学生实验课堂实录【1】

实验一

探究速度随时间的变化规律

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。

实验原理

1.

2.

实验过程

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．减小误差：小车的加速度要适当大些，可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约50 cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜。

5．纸带选取：选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点。

6．准确作图：在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏，而导致误差过大)，仔细描点连线，不能连成折线，应作一条直线，让各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧。

热点一

实验操作及数据处理

【例1】

[2013·广东卷，34(1)]研究小车匀变速直线运动的实验装置如图1(a)所示，其中斜面倾角θ可调。打点计时器的工作频率为50 Hz。纸带上计数点的间距如图(b)所示，其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出。

图1 (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．将小车停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，让纸带穿过限位孔

上述实验步骤的正确顺序是：__________(用字母填写)。

(2)图(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＝________。

解析

(1)实验步骤的正确顺序是D、C、B、A。

11(2)电源的工作频率f＝50 Hz，所以打点周期T0＝f＝50

s＝0.02 s，相邻两计数点的时间间隔T＝5T0＝0.1 s。

x4＋x5(3)计数点5对应的瞬时速度等于计数点4、6间的平均速度，故v5＝2T。

(4)为了减小误差，计算小车的加速度利用逐差法，即

x4－x1＝3a1T2，x5－x2＝3a2T2，x6－x3＝3a3T2，

a1＋a2＋a3x6＋x5＋x4－x3＋x2＋x1a＝＝。

39T2x4＋x5答案

(1)DCBA

(2)0.1

(3)2T

(4)x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x3

9T2

(1)运动性质的判断：看相邻计数点间的距离特点。

(2)瞬时速度求解：采用平均速度法求某一点的瞬时速度。

(3)加速度的求解：计数点间距离的给定有两种：相邻计数点间距离和各计数点到O点的距离，计算时后者要先转换为前者，如框图所示。

【变式训练】

1．(1)在“研究匀变速直线运动”的实验中，下列方法中有助于减小实验误差的是________(填正确答案标号)。

A．选取计数点，把每打5个点的时间间隔作为一个时间单位

B．使小车运动的加速度尽量小些

C．舍去纸带上开始时密集的点，只利用点迹清晰、点间隔适当的那一部分进行测量、计算

D．适当增加挂在细绳下钩码的个数

(2)某次实验纸带的记录如图2所示，纸带上O、A、B、C、D、E、F、G为计数点，每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，由图可知纸带的加速度为a＝________，在打D点时纸带的速度为vD＝________(保留两位有效数字)，F到G的距离为xFG＝________。

图2 解析

(1)选取计数点可以使用于测量的相邻点的间隔增大，在用直尺测量这些

点间的距离时，误差较小，因此A正确；在实验中，如果小车运动的加速度过小，那么打出的点就过密，长度测量的误差较大，因此小车的加速度应适当大些，而使小车加速度增大的常见方法是，适当增加挂在细绳下钩码的个数，以增大拉力，故B项错，D项对；为了减小长度测量的误差，应舍去纸带上过于密集和点迹不清晰的点，因此C项正确。

(2)由于每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点间的时间间隔T＝0.1 s，设相邻计数点O、A、B、C、D、E、F之间的距离分别为x1、x2、x3、x4、x5、x6，小车的加速度由逐差法有：a＝x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x3，即a9T2xCF－xOC＝9T2＝0.75 m/s2。根据匀变速直线运动中某段时间内中间时刻的瞬时速度xCE等于该过程中的平均速度，可以求出打D点时纸带的瞬时速度大小：vD＝2T＝0.40 m/s。由于Δx＝aT2＝0.75 cm，所以xFG＝xEF＋Δx＝5.15 cm＋0.75 cm＝5.90 cm。

答案

(1)ACD

(2)0.75 m/s2

0.40 m/s

5.90 cm