匀变速直线运动的实验研究2

1、一、实验目的一、实验目的(1)(1)了解打点计时器的结构、原理及使用方法。了解打点计时器的结构、原理及使用方法。(2)(2)学会用打点计时器测量物体的速度和加速度。学会用打点计时器测量物体的速度和加速度。(3)(3)能利用能利用v v- -t t图象分析实验数据，描述物体的运动。图象分析实验数据，描述物体的运动。0.02s电火花计时器与电磁打点计时器的共同点与区别电火花计时器与电磁打点计时器的共同点与区别1.打点方式不同：打点方式不同：电磁打点计时器：电磁打点计时器：利用振动的振针打点利用振动的振针打点电火花计时器：电火花计时器：利用火花放电打点利用火花放电打点3.振针打点时与纸带接触，会对纸

2、带产生阻碍振针打点时与纸带接触，会对纸带产生阻碍作用；而火花放电基本不会阻碍纸带的运动作用；而火花放电基本不会阻碍纸带的运动电磁打点计时器：电磁打点计时器：46V以下交流电以下交流电电火花计时器：电火花计时器：220V交流电交流电2.电源电压不同：电源电压不同：打点频率相同打点频率相同01230.02s?s0.1s s=s2-s1=s3-s2=s4-s3= =aT2=常数同理同理s2s3sns1aT2.其中其中T为为恒量，因恒量，因a也为恒量，也为恒量，saT2为恒量，即做匀为恒量，即做匀变速直线运动的物体在连续相等时间内的位移变速直线运动的物体在连续相等时间内的位移之差是恒量，它是物体做匀变

3、速直线运动的必之差是恒量，它是物体做匀变速直线运动的必要条件，也是我们判断物体是否做匀变速直线要条件，也是我们判断物体是否做匀变速直线运动的依据运动的依据a=K 图像的具体作法；图像的具体作法； 根据所得数据，选择合适的标度建立坐标系根据所得数据，选择合适的标度建立坐标系( (让图像让图像尽量分布在坐标系平面的大部分面积尽量分布在坐标系平面的大部分面积) )。 描点：观察和思考点的分布规律。描点：观察和思考点的分布规律。 拟合：从点的分布可以有很大把握地说这些点应该拟合：从点的分布可以有很大把握地说这些点应该在一条直线上，用直线拟合，让尽可能多的点处在直线上，在一条直线上，用直线拟合，让尽可能

4、多的点处在直线上，不在直线上的点尽可能均匀地分布在直线两侧。不在直线上的点尽可能均匀地分布在直线两侧。与打点计时器记录的信息相比，频闪灯的闪光与打点计时器记录的信息相比，频闪灯的闪光频率相当于打点计时器交流电源的频率，而相频率相当于打点计时器交流电源的频率，而相同时间间隔出现的影像则相当于打点计时器打同时间间隔出现的影像则相当于打点计时器打出的点因此，运动物体的频闪照片既记录了出的点因此，运动物体的频闪照片既记录了物体运动的时间信息，又记录了物体运动的位物体运动的时间信息，又记录了物体运动的位移信息至于根据时间和位移信息求加速度的移信息至于根据时间和位移信息求加速度的方法，两者都是一样的方法，

5、两者都是一样的 八、实验探究八、实验探究物体仅在重力作用下的运动物体仅在重力作用下的运动 1 1实验原理及器材实验原理及器材 重锤拖着纸带竖直下落时，如果纸带所受阻力和空气重锤拖着纸带竖直下落时，如果纸带所受阻力和空气阻力比物体的重力小得多，可近似认为重锤仅在重力作用阻力比物体的重力小得多，可近似认为重锤仅在重力作用下运动，根据打出的纸带分析研究重锤的运动规律。下运动，根据打出的纸带分析研究重锤的运动规律。 使用的器材有：打点计时器、交流电源、纸带、重锤、使用的器材有：打点计时器、交流电源、纸带、重锤、铁夹及铁架台。铁夹及铁架台。 2 2主要实验步骤主要实验步骤 (1)(1)如图所示，把打点计

