出01、02、03、04、之间的距离s1、s2、s3、s4、,填入表中。,探究突破,典例剖析,随堂检测,(4)根据测量结果,利用“实验原理”中给出的公式算出加速度a1、a2、a3、的值(注意:T=0.1 s),求出a1、a2、a3、的平均值a,它就是小车做匀变速直线运动的加速度,把
5、计算的结果填入表中。,探究突破,典例剖析,随堂检测,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。 (4)据所画v-t图像求出小车运动的加速度,探究突破,典例剖析,随堂检测,三、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。,探究突破,典例剖析,
6、随堂检测,四、注意事项 1.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,而使各段位移差别不大,误差增大。 2.开始释放小车时,应使小车靠近打点计时器。 3.先接通电源,等打点稳定后,再释放小车。 4.打点完毕,立即断开电源。 5.要防止钩码落地,避免小车跟滑轮相碰,在小车到达滑轮前及时用手按住。 6.要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点,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。 7.不要逐次测量各段位移,应尽可能地一次测量完毕。 8.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
7、平面内。,探究突破,典例剖析,随堂检测,类型一、实验原理与操作 【例1】 在研究匀变速直线运动的实验中,某同学操作以下实验步骤,其中错误或遗漏的步骤有(遗漏步骤可编上序号G、H、) 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平板上,并接好电路 C.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下面吊着适当重的钩码 D.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 (1)所列步骤中有错误的是 。 (2)遗漏的步骤: 。 (3)将以上步骤完善后写出合理的步骤顺序: 。,探究突破,典例剖析,随堂检测,解析:(1)步骤A中应先通电,再放纸带,顺序不能颠
8、倒;D中取下纸带前应先断开电源。 (2)遗漏的步骤F:换上新纸带,重复实验三次。 (3)步骤完善后,合理的实验步骤顺序为BECADF。 答案:(1)A中应先通电,再放纸带;D中取下纸带前应先断开电源 (2)F:换上新纸带,重复实验三次 (3)BECADF 规律方法对实验步骤可简化为放置固定连接先接后放,开始实验重复实验数据分析,同时要注意几步:“固定时定滑轮要伸出桌面,打点计时器固定于远离定滑轮一端;开始实验时先接通电源,后释放小车。”,探究突破,典例剖析,随堂检测,类型二、实验数据处理 【例2】电磁打点计时器和电火花计时器都是一种计时仪器,电源的频率为50 Hz,在“研究匀变速直线运动”的实
9、验中,当物体做匀加速直线运动时,某同学得到了几条较为理想的纸带,他在每条纸带上按每隔5个点取好一个计数点,即两计数点之间的时间间隔为0.1 s,依打点的先后次序编为0、1、2、3、4、5、6,测得:s1=1.40 cm,s2=1.90 cm,s3=2.38 cm,s4=2.88 cm,s5=3.39 cm,s6=3.87 cm。那么: (1)在计时器打点1时,小车的速度为v1= cm/s。,探究突破,典例剖析,随堂检测,(2)根据下表在平面直角坐标系中作出速度时间图像(以第0点为t=0时刻)。,(3)将图线延长与纵轴相交,交点的速度大小是 cm/s,表示的物理意义是 。 (4)根据图像求得小车
10、运动的加速度为 m/s2。,探究突破,典例剖析,随堂检测,探究突破,典例剖析,随堂检测,答案:(1)16.50 (2)见解析图 (3)12.20(11.512.5均可) 打第0点时小车的瞬时速度 (4)0.50 规律方法作图像时,以速度v为纵轴,时间t为横轴建立坐标系,描点后根据点迹分布规律拟合图线。求图线的斜率时,要在图线上选取间隔距离适当较远的两个点。,探究突破,典例剖析,随堂检测,1,2,3,1.关于“研究匀变速直线运动”的实验操作,下列说法不正确的是( ) A.长木板不能侧向倾斜,但可一端高一端低 B.在释放小车前,小车应紧靠在打点计时器上 C.应先接通电源,待打点计时器开始打点后再释
11、放小车 D.要在小车到达定滑轮前使小车停止运动 解析:实验过程中,一般长木板应平放,不能侧向倾斜,但适当一端高一端低,也是可以的,故A项正确。在释放小车前,小车应在靠近打点计时器处,不能紧靠在打点计时器上,故B项不正确。应先通电再放小车,故C项正确。不要让小车碰在滑轮上,故D项正确。 答案:B,探究突破,典例剖析,随堂检测,1,2,3,2.在“研究匀变速直线运动”的实验中,使用电磁打点计时器(所用电源的频率为50 Hz),得到如图所示的纸带。图中的点为计数点,相邻两计数点间还有4个点未画出,下列表述正确的是( ) A.实验时应先放开纸带再接通电源 B.(s6-s1)等于(s2-s1)的6倍 C
12、.由纸带可求出计数点B对应的速度 D.相邻两个计数点间的时间间隔为0.02 s 解析:实验时应先接通电源,再放开纸带,选项A错误;s6-s1=5aT2,s2-s1=aT2,是5倍的关系,选项B错误;计数点B对应的速度等于AC过程的平均速度,即 ,选项C正确;由题意知,相邻计数点间的时间间隔T=0.1 s,选项D错误。 答案:C,探究突破,典例剖析,随堂检测,1,2,3,3.在“研究匀变速直线运动”的实验中,算出小车经过各计数点的瞬时速度如下:,为了计算加速度,合理的方法是( ) A.根据任意两计数点的速度用公式 算出加速度 B.根据实验数据画出v-t图像,量出其倾角,由公式a=tan 求出加速度 C.根据实验数据画出v-t图像,由图线上相距较远的两点所对应的速度、时间用公式 算出加速度 D.依次算出通过连续两计数点间的加速度,算出平均值作为小车的加速度,探究突破,典例剖析,随堂检测,1,2,3,解析:方法A偶然误差较大。方法D实际上也仅由始末两个速度决定,偶然误差也比较大;只有利用实验数据画出对应的v-t图像,才可充分利用各次测量数据,减少偶然误差。由于在物理图像中,两坐标轴的分度大小往往是不相等的,根据同一组数据,可以画出倾角不同的许多图像,方法B是错误的;正确的方法是根据图像找出不同时刻所对应的速度值,然后利用公式 算出加速度,即方法C正确。 答案:C,