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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．加深学习利用纸带求某时刻瞬时速度的方法

3．探究小车速度随时间的变化规律．

4．会用图像法处理数据．

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

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

0.02s

0.02s

记录信息

位移、时间

（1）利用纸带计算瞬时速度；以纸带上某点为中间时刻取一小段位移，用这段位移的平均速度表示这点的瞬时速度

（2）用v-t图像表示小车的运动情况；以速度v为纵轴、时间t为横轴。建立直角坐标系，用描点法画出校车的v-t图像。图线的斜率表示加速度的大小，如果v-t图像是一条倾斜的直线，说明小车的速度均匀变化的。

四、实验步骤

1、如图所示，把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，打点计时器固定在长木板没有滑轮的一端，连接好电路。

2、把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下面挂上适当的钩码，把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端连在小车的后面.

3、把小车停在靠近打点计时器的位置，先接通电源,后释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一行小点，待小车到达滑轮前时止住小车，随后立即关闭电源。

4、换上新纸带，重复操作两次。

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

0

1

2

3

4

5

时间t/s

x/m

v/(m·s－1)

(2)利用求得计数点1、2、3、4的瞬时速度，填入上面的表格中．

(3)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．