研究匀变速直线运动

实验:研究匀变速直线运动.

 
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.测定匀变速直线运动的加速度.(

 
二、实验原理
        1.打点计时器        

        (1)作用:计时仪器,当电源频率为50 Hz时,每隔0.02s打一次点.
        (2)工作条件
            ①电磁打点计时器:4V~6V交流电源;
            ②电火花计时器:220V交流电源.    
        (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.
            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.
            ③可以利用纸带上打出的点来确定计数点间的时间间隔.

 
        2.利用纸带判断物体运动状态的方法

        (1)沿直线运动的物体在连续相等时间内不同时刻的速度分别为v1v2v3v4、…,若v2v1=v3v2=v4v3=…,则说明物体在相等时间内速度的增量相等,由此说明物体在做匀变速直线运动,即

        (2)沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移分别为x1x2x3x4…,若△x=x2x1=x3x2=x4x3=…,则说明物体在做匀变速直线运动,且△x=aT2
        3.速度、加速度的求解方法

        (1)“平均速度法”求速度,如图所示.

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        (2)由纸带求物体运动的加速度
            ①逐差法:即根据
x4x1=x5x2=x6x3=3aT2(T为相邻两计数点间的时间间隔),求出,,再算出a1a2a3的平均值即为物体运动的加速度:
            
②图象法:即先根据求出多个点的瞬时速度,后作出v-t图象,图象的斜率即为物体运动的加速度.

 

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、电源、复写纸片.

 
四、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.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,并将它的一端固定在小车的后面.实验装置见下图所示,放手后,看小车能否在木板上平稳地加速滑行.

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        2.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一系列的点,换上新纸带,重复三次.
        3.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间单位,即T=0.1 s,如图所示,正确使用毫米刻度尺测量O计数点到各个计数点间的距离,并填入设计的表格中.

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        4.根据测量结果,用逐差法求出加速度a,或利用某一段时间的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点的瞬时速度,作出v-t图象,由图象的斜率求得加速度.

  
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.对于电磁打点计时器,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(n-1)t.
        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(注意此项只对于电磁打点计时器才适用).
        7.不要分段测量各段位移,应一次测出各计数点与0计数点的距离,再逐个计算x1、x2、x3…,读数时应估读到0.1 mm.
        8.尽可能保证小车做匀加速直线运动的方法是:①细绳尽可能与板面保持平行;②滑轮和车轮灵活;③长木板表面粗糙程度、纸带与打点计时器之间的摩擦基本保持一致.