實驗一 研究勻變速直線運動

實驗一研究勻變速直線運動第1頁/共31頁第2頁/共31頁一、實驗目的1.用打點計時器研究小車在重物牽引下的運動.2.探究小車速度隨時間變化的規(guī)律.第3頁/共31頁二、實驗原理1.電磁打點計時器電磁打點計時器是一種使用低壓交流電源的計時儀器，其工作電壓在6V以下，當電源為50Hz交流電時，它每隔0.02s打一次點.當物體拖著紙帶運動時，打點計時器在紙帶上打出一系列點，這些點記錄了運動物體的位移和發(fā)生相應位移所用的時間，據(jù)此可定量研究物體的運動.第4頁/共31頁2.電火花計時器(1)電火花計時器是利用火花放電在紙帶上打出點跡的計時

儀器.當接通220V交流電源，按下脈沖輸出開關時，計

時器發(fā)出的脈沖電流經(jīng)接正極的放電計、墨粉紙盤到接

負極的紙盤軸，產(chǎn)生火花放電，于是在運動紙帶上打出

一系列點跡.(2)當電源頻率為50Hz時，每隔0.02s打一次點，即打出的

紙帶上任意相鄰兩點間的時間間隔是0.02s.第5頁/共31頁3.勻變速直線運動的判斷看任意相鄰相等時間內的位移之差是否相等來判斷物體是否做勻變速直線運動，即可利用紙帶打出的點，若x6－x5＝x5－x4＝x4－x3＝aT2，則做勻變速直線運動.第6頁/共31頁4.利用紙帶求速度和加速度

(1)“平均速度法”求速度如圖實－1－1所示，有vn＝

第7頁/共31頁(2)“逐差法”求加速度如圖實－1－2所示為實驗中得到的一條紙帶，物體在

連續(xù)相等的時間間隔T內通過的位移分別為x1、x2、x3、

x4、x5、x6，則有：

第8頁/共31頁a1＝，然后取平均值，即，這樣使所給數(shù)據(jù)全部得到利用，以提高準確性.第9頁/共31頁(3)用v－t圖象求加速度先根據(jù)vn＝，即中間時刻的瞬時速度等于這

一段時間的平均速度，求出打第n個點時紙帶的瞬時速

度，然后作v－t圖象，圖線的斜率即為物體運動的加

速度.第10頁/共31頁三、實驗器材打點計時器、紙帶、一端附有定滑輪的長木板、小車、細繩、鉤碼、刻度尺、電源.第11頁/共31頁四、實驗操作1.實驗步驟(1)把附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌

面，把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，

連接好電路.(2)把一條細繩拴在小車上，細繩跨過滑輪，下邊掛上合

適的鉤碼，把紙帶穿過打點計時器，并把它的一端固

定在小車的后面.實驗裝置如圖實－1－3所示，放手后，

看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行.第12頁/共31頁第13頁/共31頁(3)把小車停在靠近打點計時器處，先接通電源，后放開小

車，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一系列的點.換上新紙帶，重復二次.(4)從三條紙帶中選擇一條比較理想的，舍掉開頭一些比較

密集的點，從后邊便于測量的點開始來確定計數(shù)點，為了

計算方便和減小誤差，通常用連續(xù)打點五次的時間作為時

間單位，即T＝0.1s，如圖實－1－4所示，正確使用毫米

刻度尺測量每相鄰兩計數(shù)點間的距離，并填入設計的表格中.第14頁/共31頁位置編號012345時間t/s00.10.20.30.40.5相鄰兩計數(shù)點間的距離x/m計數(shù)點的速度v/(m/s)第15頁/共31頁(5)利用某一段時間內的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度求得各計數(shù)點的瞬時速度.(6)增減所掛的鉤碼數(shù)，再做兩次實驗.第16頁/共31頁2.數(shù)據(jù)處理及實驗結論(1)由實驗數(shù)據(jù)得出v－t圖象

