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1、一、实验目的一、实验目的1.用打点计时器研究小车在重物牵引下的运动用打点计时器研究小车在重物牵引下的运动.2.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.二、实验原理二、实验原理1.电磁打点计时器电磁打点计时器电磁打点计时器是一种使用低压交流电源的计时仪器，其工电磁打点计时器是一种使用低压交流电源的计时仪器，其工作电压在作电压在6V以下，当电源为以下，当电源为50Hz交流电时，它每隔交流电时，它每隔0.02s打打一次点一次点.当物体拖着纸带运动时，打点计时器在纸带上打出一当物体拖着纸带运动时，打点计时器在纸带上打出一系列点，这些点记录了运动物体的位移和发生相应位移所用系列点，这些
2、点记录了运动物体的位移和发生相应位移所用的时间，据此可定量研究物体的运动的时间，据此可定量研究物体的运动.2.电火花计时器电火花计时器(1)电火花计时器是利用火花放电在纸带上打出点迹的计时电火花计时器是利用火花放电在纸带上打出点迹的计时仪器仪器.当接通当接通220V交流电源，按下脉冲输出开关时，计交流电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经接正极的放电计、墨粉纸盘到接时器发出的脉冲电流经接正极的放电计、墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电，于是在运动纸带上打出负极的纸盘轴，产生火花放电，于是在运动纸带上打出一系列点迹一系列点迹.(2)当电源频率为当电源频率为50Hz时，每隔时，每隔0
3、.02s打一次点，即打出的打一次点，即打出的纸带上任意相邻两点间的时间间隔是纸带上任意相邻两点间的时间间隔是0.02s.3.匀变速直线运动的判断匀变速直线运动的判断看任意相邻相等时间内的位移之差是否相等来判断物看任意相邻相等时间内的位移之差是否相等来判断物体是否做匀变速直线运动，即可利用纸带打出的点，体是否做匀变速直线运动，即可利用纸带打出的点，若若x6x5x5x4x4x3aT2，则做匀变速直线运动，则做匀变速直线运动.4.利用纸带求速度和加速度利用纸带求速度和加速度(1)“平均速度法平均速度法”求速度求速度如图实如图实11所示，有所示，有vn(2)“逐差法逐差法”求加速度求加速度如图实如图实
4、12所示为实验中得到的一条纸带，物体在所示为实验中得到的一条纸带，物体在连续相等的时间间隔连续相等的时间间隔T内通过的位移分别为内通过的位移分别为x1、x2、x3、x4、x5、x6，则有：，则有：a1，然后取平均值，即，然后取平均值，即，这样使所给数据全部得到利用，这样使所给数据全部得到利用，以提高准确性以提高准确性.(3)用用vt图象求加速度图象求加速度先根据先根据vn，即中间时刻的瞬时速度等于这，即中间时刻的瞬时速度等于这一段时间的平均速度，求出打第一段时间的平均速度，求出打第n个点时纸带的瞬时速个点时纸带的瞬时速度，然后作度，然后作vt图象，图线的斜率即为物体运动的加图象，图线的斜率即为
5、物体运动的加速度速度.三、实验器材三、实验器材打点计时器、纸带、一端附有定滑轮的长木板、打点计时器、纸带、一端附有定滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、电源小车、细绳、钩码、刻度尺、电源.四、实验操作四、实验操作1.实验步骤实验步骤(1)把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌把附有滑轮的长木板放在实验桌上，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，面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路连接好电路.(2)把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固适的钩码
6、，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面定在小车的后面.实验装置如图实实验装置如图实13所示，放手后，所示，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行看小车能否在木板上平稳地加速滑行.(3)把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开小把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，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的点一系列的点.换上新纸带，重复二次换上新纸带，重复二次.(4)从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的点，从后边便于测量的点开始来确定计数
7、点，为了密集的点，从后边便于测量的点开始来确定计数点，为了计算方便和减小误差，通常用连续打点五次的时间作为时计算方便和减小误差，通常用连续打点五次的时间作为时间单位，即间单位，即T0.1s，如图实，如图实14所示，正确使用毫米所示，正确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离，并填入设计的表刻度尺测量每相邻两计数点间的距离，并填入设计的表格中格中.位置位置编编号号012345时间时间t/s00.10.20.30.40.5相相邻邻两两计计数点数点间间的距离的距离x/m计计数点的数点的速度速度v/(m/s)(5)利用某一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻利用某一段时间内的平均速度等于这段时间中
8、间时刻的瞬时速度求得各计数点的瞬时速度的瞬时速度求得各计数点的瞬时速度.(6)增减所挂的钩码数，再做两次实验增减所挂的钩码数，再做两次实验.2.数据处理及实验结论数据处理及实验结论(1)由实验数据得出由实验数据得出vt图象图象根据表格中的根据表格中的v、t数据，在直角坐标系中仔细描点，如数据，在直角坐标系中仔细描点，如图实图实15所示可以看到，对于每次实验，描出的几个点所示可以看到，对于每次实验，描出的几个点都大致落在一条直线上都大致落在一条直线上.作一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落到这条直作一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧，这
