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  4. 打点计时器实验:探究小车速度随时间变化的规律

在“研究匀变速直线运动”的实验中:(1)下列方法不能减少实验误差的是______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

一、题文

在“研究匀变速直线运动”的实验中:
(1)下列方法不能减少实验误差的是______
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)如图所示是一次实验得到的一条纸带,纸带上每相邻的两计数点间时间间隔为T=0.1S,按时间顺序取0、1、2、3、4、5、6七个计数点,用刻度尺量出1、2、3、4、5、6点到0点的距离分别为1.40cm、3.55cm、6.45cm、10.15cm、14.55cm、19.70cm.由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度大小为v4=______ m/s,小车的加速度大小a=______m/s2.(结果均保留三位有效数字)
 

考点提示:打点计时器,实验:探究小车速度随时间变化的规律

二、答案

(1)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,这样每个时间对应一个较大的位移,测量时减小测量误差.故A正确.
B:小车运动的加速度尽量小些,这样点迹密集,每个时间对应一个的位移小,不利于减小测量误差.故B错误.
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,可以减小测量误差.故C正确.
D:适当增加挂在细绳下钩码的个数,既可以打出足够多点,又可以让位移尽量大,利于减小误差.故D正确.
(2)点4对应的速度可以用点3到点5之间的平均速度替代.
设:点3到点5之间的位移为x:则x=14.55cm-6.45cm=8.1cm=0.81m
点3到点5之间的时间为:t=2×0.1=0.2s
所以:v4=
x
t
=
0.081
0.2
=0.405m/s
设:点0到点3的位移为x1,点3到点6的位移为x2,则:x1=6.45cm=0.0645m;x2=19.70-6.45=13.25cm=0.1325m
由匀变速运动的推论:x2-x1=aT2,其中T为发生x1或x2这个位移所用的时间,即:T=3×0.1=0.3s
代入数据得:
0.1325-0.0645=a×0.32解得:
a=0.756m/s2
故答案为:
(1)B
(2)0.405;0.756

三、考点梳理

知名教师分析,《在“研究匀变速直线运动”的实验中:(1)下列方法不能减少实验误差的是______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》这道题主要考你对 打点计时器实验:探究小车速度随时间变化的规律 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:打点计时器,实验:探究小车速度随时间变化的规律

考点名称:打点计时器
  • 1、打点计时器:
    是一种测量时间的工具。如果运动物体带动的纸带通过打点计时器,在纸带上打下的点就记录了物体运动的时间,纸带上的点也相应的表示出了运动物体在不同时刻的位置。研究纸带上的各点间的间隔,就可分析物体的运动状况。

    2、电磁打点计时器:
    是一种记录运动物体在一定时间内发生的位移的计时仪器,它使用交流电源,由学生电源供电,工作电压在6V以下,当电源的频率是50Hz时,它每隔0.02s打一个点,通电前把纸带穿过限位孔,再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面,接通电源后,在线圈和永久磁铁的作用下,振片便振动起来,带动其上的振针上下振动。这时,如果纸带运动,振针就通过复写纸在纸带上留下一行小点。如果把纸带跟运动的物体连在一起,即由物体带动纸带一起运动,纸带上各点之间的距离就表示相应时间间隔中物体的位移。


    3、电火花计时器的原理与电磁打点计时器:
    电火花计时器的原理与电磁打点计时器类似,这种计时器工作时,纸带运动受到的阻力比较小,实验误差也就比较小。


  • 打点计时器:

    (1)作用:计时仪器,当电源频率为50Hz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电火花打点计时器: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。

     

    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v1、v2、v3、v4、…,若v2-v1=v3-v2=v4-v3=…,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a====…

    (2)沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移分别为x1,x2,x3,x4…,若Δx=x2-x1=x3-x2=x4-x3=…,则说明物体在做匀变速直线运动,且Δx=.aT2

    速度、加速度的求解方法:

    (1)即vn,如图所示:

    (2)由纸带求物体运动的加速度
    ①逐差法:即根据x4-x1=x5-x2=x6-x3=3aT2(T为相邻两计数点间的时间间隔),求出a1、a2、a3,再算出a1、a2、a3的平均值即为物体运动的加速度:=.
    ②图象法:即先根据vn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。

     

     

     

     

考点名称:实验:探究小车速度随时间变化的规律
  • 实验目的:
    1、练习使用打点计时器,学习利用打上点的纸带研究物体的运动。
    2、学习用打点计时器测定即时速度和加速度。

    实验原理:
    1、打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器,它每隔0.02s打一次点(由于电源频率是50Hz),因此纸带上的点就表示了和纸带相连的运动物体在不同时刻的位置,研究纸带上点之间的间隔,就可以了解物体运动的情况。
    2、由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法:如图所示,0、1、2……为时间间隔相等的各计数点,s1、s2、s3、……为相邻两计数点间的距离,若△s=s2-s1=s3-s2=……=恒量,即若连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量,则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动。


    3、由纸带求物体运动加速度的方法:
    ①用“逐差法”求加速度:即根据s4-s1=s5-s2=s6-s3=3aT2(T为相邻两计数点间的时间间隔)求出a1=、a2=、a3=,再算出a1、a2、a3
    ②用v-t图法:即先根据vn=求出打第n点时纸带的瞬时速度,后作出v-t图线,图线的斜率即为物体运动的加速度。

    实验器材:
    小车,细绳,钩码,一端附有定滑轮的长木板,打点计时器,低压交流电源,导线两根,纸带,米尺。

    实验步骤:
    1、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,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,如图所示;


    2、把一条细绳拴在小车上,细绳跨过滑轮,并在细绳的另一端挂上合适的钩码,试放手后,小车能在长木板上平稳地加速滑行一段距离,把纸带穿过打点计时器,并把它的一端固定在小车的后面;
    3、把小车停在靠近打点计时器处,先接通电源,再放开小车,让小车运动,打点计时器就在纸带上打下一系列的点,取下纸带,换上新纸带,重复实验三次;
    4、选择一条比较理想的纸带,舍掉开头的比较密集的点子,确定好计数始点0,标明计数点,正确使用毫米刻度尺测量两点间的距离,用逐差法求出加速度值,最后求其平均值。也可求出各计数点对应的速度,作v-t图线,求得直线的斜率即为物体运动的加速度。

    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0.1mm。
    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。

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