实验:打点计时器的使用与研究匀变速直线运动
1.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.
2.实验步骤
(1)按照实验原理图所示实验装置,把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端,接好电源;
(2)把一细绳系 在小车上,细绳绕过滑轮,下端挂合适的钩码,纸带穿过打点计时器,固定在小车后面;
(3)把小车停靠在打点计时器处,接通电源,放开小车;
(4)小车运动一段时间后,断开电源,取下纸带;
(5)换纸带反复做三次, 选择一条比较理想的纸带进行测量分析.
3.数据处理
(1)目的
通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度,确定物体的运动性质等.
2)处理的方法
A.分析物体的运动性质——测量相邻计数点间的距离,计算相邻计数点距离之差,看其是否为常数,从而确 定物体的运动性质.
B. 加速度的计算:一般有两种方法
方法一、利用“逐差法”求加速度
由于物体做匀变速运动,所以满足在连续相等的时间间隔内位移差相等,即Δx=aT2,可得a= 。但利用一个Δx求得的加速度偶然误差太大,为了减小实验中的偶然误差,分析纸带时,纸带上的各段位移最好都用上,方法如下:
(a)如图所示,若为偶数段,设为6段,则,,,然后取平均值,即 或由 直接求得;
(b)若为奇数段,则中间段往往不用,如5段,则不用第三段,则,,然后取平均值,即;或去掉一段变为偶数段由 ;
方法二、先求出第n点时纸带的瞬时速度 (一般要5点以上),然后作出v–t图象,用v–t图象的斜率求物体运动的加速度。
1. 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
2. 依据纸 带判断物体是否做匀变速运动的方法
(1)x1、x2、x3……xn是相邻两计数点间的距离.
(2)Δx是两个连续相等的时间里的位移差:Δx1=x2-x1,Δx2=x3-x2….
(3)T是相邻 两计数点间的时间间隔:T=0.02n(打点计时器的频率为50 Hz,n为两计数点间计时点的间隔数).
(4)Δx=aT2,因为T是恒量,做匀变速直线运动的小车的加速度a也为恒量,所以Δx必然是个恒量.这表明:只要小车做匀加速直线运动,它在任意两个连续相等的时间里的位移之差就一定相等.