5 实验：研究匀变速直线运动

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1、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4～6V，电火花打点计时器的工作电压是220V．当电源频率是50Hz时，它每隔0.02s打一次点．2．若纸带上相邻点间的位移差Sn＋1－Sn＝0，则物体做匀速运动．若Sn＋1－Sn＝C(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s4－s1＝s5－s2＝s6－s3＝3aT2(

2、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＝(a1＋a2＋a3)，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

3、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T＝0.02s×5＝0.1s．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

4、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．43．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

5、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50cm的纸带上清楚地取出7～8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、

6、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、G7个计数点，每相邻两个计数点

7、间还有4个点，图中没有画出，打点计时器接周期为T＝0.02s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t＝0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

8、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50Hz，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Δt＝0.1s，请你在xOy坐标系中用最简捷的方法作出能表示vt