6、时器竖直固定在铁架台如图所示，把打点计时器竖直固定在铁架台上，使两个限位孔上下对齐，连接好电源。上，使两个限位孔上下对齐，连接好电源。 (2) (2)把纸带穿过两个限位孔，下端用铁夹连到重锤上，把纸带穿过两个限位孔，下端用铁夹连到重锤上，让重锤靠近打点计时器。让重锤靠近打点计时器。 (3)(3)用手捏住纸带上端把纸带拉成竖直状态，打开打用手捏住纸带上端把纸带拉成竖直状态，打开打点计时器的电源，松开手让重锤和纸带自由下落。点计时器的电源，松开手让重锤和纸带自由下落。 (4)(4)重复几次，选取一条点迹清晰的纸带分析计算。重复几次，选取一条点迹清晰的纸带分析计算。 3 3实验注意事项实验注意事项

7、(1)(1)为尽量减小空气阻力的影响，重物应选质量大、体为尽量减小空气阻力的影响，重物应选质量大、体积小的物体积小的物体( (如重锤等如重锤等) )。 (2)(2)打点计时器应竖直固定好。打点计时器应竖直固定好。 (3)(3)重锤应靠近打点计时器，且要先打开打点计时器的重锤应靠近打点计时器，且要先打开打点计时器的电源，再放手让重锤运动。电源，再放手让重锤运动。(3)作出速度作出速度时间图象时间图象在坐标纸上，以速度在坐标纸上，以速度v为纵轴、时间为纵轴、时间t为横轴建为横轴建立直角坐标系根据上表中的立直角坐标系根据上表中的v、t数据，在直数据，在直角坐标系中描点，如下图所示，通过观察、思角坐标

8、系中描点，如下图所示，通过观察、思考，找出这些点的分布规律，然后根据这些点考，找出这些点的分布规律，然后根据这些点的分布趋向，用一条平滑的曲线的分布趋向，用一条平滑的曲线(包括直线包括直线)连连接这些点，并尽量让多数点落在曲线上接这些点，并尽量让多数点落在曲线上(或直或直线线)上，不在曲线上，不在曲线(或直线或直线)上的点应分布在曲线上的点应分布在曲线(或直线或直线)两侧，且两侧的点数大致相同两侧，且两侧的点数大致相同注意：在坐标纸上画注意：在坐标纸上画vt图象时，坐标轴单位图象时，坐标轴单位长度的选取要合适，使图象分布在坐标平面的长度的选取要合适，使图象分布在坐标平面的大部分面积上大部分面积

9、上(4)分析分析vt图象，小车运动的加速度数值上等图象，小车运动的加速度数值上等于于vt图线的斜率，应注意其斜率等于图线的斜率，应注意其斜率等于v/t，不能由不能由tan 求加速度求加速度 例例1 1打点计时器是高中物理中重要的物理实验仪器，打点计时器是高中物理中重要的物理实验仪器，图中甲、乙两种打点计时器是高中物理实验中常用的，请图中甲、乙两种打点计时器是高中物理实验中常用的，请回答下面的问题。回答下面的问题。 (1) (1)甲图是甲图是_打点计时器，电源采用的是打点计时器，电源采用的是_。 (2)(2)乙图是乙图是_打点计时器，电源采用的是打点计时器，电源采用的是_。 (3)(3)某同学在

10、某同学在“匀变速直线运动的实验探究匀变速直线运动的实验探究”的实验中，的实验中，是用打点计时器在纸带上打的点记录小车的运动情况。他是用打点计时器在纸带上打的点记录小车的运动情况。他做此实验时步骤如下：做此实验时步骤如下： A A拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，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。放开纸带，再接通电源。 B B将打点计时器固定在长木板上，并接好电路。将打点计时器固定在长木板上，并接好电路。 C C把一条绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，把一条绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上适当的钩码。下面挂上适当的钩码。 D D小车停止运动后，直接取下纸带。小车停

11、止运动后，直接取下纸带。 E E将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔。的限位孔。 F F换上新纸带，重复操作三次，然后从各纸带中选换上新纸带，重复操作三次，然后从各纸带中选取一条清晰的进行数据处理。取一条清晰的进行数据处理。 其中错误或遗漏的步骤有：其中错误或遗漏的步骤有： _； _。 将以上步骤完善后按合理的顺序填写在下面横线上。将以上步骤完善后按合理的顺序填写在下面横线上。 _ 解析解析 (1)(1)甲图是电磁打点计时器，电源采用低压交甲图是电磁打点计时器，电源采用低压交流电流电4 46 V6 V。(2)(2)乙图是电火花打点计时器，所用电源

