21探究小车速度随时间变化的规律实验报告

1 物理实验报告物理实验报告 姓名姓名班级班级学号学号指导教师指导教师得分得分 实验名称 实验名称 探究小车速度随时间变化的规律探究小车速度随时间变化的规律 一一 实验目的实验目的 1 进一步练习打点计时器的使用 纸带的数据处理和瞬时速度的测量方法 2 用打点计时器研究小车在重物牵引下的运动 探究小车速度随时间的变化规律 3 能用 v t 图象探究小车速度随时间的变化规律 二二 实验原理实验原理 利用打出的纸带 计算出多个点的瞬时速度 分析 速度和时间的关系 1 计算打各计数点时小车的速度 应在计数点附近 取一个很短的时间 用内的平均速度作为打该计数t t 点小车的瞬时速度 2 用描点法作出小车的 v t 图象 图象的斜率表示加速度 若 v t 图象是一条倾斜的直线 说明小车的速度是均匀变化的 三三 实验仪器实验仪器 电源 导线 打点计时器 小车 4 个 25 g 的钩码 一端带有滑轮的长木板 带小钩的 细线 纸带 刻度尺 坐标纸等 四四 实验步骤实验步骤 1 将打点计时器用配套的螺旋夹固定在长木板的一边 连接好电路 如无螺旋夹时可在 长木板上敲几个长钉紧靠打点计时器的前后借以固定 有的用大弹簧夹子把打点计时器紧夹 在长木板边缘也可 但要注意不能影响打点计时器工作 2 将挂有重物的细绳跨过滑轮与小车相连接 调节滑轮的高度使细线与木板平行 小车 能在木板上平稳滑行 操作时必须注意使细绳的拉力通过小车的重心 以免小车前进时小车转 动或摇晃 可在系好细绳后试拉一下小车 观察车身是否作直线运动 3 将穿过打点计时器的纸带与小车厢连接 操作时要将纸带紧紧地夹在小车上 以免小 车运动时纸带松开 可用弹簧夹子夹住 但不要使纸带破损 以免小车启动时把纸带拉断 2 4 使小车停靠在打点计时器处 先接通电源 后释放小车 让小车在水平长木板上运动 打点计时器同时开始工作 在纸带上打出一系列的点 操作时应试打几次 不要使点迹过 分密集或过分疏散 若觉得太密集时可增加绕过滑轮线绳下所系的重物 反之则减小 5 打出纸带后 关闭电源 取下纸带 改变钩码的质量 重复上述步骤 多打出几条纸 带 3 5 条 6 实验操作完毕 整理器材 进行数据处理 五五 数据处理数据处理 1 1 纸带的选取 纸带的选取 选择点迹较清晰的 舍掉开头一些过于密集的点 找到适当的点为计时 起点 2 2 采集数据的方法采集数据的方法 选择合适的纸带 舍去开头的较密集的点 在后面便于测量的地方找一个起始点 把每 打五次的时间作为时间单位 即 T 0 02 5s 0 1s 在纸带上从第一个点开始 每隔 5 点一 次标上 0 1 2 3 测量各个计数点到起点的距离 x1 x2 x3 然后计算出相邻计数 点之间的距离 x01 x12 x13 3 瞬时速度的计算瞬时速度的计算 2 21 1 X X X X 0 0 D DE EF F 0 0 0 1 1 1 2 2 2 3 3 3 x x x0 0 0 x x x1 1 1 x x x2 2 2 x x x3 3 3 1 12 20 03 34 45 5 cm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 用公式 020112 1 22 xxx v TT 131223 2 22 xxx v TT 233424 3 22 xxx v TT 1 1 1 1 22 nnnnn n n xxx v TT 出瞬时速度并记入下表 根据数据在坐标纸上画出小车运动的速度 时间图像 1 定标 度 坐标轴的标度要选取合理 应使图像大致分布在坐标平面中央 2 描点 在坐标系中 确定出各个坐标的位置 3 联系 用一条曲线或直线 拟合 这些点 4 4 等效替代的方法处理数据等效替代的方法处理数据 选择一条点迹清晰的纸带 标上计数点 然后将纸带从相邻计数点处剪下 连续剪下 4 5 段 分别贴上双面胶带 然后底边对齐依次排列贴在纸上 这排纸带反映了物体运动的规 律 因为每段的长度对应 物体在相等时间内的位移 纸带的宽度等效为时间 所以纸带的长度正比于运动速度 纸带长度均匀增大 说明物体的运动 速度均匀增大 剪下的纸条长度表示 0 1 s 时间内位移大小 可近似 认为速度 v x 纸条长度可认为表示速度 1 0 x v 5 5 由纸带求加速度 由纸带求加速度 如图所示 纸带计数点 1 2 3 4 5 n 所 对应给的速度分别为 v1 v2 v3 v4 v5 vn T 为计 数点间时间间隔 方法一 方法一 依照个相邻计数点间的加速度求解 位置编号位置编号0123456 加速度加速度 m s2 纸纸 带带 编编 号号 时间时间 t s0 0 1 0 20 30 40 50 6 一一 1 n smv 二二 1 smvn 三三 1 smvn 4 21 1 vv a T 32 2 vv a T 43 3 vv a T 1nn n vv a T 求加速度的平均值 1232132111 nnnn aaaavvvvvvvv a nnTnT 从结果看 真正参与运算的只有和 中间各个点的瞬时速度在运算中都未起到作用 1 v 1n v 方法二 方法二 逐差法求 分别以 1 4 2 5 3 6 等点的速度计算加速度 即 41 1 3 vv a T 52 2 3 vv a T 则 63 3 3 vv a T 123415263456123 399 aaavvvvvvvvvvvv a TT 这样可使各点的瞬时速度都参与计算 可以减小误差 方法三 方法三 由图象求加速度 由多组数据描绘出的 v t 图象 v t 图象的斜率即为物体运动的加速度 6 6 实验结论实验结论 当钩码质量一定时 小车速度的变化与时间成正比 加速度保持不变 可近 似看作匀加速运动 当改变钩码的质量时 加速度也随之改变 试验总体成功 六六 误差分析及注意事项误差分析及注意事项 1 1 实验误差分析及改进方法实验误差分析及改进方法 1 木板粗糙程度不同 摩擦不均匀 实验时应选用较光滑的木板 2 纸带拖动时与限位孔及打点器内部摩擦 将平板的一端抬高 轻推小车 使小车能在 平板上平稳的滑行 以抵消小车收到的摩擦阻力 3 根据纸带测量的位移有误差 从而计算出的瞬时速度有误差 对图像上的点一一比对 纠正 舍去试验中误差较大的数据 反复试验 取数据的平均值 2 2 注意事项注意事项 1 开始释放小车时 应使小车靠近打点计时器 2 先接通电源 计时器工作后 再放开小车 当小车停止运动时及时断开电源 3 要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞 当小车到达滑轮前及时用手按住它 4 牵引小车的钩码个数要适当 以免加速度过大而使纸带上的点太少 或者加速度太小 而使各段位移无多大差别 从而使误差增大 加速度的大小以能在 60cm 长的纸带上清楚地取 得六七个计数点为宜 5 要区别计时点和计数点 一般在纸带上每 5 个计时点取一个计数点 间隔为 0 1 s 5 练习 练习 小车拖动纸带运动时打点计时器在纸带上打出的点如下图所示 在纸带上从点迹 清晰的某点开始取一个起点并记为 0 然后每隔 4 个点取一个计数