匀变速直线运动的探究

‌一、实验目的

1．练习使用打点计时器，学会用打上点的纸带研究物体的运动．

2．掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法．

3．能够利用纸带测定物体做匀变速直线运动的加速度．

二、实验原理

1．理论基础

  沿直线运动的物体在连续相等的时间内不同时刻的速度分别为v1、v2、v3、…，若v2-v1=v3-v2=v4-v3=…，则说明该物体在相等时间内速度的增量相等，由此说明该物体在

做匀变速直线运动； 

2．打点计时器的工作原理：

  (1)作用：计时仪器，每隔0.02 s打一次点．

工作条件①电磁打点计时器：4～6v交流电②电火花打点计时器：200v交流电

 (3)纸带上点的意义：

①表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置．（记录了时间和位移）

②通过研究纸带上各点之间的间隔，可以判断物体的运动情况．

  设相邻两点之间的位移为S1、S2、S3…

  (1)若如S2-S1=S3-S2=…=Sn-Sn-1=0．则物体做匀速直线运动．

  (2)若如S2-S1=S3-S2=…=Sn-Sn-1≠0，则物体做变速直线运动．

3．求物体加速度的方法和速度

  (1)逐差法

  如图实-1-1所示，相邻两计数点间的距离分别为S1、S2、S3…、S6两计数点间的时间间隔为T，根据△s=aT2

 同理如  

即为所求物体运动的加速度．

（2）平均速度法求速度    求各点的瞬时速度  

 (2)V-t图象法

根据:  ，求出各个记数点的瞬时速度，再作出v-t图像，其斜率表示加速度。 

三、实验器材

    电磁打点计时器或电火花计时器、一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、刻度尺、导线、电源、垫片等．

四、实验步骤与数据处理

1．如图实-1-2所示，把原来放于水平桌面上的长木板一端垫起，把打点计时器固定在木板被垫起的那一端，连接好电路．让平整的纸带穿过打点计时器的限位孔把纸带的一端固定在小车后面．

2．用手按住小车，使小车停在靠近打点计时器处．先接通电源。再放开小车．小车在拖着纸带运动的同时，打点计时器就在纸带上打下一系列的点．断开电源，取下纸带；更换新纸带，重复实验三次．

3．从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个开始点，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（每隔四个点）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A，依次标为B、C、D、E…叫做计数点．

4．用毫米刻度尺正确测出每相邻两计数点之间的距离S1、S2、S3、S4、S、5S6并填入下表中。 

5．比较各段的加速度是否相等，得出结论，即小车沿斜面的下滑是否可以看成匀变速直线运动。

6．根据实验原理中所讲的方法，计算小车的加速度或根据 v-t图象求出小车的加速度．

五、注意事项

1．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器．

2．应该先接通电源，再释放小车，当小车到达滑轮前及时用手按住.

3．先断开电源，再取下纸带．

4．如打出的点较轻或是短线时，应调整振针距复写纸的高度．

5．选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰，适当舍弃点密集部分，适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少秒．

6．每打好一条纸带，将定位轴上的复写纸换个位置，以保证打点清晰．

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。

8．要多测几组，尽量减小误差．

六、误差分析 

1．根据纸带测量的位移有误差．

2．根据位移计算的瞬时速度有误差．

3．计算的加速度有误差．

4．用作图法作出的v-t图线并非是一条直线．

5．木板的粗糙程度并非完全相同．

高考真题

1.（2013广东）（1）研究小车匀速直线运动的实验装置如图16（a）所示其中斜面倾角θ可调，打点计时器的工作频率为50HZ，纸带上计数点的间距如图16（b）所示，七中每相邻两点之间还有4个记录点未画出。 

① 部分实验步骤如下：

A. 测量完毕，关闭电源，取出纸带

B. 接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车

C. 将小车依靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连

D. 把打点计时器固定在平板上，让纸穿过限位孔

上述实验步骤的正确顺序是：                         （用字母填写）

② 图16（b）中标出的相邻两计数点的时间间隔T=                    s

③ 计数点5对应的瞬时速度大小计算式为V5=                 。

④ 为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应为a=                   

2.（2011广东）（1）图14是“研究匀变速直线运动”实验中获得的一条纸带，O、A、B、C、D和E为纸带上六个计数点，加速度大小用a表示。 

① OD间的距离为________cm。

② 图15是根据实验数据绘出的s-t2图线（s为各计数点至同一起点的距离），斜率表示________，其大小为________m/s2（保留三位有效数字）。 

1. DCBA    0.1  s   (S4+S5)/0.2 m/s     a= [(S4+S5+S6)-(S1+S2+S3)]/0.09 m/s2

2.（1）① 2.20  ②加速度的二分之一      0.923