12、为乙图是电火花打点计时器，所用电源为220 V220 V交流电。交流电。(3)(3)实验过程中应先接通电源再放开纸带，取纸带前应先实验过程中应先接通电源再放开纸带，取纸带前应先断开电源，所以错误操作是断开电源，所以错误操作是A A、D D步骤。步骤。合理的顺序应是合理的顺序应是BECADFBECADF。 答案答案 见解析见解析 例例2 2在在“匀变速直线运动的实验探究匀变速直线运动的实验探究”中，从中，从0 0点开始每点开始每5 5个点取个点取1 1个计数点的纸带如图所示，其中，个计数点的纸带如图所示，其中，0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6都是计数点。测得都是计数点。测得

13、s s1 11.40 cm1.40 cm，s s2 21.90 cm1.90 cm，s s3 32.38 cm2.38 cm，s s4 42.88 cm2.88 cm，s s5 53.39 cm3.39 cm，s s6 63.87 cm3.87 cm。 (1) (1)在打点计时器打出点在打点计时器打出点1 1、2 2、3 3、4 4、5 5时，小时，小车的速度分别为车的速度分别为v v1 1_cm/s_cm/s，v v2 2_cm/s_cm/s，v v3 3_cm/s_cm/s，v v4 4_cm/s_cm/s，v v5 5_cm/s_cm/s； (2)(2)在平面直角坐标系中作出小车运动的在

14、平面直角坐标系中作出小车运动的v vt t图图像；像； (3)(3)分析小车的速度随时间变化的规律。分析小车的速度随时间变化的规律。 (2) (2)根据以上计算出的各计数时刻的速度值，用描点法根据以上计算出的各计数时刻的速度值，用描点法即可作出小车运动的即可作出小车运动的v vt t图像，如图所示。图像，如图所示。 (3) (3)由图可知，描绘小车运动的由图可知，描绘小车运动的v vt t图像是一条向上倾图像是一条向上倾斜的直线，可判断出小车的速度是随时间均匀增加的。斜的直线，可判断出小车的速度是随时间均匀增加的。 答案答案 (1)16.50(1)16.5021.4021.4026.3026.

15、3031.3531.3536.3036.30 (2) (2)见解析见解析(3)(3)小车运动的速度是随时间均匀增加的小车运动的速度是随时间均匀增加的 例例3 3在做在做“匀加速直线运动的实验探究匀加速直线运动的实验探究”的实验中，的实验中，打点计时器接在打点计时器接在50 Hz50 Hz的低压交变电源上，某同学在打出的的低压交变电源上，某同学在打出的纸带上每纸带上每5 5点取一个计数点，共取了点取一个计数点，共取了A A、B B、C C、D D、E E、F F六六个计数点个计数点( (每相邻两个计数点间的四个点未画出每相邻两个计数点间的四个点未画出) )。从每一个。从每一个计数点处将纸带剪开分

16、成五段计数点处将纸带剪开分成五段( (分别为分别为a a、b b、c c、d d、e e段段) )，将这五段纸带由短到长紧靠但不重叠地粘在将这五段纸带由短到长紧靠但不重叠地粘在xOyxOy坐标系中，坐标系中，如图如图3 32 25 5所示，由此可以得到一条表示所示，由此可以得到一条表示v vt t关系的图线，关系的图线，从而求出加速度的大小。从而求出加速度的大小。图图3 32 25 5 (1) (1)请你在请你在xOyxOy坐标系中用最简洁的方法作出能表示坐标系中用最简洁的方法作出能表示vt关系的图线关系的图线( (作答在图上作答在图上) )，并指出，并指出_(“_(“x x”或或“y y”)”)轴相当于轴相当于v v轴。轴。 (2)(2)从第一个计数点开始计时，为求出从第一个计数点开始计时，为求出0.15 s0.15 s时刻的时刻的瞬时速度，需要测出瞬时速度，需要测出_段纸带的长度。段纸带的长度。 (3)(3)若测得若测