5 实验：研究匀变速直线运动.doc

第5讲 实验：研究匀变速直线运动一、实验原理1电磁打点计时器和电火花打点计时器都是使用交流电源的计时仪器，电磁打点计时器的工作电压是46 V，电火花打点计时器的工作电压是220 V当电源频率是50 Hz时，它每隔0.02 s打一次点2若纸带上相邻点间的位移差Sn1Sn0，则物体做匀速运动若Sn1SnC(非零常数)，则物体做匀变速直线运动3根据纸带求加速度的方法(1)用“逐差法”求加速度设相邻计数点间的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6，根据s4s1s5s2s6s33aT2(T为相邻两计数点间的时间间隔)求出a1、a2、a3，再算出a1、a2、a3的平均值(a1a2a3)，就是物体运动的加速度(2)用vt图法：即先根据vn求出打第n点时纸带的瞬时速度，后作出vt图线，图线的斜率即为物体运动的加速度二、实验器材电磁或电火花打点计时器，一端附有滑轮的长木板，纸带，小车，细绳，钩码，刻度尺，导线，电源，复写纸三、实验步骤1如图，把一端带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 2把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，并在细绳的另一端挂上合适的钩码，放手后小车能在木板上平稳地加速滑行将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系列小点换上新纸带，重复实验两次 4选择一条比较理想的纸带，舍掉开头比较密集的点，确定计数点并标记为了测量方便和减少误差，通常不用每打一次点的时间作为时间的单位，而用每打五次点的时间作为时间的单位，就是T0.02 s50.1 s在选好的开始点下标明0，在第六点下面标明1，在第十一点下面标明2，在第十六点下面标明3点0、1、2、3叫做计数点，如图所示，两个相邻计数点间的距离分别是s1、s2、s3 5用毫米刻度尺测量s1、s2、s3的长度，并记录测量结果6根据测量结果，利用“实验原理”中给出的公式算出加速度并求出平均值四、注意事项1应先接通电源，待打点计时器工作稳定后再释放小车2释放小车时应将小车放在离定滑轮稍远且靠近打点计时器的位置，以便在纸带上打出足够多的点3每当小车到达终点时，都要提前用手将小车按住，以免它和定滑轮碰撞并跌落在地面上 4每次更换新纸带，都要随时断开电源，并将复写纸的定位轴前后移动一下，使振针打在复写纸的不同圆周上，以保证打出清晰的点5要在钩码落地处放置软垫或砂箱，防止撞坏钩码6小车的加速度宜适当大些，可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约50 cm的纸带上清楚地取出78个计数点为宜7不要分段测量各段位移，应尽可能地一次测量完毕(可先统一量出各计数点到计数起点0之间的距离)读数时应估读到毫米的下一位 五、误差分析1纸带上各点间距的测量误差2打点计时器打点不稳定引起计时误差3各种阻力，如限位孔、复写纸、振针与纸带的摩擦力变化等 类型一、基本实验原理和步骤的考查 【例1】 在“研究匀变速直线运动”的实验中，下列方法不能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 类型二、实验数据的处理 【例2】 (2010年福建宁德模拟)(12分)在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带如图所示，并在其上取A、B、C、D、E、F、G 7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点，图中没有画出，打点计时器接周期为T0.02 s的低压交流电源他经过测量和计算得到打点计时器打下B、C、D、E、F各点时小车的瞬时速度，记录在下面的表格中 (1)计算打点计时器打下F点时小车的瞬时速度的公式为vF_；(2)根据纸带上所标的数据，求得小车的加速度的公式a_；(3)根据上面得到的数据，以A点对应的时刻为t0时刻，在图的坐标纸上作出小车的速度随时间变化的vt图线； (4)由vt图线求得小车的加速度a_ m/s2(结果保留两位有效数字) 类型三、创新实验 【例3】 做匀变速直线运动的小车，牵引一条纸带通过打点计时器，交流电源的频率是50 Hz，由纸带上打出的某一点开始，每5个点剪下一段纸带如图所示，每一小段纸带的一端与x轴相重合，其左边与y轴平行，将纸带贴在坐标系中 (1)仔细研究图象，找出小车在相邻时间内位移存在的关系(2)设t0.1 s，请你在xOy坐标系中用最简捷的方法作出能表示vt关系的图线(3)根据图象求其加速度大小 【课堂练习】1一位同学在用电磁打点计时器做“研究匀变速直线运动”的实验时，纸带上打出的不是圆点而是如图所示的一些短线，这可能是因为(D)A打点计时器错接在直流电源上B电源电压不稳定C电源的频率不稳定D振针压得过紧 2(2010年福建质检)在“研究匀变速直线运动”的实验中，如图所示为实验得到的一条纸带，纸带上每相邻的两计数点间的时间间隔均为0.1 s，测得A到B和B到C的距离分别为5.60 cm和7.82 cm，则物体的加速度大小为_m/s2，B点的速度大小为_m/s. 3(2010年广东卷)如图是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带 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_ A、B、C、D是纸带上四个计数点，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s_；C点对应的速度是_(计算结果保留三位有效数字) 4.(2010年重庆卷，22(1)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f50 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：sA16.6 mm，sB126.5 mm，sD624.5 mm. 若无法再做实验，可由以上信息推知：相邻两计数点的时间间隔为_ s；打C点时物体的速度大小为_ m/s(取2位有效数字)；物体的加速度大小为_(用sA、sB、sD和f表示) 5(创新实验)(2010年福建师大附中模拟)伽利略在两种新科学的对话一书中，讨论了自由落体运动和物体沿斜面运动的问题，提出了这样的猜想：物体沿斜面下滑是一种匀变速直线运动，同时他还运用实验验证了其猜想某校物理兴趣小组依据伽利略描述的实验方案，设计了如图所示的装置，探究物体沿斜面下滑是否做匀变速直线运动 (1)实验时，让滑块从不同高度由静止沿斜面下滑，并同时打开装置中的阀门，使水箱中的水流到量筒中；当滑块碰到挡板的同时关闭阀门(整个过程中水流可视为均匀稳定的)该实验探究方案是利用量筒中收集的水量来测量_的 (2)下表是该小组测得的有关数据，其中s为滑块从斜面的不同高度由静止释放后沿斜面下滑的距离，V为相应过程量筒收集的水量分析表中数据，根据_，可以得出滑块沿斜面下滑是做匀变速直线运动的结论. 次数 1 2 3 4 5 6 7 s(m) 4.5 3.9 3.0 2