实验01测量做直线运动物体的瞬时速度

实验一测量做直线运动物体的瞬时速度
一、实验目的：
1.练习正确使用打点计时器
2.会利用纸带求匀变速直线运动的瞬时速度、加速度
3.会利用纸带探究小车速度随时间变化的规律，并能画出小车运动的v-t图象，根据图象求加速度
二、实验原理
利用打点纸带记录运动物体在各时刻的位置，通过研究各点的对应速度，确定物体的运动性质和运动规律
三、实验器材
电火花计时器（或电磁打点计时器）、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸片
(电磁式打点计时器) （电火花打点计时器）
电火花计时器和电磁打点计时器
1.作用：计时仪器，接频率为50 Hz交变电流，每隔0.02 s打一次点
2.工作
条件⎩⎪
⎨
⎪⎧电磁打点计时器：4～6 V交流电源
电火花计时器：220 V交流电源
四、实验步骤
1.按照实验装置图，把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，接好电源
2.把一细线系在小车上，细线绕过滑轮，下端挂合适的钩码，纸带穿过打点计时器，固定在小车后面
3.把小车停靠在打点计时器处，先接通电源，再放开小车
4.小车运动一段时间后，新开电源，取下纸带
5.换纸带反复做三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析
五、注意事项
1.平行：纸带和细绳要和木板平行。

2.两先两后：实验中应先接通电源，后让小车运动；实验完毕应先断开电源后取纸带。

3.防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，要防止钩码落地和小车与滑轮相撞。

4.区别“两种点”——计时点和计数点
计时点是打点计时器打在纸带上的实际点，两相邻点间的时间间隔为0.02 s；计数点是人们根据需要按一定的个数选择的点，两个相邻计数点间的时间间隔由选择的个数而定，如每5个点取一个计数点和每隔4个点取一个计数点，时间间隔都是0.1 s。

六、误差分析
1.使用刻度尺测计数点的距离时有误差。

2.作v­t图象时出现作图误差。

七、基础题型
1.用图1所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。

主要实验步骤如下：
a.安装好实验器材，接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次。

b.选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O (t ＝0)，然后每隔相同的时间间隔T 选取一个计数点，如图2中A 、B 、C 、D 、E 、F ……所示。

c.通过测量、计算可以得到在打A 、B 、C 、D 、E ……点时小车的速度，分别记作v 1、v 2、v 3、v 4、v 5……
d.以速度v 为纵轴、时间t 为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图3所示。

结合上述实验步骤，请你完成下列任务：
(1)在下列仪器和器材中，还需要使用的有________和________(填选项前的字母)。

A ．电压合适的50 Hz 交流电源 B ．电压可调的直流电源 C ．刻度尺 D ．秒表
E ．天平(含砝码)
(2)在图3中已标出计数点A 、B 、D 、E 对应的坐标点，请在该图中标出计数点C 对应的坐标点，并画出v -t 图象。

(3)观察v -t 图象，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是________。

v-t 图象斜率的物理意义是________。

(4)描绘v -t 图象前，还不知道小车是否做匀变速直线运动。

用平均速度t
x ∆∆表示各计
数点的瞬时速度，从理论上讲，对t ∆的要求是________(选填“越小越好”或“与大小无关”)；从实验的角度看，选取的x ∆大小与速度测量的误差________(选填“有关”或“无关”)。

(5)早在16世纪末，伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的。

当时只能靠滴水计时，为此他设计了如图4所示的“斜面实验”，反复做了上百次，验证了他的猜想。

请你结合匀变速直线运动的知识，分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的。

2. 某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动。

(1)实验中，必要的措施是________。

A ．细线必须与长木板平行
B ．先接通电源再释放小车
C ．小车的质量远大于钩码的质量
D ．平衡小车与长木板间的摩擦力
(2)他实验时将打点计时器接到频率为50 Hz 的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)。

x 1＝3.59 cm ，x 2＝4.41 cm ，x 3＝5.19 cm ，x 4＝5.97 cm ，x 5＝6.78 cm ，x 6＝7.64 cm 。

则小车的加速度a
＝________m/s 2
(要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B 点时小车的速度v B ＝________m/s 。

(结果均保留两位有效数字)
八、创新题型
1.某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。

实验前，将该计时器固定在小车旁，如图(a)所示。

实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。

在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图(b)记录了桌面上连续的6个水滴的位置。

(已知滴水计时器每30 s 内共滴下46个小水滴)
(1)由图(b)可知，小车在桌面上是________(填“从右向左”或“从左向右”)运动的。

(2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动。

小车运动到图(b)中A 点
位置时的速度大小为________m/s ，加速度大小为________m/s 2。

(结果均保留2位有效数字)
2.某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。

使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。

实验步骤如下：
①如图(a)，将光电门固定在斜面下端附近：将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；
②当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间t ∆；
③用x ∆表示挡光片沿运动方向的长度[如图(b)所示]，-
v 表示滑块在挡光片遮住光线的t ∆时间内的平均速度大小，求出-
v ； ④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②③；
⑤多次重复步骤④；
⑥利用实验中得到的数据作出t v ∆-
图象，如图(c)所示。

完成下列填空：
(1)用a 表示滑块下滑的加速度大小，用v A 表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则-
v 与v A 、a 和t ∆的关系式为-
v ＝________。

(2)由图(c)可求得，v A ＝________cm/s ，a ＝_____cm/s 2。

(结果保留3位有效数字)
3．利用打点计时器研究小车做变速直线运动的实验，得到如图甲所示的一条纸带，在纸带上共取了A 、B 、C 、D 、E 、F 、G 七个计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出，从每一个计数点处将纸带剪开分成六条(分别为a 、b 、c 、d 、e 、f )，将这六条纸带由短到长紧靠但不重叠地粘在xOy 坐标系中，得到如图乙所示的直方图，最后将各纸带上端中心连起来，于是得到表示v-t 关系的图象。

已知打点计时器的工作频率为50 Hz ，为表示v -t 关系，图中x 轴对应物理量是时间t ，y 轴对应物理量是速度v 。

(1)若纸条c 的长度为6.0 cm ，则图中t 3为________s ，v 3是纸条c 段的________速度，v 3＝________m/s ；(保留两位有效数字)
(2)若测得a 段纸带的长度为2.0 cm ，f 段纸带长度为12.0 cm ，则可求出加速度的
大小为________m/s 2。

(保留两位有效数字)
参考答案：
【基础题型】
1.答案：(1)A C(2)如图所示(3)小车的速度随时间均匀变化加速度(4)越小越好有关(5)如果小球的初速度为0，其速度v∝t，那么它通过的位移x∝t2。

因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。

2.答案：(1)AB(2)0.800.40
【创新题型】
1.答案：(1)从右向左(2)0.190.037
2.答案：(1)v A＋a
2Δt(2)52.116.3
3答案：(1)0.25 平均0.60 (2)2.0。