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第2章匀变速直线运动的研究第4节科学测量：做直线运动物体的瞬时速度一、实验目的1．学习使用打点计时器．2．测量小车的瞬时速度．3．判断沿斜面下滑的小车是否做匀变速直线运动．4．能利用v－t图像求加速度．二、实验器材电磁打点计时器(或电火花打点计时器)、纸带、低压交流电源(或220V交流电源)、小车、U形夹、长木板(或者轨道)、毫米刻度尺．三、实验原理与设计1．打点计时器及其应用电火花打点计时器电磁打点计时器结构图示电火花打点计时器电磁打点计时器工作电压220V交流电4～6V交流电打点方式周期性产生电火花振针周期性上下振动打点周期0.02s0.02s记录信息位移、时间2.判断物体是否做匀变速直线运动的方法(1)利用平均速度v＝ΔsΔt，当Δt很短时，可以近似认为平均速度ΔsΔt等于t时刻的瞬时速度，利用速度和时间关系判断物体是否做匀变速直线运动．(2)利用Δs＝s2－s1＝s3－s2＝…＝sn－sn－1＝aT2判断物体是否做匀变速直线运动．四、实验步骤1．将打点计时器固定在长木板的一端，并用垫片垫高此端，使木板倾斜．2．将长60cm左右的纸带一端穿过打点计时器，另一端固定于小车，尽量让小车靠近打点计时器．3．闭合电路开关，稍后释放小车，待小车滑到斜面底端时止住小车，关闭开关，取下纸带．检查点迹．4．选择一条点迹最清晰的纸带，舍掉开头一些过于密集的点，找一适当的点记为点O.在该点后面，依次标出间隔时间相等的计数点1、2、3、4、5、…5．根据打点计时器的周期，计算各计数点到O点对应的时间t，测量各计数点与O点间的距离s，并将数据填入设计好的表格中．五、数据分析1．表格法(1)从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个开始点，作为计数起始点，以后依次每五个点取一个计数点，并标明0、1、2、3、4、…测量各计数点到0点的距离x，并记录下来填入表中．位置编号012345时间t/sx/mv/(m·s－1)(2)分别计算出与所求点相邻的两计数点之间的距离x1、x2、x3、…(3)利用vn＝xn＋xn＋12T求得计数点1、2、3、4的瞬时速度，填入上面的表格中．(4)根据表格的数据，分析速度随时间怎样变化．2．图像法(1)在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系中描点．(2)画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略，如图所示．(3)观察所得到的直线，分析物体的速度随时间变化的规律．(4)这条直线就是本次实验的v－t图像，它是一条倾斜的直线．六、误差分析产生原因减小方法偶然误差根据纸带测量的位移有误差测量各计数点到起始点的距离而不是直接测量相邻计数点间的距离系统误差木板的粗糙程度不完全相同尽量选用粗糙程度一致的木板七、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，等打点稳定后，再释放小车．3．取下纸带前，先断开电源．4．选取一条点迹清晰的纸带，适当舍弃点密集的部分，选取适当的计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T的数值．5．要防止钩码落地，避免小车跟滑轮相碰，在小车到达滑轮前及时用手按住．6．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差别不大．7．在坐标纸上画v－t图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像尽量占满坐标纸．热点一、实验原理与操作某同学按图示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验．(1)图中仪器A叫做__________打点计时器，使用220V________电源(选填“交流”或“直流”)，释放小车前，小车应停在________(选填“靠近”或“远离”)仪器A的位置．(2)使用打点计时器来分析物体运动情况的实验中，有以下基本步骤：A．松开纸带让物体带着纸带运动B．穿好纸带C．把计时器固定好D．接通电源，进行打点以上步骤的正确顺序是________．[解析](1)题图中仪器A叫做电火花打点计时器，使用220V交流电源，实验过程中，放开小车前，小车要靠近打点计时器；(2)使用打点计时器来分析物体运动情况的实验中，基本步骤为：先把计时器固定好，穿好纸带，再接通电源，进行打点，之后松开纸带让物体带着纸带运动，故正确的顺序是CBDA.[答案](1)电火花交流靠近(2)CBDA热点二、实验数据处理与误差分析在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，电火花打点计时器使用的交流电源频率为50Hz，记录小车运动的纸带如图甲所示，在纸带上选择标为0～6的计数点，相邻两个计数点间还有四个计时点未画出，纸带旁边并排放着毫米刻度尺，零刻度点跟0计数点对齐．(1)请你根据放大的图片计算出打2和4两个计数点时的速度v2＝________m/s、v4＝________m/s(均保留2位有效数字)，已知v1＝0.15m/s，v3＝0.22m/s，v5＝0.39m/s，请根据数据在图乙上作v－t图．(2)电源频率低于50Hz时，若仍按照50Hz计算，则测出的速度值将比真实值________(选填“大”或“小”)．[解析](1)v2＝s132T＝（5.40－1.20）×10－22×0.1m/s＝0.21m/sv4＝s352T＝（12.00－5.40）×10－22×0.1m/s＝0.33m/s根据各速度值作v－t图如图所示(2)当电源的频率为50Hz时，打点计时器每隔0.02s打一个点；当交流电源的频率低于50Hz时，打点的时间间隔将大于0.02s，若计算速度时仍按0.02s计算，由v－＝ΔxΔt可得，测出的速度值大于真实值．[答案](1)0.210.33v－t图见解析(2)大热点三、实验拓展创新一小球在桌面上从静止开始做加速直线运动，现用高速摄影机在同一底片上多次曝光，记录下小球每次曝光的位置，并将小球的位置编号．如图甲所示，1位置恰为小球刚开始运动的瞬间，作为零时刻．摄影机连续两次曝光的时间间隔均相同，小球从1位置到6位置的运动过程中经过各位置的速度分别为v1＝0，v2＝0.06m/s，v3＝________m/s，v4＝0.18m/s，v5＝________m/s.在图乙所示的坐标纸上作出小球的速度—时间图像(保留描点痕迹)．[解析]如题图所示，s1＋s2＝0.06m，而v2＝0.062Tm/s＝0.06m/s，故T＝0.5s，则v3＝s2＋s32T＝0.122×0.5m/s＝0.12m/s又s4＋s5＝0.24m，则v5＝s4＋s52T＝0.242×0.5m/s＝0.24m/s.其v－t图像如图所示．[答案]0.120.24图见解析