9、线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧，这条直线就是本次实验的条直线就是本次实验的vt图象，它是一条倾斜的直线图象，它是一条倾斜的直线.(2)由实验得出的由实验得出的vt图象进一步得出小车运动的速度随时图象进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律间变化的规律.有两条途径进行分析：有两条途径进行分析：直接分析图象的特点得出，小车运动的直接分析图象的特点得出，小车运动的vt图象是一条图象是一条倾斜的直线，如图实倾斜的直线，如图实16所示，当时间增加相同的值所示，当时间增加相同的值t，速度也会增加相同的值，速度也会增加相同的值v，由此得出结论：小车的速度，由此得出结论：小车的速度随时间均匀变
10、化随时间均匀变化.通过函数关系进一步得到，既然小车的通过函数关系进一步得到，既然小车的vt图象是一条图象是一条倾斜的直线，那么倾斜的直线，那么v随随t变化的函数关系式为变化的函数关系式为vktb，显然，显然v与与t成成“线性关系线性关系”，小车的速度随时间均匀变化，小车的速度随时间均匀变化.五、注意事项五、注意事项1.交流电源的电压及频率要符合要求交流电源的电压及频率要符合要求.2.实验前要检查打点的稳定性和清晰程度，必要时要调节实验前要检查打点的稳定性和清晰程度，必要时要调节振针的高度和更换复写纸振针的高度和更换复写纸.3.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器开始释放小车时，应使小车靠近打
11、点计时器.4.先接通电源，计时器工作后再放开小车，当小车停止运先接通电源，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动时及时断开电源.5.要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，在小车到达滑轮前要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，在小车到达滑轮前应及时用手按住它应及时用手按住它.6.牵引小车的钩码个数要适当，以免加速度过大而使纸带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，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从而使误差增大，加速度的大小以能在50cm长的纸带上长的纸带上清楚地取得六、七个计数点为
12、宜清楚地取得六、七个计数点为宜.7.要区别计时器打出的点与人为选取的计数点，一般在纸要区别计时器打出的点与人为选取的计数点，一般在纸带上每隔四个点取一个计数点，即时间间隔为带上每隔四个点取一个计数点，即时间间隔为T0.025s0.1s.8.要多测几组，以尽量减小误差要多测几组，以尽量减小误差.9.描点时最好用坐标纸，在纵、横轴上选取合适的单位，描点时最好用坐标纸，在纵、横轴上选取合适的单位，用细铅笔认真描点用细铅笔认真描点.六、误差分析六、误差分析1.根据纸带测量的位移有误差根据纸带测量的位移有误差.2.电源频率不稳定，造成相邻两点间的时间间隔不完全相等电源频率不稳定，造成相邻两点间的时间间隔
13、不完全相等.3.计算的加速度有误差计算的加速度有误差(a).4.用作图法，作出的用作图法，作出的vt图象并非是一条直线图象并非是一条直线.5.木板的粗糙程度并非完全相同木板的粗糙程度并非完全相同.在在“研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动”的实验中，某同学的操的实验中，某同学的操作步骤如下，其中错误或多余的步骤是作步骤如下，其中错误或多余的步骤是.A.拉住纸带，将小车移到靠近打点计时器处，先放开纸带，拉住纸带，将小车移到靠近打点计时器处，先放开纸带，再接通电源再接通电源B.将打点计时器固定在平板上，并接好电源将打点计时器固定在平板上，并接好电源C.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着
14、适当把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码重的钩码D.取下纸带取下纸带E.将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做匀速将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做匀速运动运动F.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔若有将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔若有遗漏步骤，将遗漏步骤写在下面的横线上遗漏步骤，将遗漏步骤写在下面的横线上(遗漏可编上序号遗漏可编上序号G、H).并把合理顺序的序号填写在横线上并把合理顺序的序号填写在横线上.解析解析A中应先接通电源，再放开纸带中应先接通电源，再放开纸带.C中应调整滑轮中应调整滑轮的高度，使细绳与平板平行，的高度，
15、使细绳与平板平行，D中应先断开电源，使打中应先断开电源，使打点计时器停止工作，点计时器停止工作，E属于多余步骤属于多余步骤.应补充应补充G，换上新纸，换上新纸带，重复操作两次带，重复操作两次.H，断开电源，整理好器材，断开电源，整理好器材.正确合理正确合理的顺序应为的顺序应为B、F、C、A、D、G、H.答案答案见解析见解析(2010增城模拟增城模拟)一个小球沿斜面向下运动，用一个小球沿斜面向下运动，用每间隔每间隔s曝光一次的频闪相机拍摄不同时刻小球位置曝光一次的频闪相机拍摄不同时刻小球位置的照片，如图实的照片，如图实17所示，即照片上出现的相邻两个所示，即照片上出现的相邻两个小球的像之间的时间
16、间隔为小球的像之间的时间间隔为s，测得小球在几个连续，测得小球在几个连续相等的时间间隔内位移相等的时间间隔内位移(数据见下表数据见下表)，则，则x1(cm)x2(cm)x3(cm)x4(cm)8.209.3010.4011.50(1)小球在相邻的相等时间间隔内的位移差小球在相邻的相等时间间隔内的位移差(填填“相相等等”或或“不相等不相等”)，小球的运动性质属，小球的运动性质属直线运动直线运动.(2)甲、乙两同学计算小球加速度的方法如下：甲、乙两同学计算小球加速度的方法如下：你认为甲、乙中哪位同学的计算方法较好？你认为甲、乙中哪位同学的计算方法较好？；加速；加速度值为度值为.解析解析(1)由表中数据可知，由表中数据可知，x4x3x3x2x2x1，小，小球做匀加速直线运动球做匀加速直线运动.(2)乙同学采用逐差法求加速度可用上所有的记录数据，乙同学采用逐差法求加速度可用上所有的记录数据，而甲只用了前后两个数据，从而乙较准确，加速度值为而甲只用了前后两个数据，从而乙较准确，加速度值为a1.10m/s2答案答案(1)相等匀加速相等匀加速(匀变速匀变速)(2)乙同学乙同学1.10m/s2