2.1探究小车速度随时间变化的规律实验报告

厦门大同中学物理实验报告

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实验名称：匀变速运动的实验探究

一.实验目的

1.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.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t?，用t?内的平均速度作为打该计数点小车的瞬时速

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.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.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。)

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.数据处理

1.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.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x 1,x 2,x 3...,然后计算出相邻计数点之间的距离x 01，x 12，x 13……

3.瞬时速度的计算

用公式：02

0112122x x x v T T +=

=，131223222x x x v T T +==,233424322x x x

v T T +==.....(1)(1)(1)(1)22n n n n n n n x x x v T T

-+-++== 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.由纸带求加速度：

方法一：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。

2 1

?X

0 D

E F

0 1 2 3

△x

△x 1

△x 2

△x 3

1

2

3

4 5

cm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

6.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

方法二：逐差法求

分别以1、4,2、5，3、6，...等点的位移差计算加速度，即41

12S S a T -=5222S S a T -=，633

2

S S a T -=，则123415263456123(3)2

2

()()()()()

39T a a a S S S S S S S S S S S S a T ++-+-+-++-++=

== 这样可使各段位移都参与计算，可以减小误差。

六.误差分析及注意事项

1.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

纸带编号 位置编号 0 1 2 3 4 5 6 加速度m/s 2 时间t/s

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 / 一 )/(1n -?s m v

二 )/(1-?s m v n 三

)/(1-?s m v n

纸

带编号 位置编号 0 1 2 3 4 5 6 加速度m/s 2 时间t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 / 一 S n (m) 二 S n (m) 三

S n (m)

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.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 。

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个点取一个计数点，分别记为1、2、3、4、5，测出相邻的两个计数点间的距离分别为x o1=10mm、x12=14mm、x23=18mm、x34=22mm、x45=26mm。

0 1 2 3 4 5

1.分别计算各个计数点的瞬时速度，看看有什么规律？

2.作出表示小车速度与时间的关系曲线，这是一条什么曲线？

3.小车做什么运动？