(整理)匀变速直线运动实验.

一、实验目的

1．练习使用打点计时器，学习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运动的方法．

3．测定匀变速直线运动的加速度．

二、实验原理

1．打点计时器

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(交流电频率为50Hz)。电磁打点计时器的工作电压是4～6V，电火花打点计时器的工作电压是220V。

2．纸带上打的点的意义

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，就可以了解物体的运动情况．

3．分析纸带可判断物体运动的性质：

①若相等时间内的位移相等，则物体做匀速直线运动；

②若相等时间内的位移不相等，则物体做变速直线运动；

③若连续相等时间内的位移差为恒量，则物体做匀变速直线运动，并可由△x=aT2求出加速度(为了减小误差常用逐差法或v－t图象法求加速度)．

4．求加速度的方法：

①用逐差法求加速度

②用v-t图象法

先根据匀变速直线运动某段时间中点的瞬时速度等于这段时间的平均速度

③“平均速度法”求加速度：

即利用已求出的瞬时速度值，按加速度的定义式求加速度值，为了充分利用所有实验数据，减小误差，同样采用逐差法进行数据处理．

三、实验器材

电火花打点计时器(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、复写纸片.

四、实验步骤

⑴、把有滑轮的长木板平放在实验桌上并使滑轮伸出桌面。

⑵、把打点计时器固定在木板上无滑轮的一端，如右图。

⑶、把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着适

当的数量钩码。

点拨：吊适当数量的钩码是为小车的加速度适当大些，减小长度测量的相对误差，并能在纸带上长约50厘米的范围内取出7-8个计数点为宜。

⑷、把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面。

⑸、先使小车依靠在打点计时器处，接通电源后再释放小车让其运动。

⑹、断开电源取下纸带。

⑺、换上新纸带再做两次。

⑻、在选出的一条纸带上测量每个

计数点与起始计数点的距离d1、d2、

d3……如右图。

五、误差分析

1．纸带的测量误差．

2．打点计时器计时误差．

六、注意事项

⑴、计时器打出的点不清晰，可能是电压偏低或振针位置不合适。

⑵、打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点，如果打出的是短横线，应调整一下振针距复写纸的高度，使之增大一些。

⑶、计时器打点时，应先接通电源，待打点稳定后，再拉动纸带。

⑷、拉动纸带前，应使拉动端停靠在靠近打点计时器的位置。

⑸、小车的加速度应适当大些，可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约50cm的纸带上清楚地取出7～8个计数点为宜。

【重点精析】

一、对实验操作步骤及注意事项的理解和掌握

要熟练实验的操作过程，特别注意减少实验误差的操作技巧。

【例1】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，按照实验进行的先后顺序，将下述步骤的代号填在横线上。

A、把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面

B、把打点计时器固定在长木板的没有滑轮的一端，并连好电路

C、换上新的纸带，再重做两次

D、把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面

E、使小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车运动

F、把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着合适的钩码

G、断开电源，取出纸带

【练习1】在“研究匀变速直线运动”的实验中，下列方法中有助于减少实验误差的是()

A、选取计数点，把每打5个点的时间间隔作为一个时间单位

B、使小车运动的加速度尽量小些

C、舍去纸带上开始时密集的点，只利用点迹清晰、点间隔适当的那一部分进行测量、计算

D、适当增加挂在细绳下钩码的个数

二、数据分析与处理

【例2】（2007北京理综）某同学用右图所示的实验

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，如下图中0、1、2、…、6点所示

C、测量1、2、3、…、6计数点到0计数点的距离，分别记为s1、s2、s3、…、s6.

D、通过测量和计算，该同学判断出小车沿平板做匀变速直线运动.

结合上述实验步骤，请你完成下列任务：

①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，在下列的仪器和器材中，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

②将最小刻度为1mm的刻度尺的0刻度线与0计数点对齐，0、1、2、5计数点所在位置如图所示，则s2＝cm，s5＝cm.

③该同学在下图中已标出1、3、4、6计数点对应

的坐标，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s/t-t图象.

④根据s/t-t图象判断，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.

【针对练习2】在研究匀变速直线运动实验中，算出小车经过各计数点的瞬时速度如下表格所示.

为了算出速度，合理的方法是()

A、根据任意两计数点的速度公式a＝Δv/Δt算出加速度

B、根据实验数据，画出v-t图象，量出其倾角，由公式a＝tan α算出加速度

C、根据实验数据，画出v-t图象，由图线上任意两点所对应的速度，用公式a＝Δv/Δt 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

三、研究匀变速直线运动的其他方法

研究匀变速直线运动，除了运用纸带数据分析法之外，我们还可以通过频闪照相法、滴水法等进行分析研究.

【例3】两木块自左向右运动，现用高速摄影机在同一底片上多次曝光，记录下木块每次曝光时的位置，如图所示.连续两次曝

光的时间间隔是相等的.由图可知()

A、在时刻t2以及时刻t5两木块速度

相同

B、在时刻t3两木块速度相同

C、在时刻t3以及时刻t4之间某瞬时两木块速度相同

D、在时刻t4以及时刻t5之间某瞬时两木块速度相同

【针对练习3】用滴水法可以测定重力加速度的值，方法是：在自

来水龙头下面固定一块挡板A，使水一滴一滴持续地滴落到挡板上，如

图所示，仔细调节水龙头，使得耳朵刚好听到前一个水滴滴在挡板上的

声音的同时，下一个水滴刚好开始下落.首先量出水龙头口离挡板的高度

h，再用秒表计时，计时方法是：当听到某一水滴滴在挡板上的声音的

同时，开启秒表开始计时，并数“0”，以后每听到一声水滴声，依次数“1，2，…”，一直数到“n”时，按下秒表按钮停止时，读出秒表的示数为t。写出用上述测量方法计算重力加速度g的表达式：g＝。

【同步作业】

1、（2005广东）如图所示，某同学在做“研究匀变速直线运动”实验中，由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点的时间间隔为T=0.10s，其中S1=7.05cm、S2=7.68cm、S3=8.33cm、S4=8.95cm、S5=9.61cm、S6=10.26cm，则A 点处瞬时速度的大小是_______m/s，小车运动的加速度计算表达式为____________，加速度的大小是_______m/s2（计算结果保留两位有效数字）．