第17頁/共31頁①根據(jù)表格中的v、t數(shù)據(jù)，在直角坐標系中仔細描點，如圖實－1－5所示可以看到，對于每次實驗，描出的幾個點都大致落在一條直線上.②作一條直線，使同一次實驗得到的各點盡量落到這條直線上，落不到直線上的各點應均勻分布在直線的兩側，這條直線就是本次實驗的v－t圖象，它是一條傾斜的直線.第18頁/共31頁(2)由實驗得出的v－t圖象進一步得出小車運動的速度隨時間變化的規(guī)律.第19頁/共31頁有兩條途徑進行分析：①直接分析圖象的特點得出，小車運動的v－t圖象是一條傾斜的直線，如圖實－1－6所示，當時間增加相同的值Δt，速度也會增加相同的值Δv，由此得出結論：小車的速度隨時間均勻變化.②通過函數(shù)關系進一步得到，既然小車的v－t圖象是一條傾斜的直線，那么v隨t變化的函數(shù)關系式為v＝kt＋b，顯然v與t成“線性關系”，小車的速度隨時間均勻變化.第20頁/共31頁五、注意事項1.交流電源的電壓及頻率要符合要求.2.實驗前要檢查打點的穩(wěn)定性和清晰程度，必要時要調節(jié)

振針的高度和更換復寫紙.3.開始釋放小車時，應使小車靠近打點計時器.4.先接通電源，計時器工作后再放開小車，當小車停止運

動時及時斷開電源.5.要防止鉤碼落地和小車跟滑輪相撞，在小車到達滑輪前

應及時用手按住它.第21頁/共31頁6.牽引小車的鉤碼個數(shù)要適當，以免加速度過大而使紙帶

上的點太少，或者加速度太小而使各段位移無多大差別，

從而使誤差增大，加速度的大小以能在50cm長的紙帶上

清楚地取得六、七個計數(shù)點為宜.7.要區(qū)別計時器打出的點與人為選取的計數(shù)點，一般在紙

帶上每隔四個點取一個計數(shù)點，即時間間隔為T＝0.02×5s＝0.1s.8.要多測幾組，以盡量減小誤差.9.描點時最好用坐標紙，在縱、橫軸上選取合適的單位，

用細鉛筆認真描點.第22頁/共31頁六、誤差分析1.根據(jù)紙帶測量的位移有誤差.2.電源頻率不穩(wěn)定，造成相鄰兩點間的時間間隔不完全相等.3.計算的加速度有誤差(a＝).4.用作圖法，作出的v－t圖象并非是一條直線.5.木板的粗糙程度并非完全相同.

第23頁/共31頁第24頁/共31頁在“研究勻變速直線運動”的實驗中，某同學的操作步驟如下，其中錯誤或多余的步驟是

.A.拉住紙帶，將小車移到靠近打點計時器處，先放開紙帶，

再接通電源B.將打點計時器固定在平板上，并接好電源C.把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪，下面吊著適當

重的鉤碼D.取下紙帶第25頁/共31頁E.將平板一端抬高，輕推小車，使小車能在平板上做勻速

運動F.將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的限位孔若有遺漏步驟，將遺漏步驟寫在下面的橫線上(遺漏可編上序號G、H……).并把合理順序的序號填寫在橫線上.第26頁/共31頁[解析]

A中應先接通電源，再放開紙帶.C中應調整滑輪的高度，使細繩與平板平行，D中應先斷開電源，使打點計時器停止工作，E屬于多余步驟.應補充G，換上新紙帶，重復操作兩次.H，斷開電源，整理好器材.正確合理的順序應為B、F、C、A、D、G、H.[答案]

見解析第27頁/共31頁(2010·增城模擬)一個小球沿斜面向下運動，用每間隔

s曝光一次的頻閃相機拍攝不同時刻小球位置的照片，如圖實－1－7所示，即照片上出現(xiàn)的相鄰兩個小球的像之間的時間間隔為

s，測得小球在幾個連續(xù)相等的時間間隔內位移(數(shù)據(jù)見下表)，則第28頁/共31頁x1(cm)x2(cm)x3(cm)x4(cm)8.209