用打点计时器测定匀变速直线运动的加速度分解

实验一研究匀变速直线运动

【目标导引】

1．通过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．会利用纸带求匀变速直线运动的瞬时速度、加速度、速度，掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法(Δx＝aT2)．

3．会利用纸带探究小车速度随时间变化的规律，并能画出小车的v-t图像，根据图像求出加速度

【知识梳理】

一、实验原理

问题1.打点计时器的作用及工作条件是什么？

纸带上点的意义：

①表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置．

②通过研究纸带上各点之间的距离，可以判断物体的运动情况．

③可以利用纸带上打出的点来确定计数点间的时间间隔．

问题2.利用纸带如何求瞬时速度？

思考1.(广东理综)图中是某同学在做“探究匀变速直线运动”的实验中获得的一条纸带．

(1)已知打点计时器电源频率为50 Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为________．

(2)A、B、C、D是纸带上四个相邻的计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出．从图中读出A、B 两点间距x＝________；C点对应的速度是________(计算结果保留三位有效数字)．

物体的加速度

问题1.如何判断一个物体是否做匀变速直线运动？

问题2.利用纸带求加速度的方法分别有哪些？

(1)“逐差法”求加速度：

(2)“图象法”求加速度，由“平均速度法”求出多个点的速度，画出v－t图象，直线的斜率即加速度．思考2.某同学获得一竖直上抛小球的频闪照片图．已知频闪仪每隔0.05s闪光一次，图中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表(当地重力加速度取9.8m/s2，小球

质量m=0.2kg，结果保留三位有效数字)：

时刻t2t3t4t5

速度(m/s) 4.99 4.48 3.98

二、实验器材

电火花计时器(或电磁打点计时器)，一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片．

三、实验步骤

1．仪器安装

(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．

(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

置见图所示，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T＝0.1 s．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)增减所挂钩码数，再重复实验两次．

3．数据处理及实验结论

(1)由实验数据得出v－t图象

①根据表格中的v、t数据，在平面直角坐标系中仔细描点，如图

所示可以看到，对于每次实验，描出的几个点都大致落在一条直线上．

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图象，它是一条倾斜的直线．

(2)由实验得出的v－t图象进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律，有

两条途径进行分析

①分析图象的特点得出：小车运动的v－t图象是一条倾斜的直线如图所示，当时间增加相同的值Δt

时，速度也会增加相同的值Δv，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图象是一条倾斜的直线，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．

四、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，后放开纸带；实验后应先断开电源，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，放置钩码落地，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的点太少，或者速度大小，使纸带上打的点过于密集。

6．选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰．适当舍弃开头密集部分，适当选取计数点，弄清楚相邻计数点间所选的时间间隔T.

7．准确作图：根据所描点连线时，要使尽量多的点在直线上，不在直线上的点应均匀分布在直线的两侧。

【考点探究】

考点一完善实验步骤

例1、在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中，某同学的操作步骤如下，其中错误的步骤有________．A．拉住纸带，将小车移到靠近打点计时器处先放开纸带，再接通电源

B．将打点计时器固定在平板上，并接好电源

C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上合适的钩码

D．取下纸带E．将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做加速运动

F．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔_________________________________ 将以上步骤完善并填写在横线上(遗漏的步骤可编上序号G、H……)；实验步骤的合理顺序为：________________.

考点二纸带数据的处理

例2、（重庆理综22）某同学用打点计时器测量做匀加速直线运动的物体的加速度，电源频率f＝50 Hz.在纸带上打出的点中，选出零点，每隔4个点取1个计数点．因保存不当，纸带被污染．如图所示，A、B、C、D是依次排列的4个计数点，仅能读出其中3个计数点到零点的距离：x A＝16.6 mm、x B＝126.5 mm、x D＝624.5 mm.

若无法再做实验，可由以上信息推知：

(1)相邻两计数点的时间间隔为

________s；

(2)打C点时物体的速度大小为__________m/s(取2位有效数字)；

(3)物体的加速度大小为________(用x A、x B、x D和f表示)．