实验：研究匀变速直线运动 一、实验目的 1．进一步练习使用打点计时器及利用纸带求瞬时速度。 2．学会用实验研究匀变速直线运动的规律的方法，学会用v-t图象处理实验数据。 二、实验原理 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图象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，用描点法画出小车的v-t图象，图线的倾斜程度表示加速度的大小，如果v-t图象是一条倾斜的直线，说明小车的速度是均匀变化的。 三、实验器材 打点计时器、交流电源、纸带、一端附有滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、坐标纸。 四、实验步骤 1．如图1所示，把一端附有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。 图1 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，并把纸带的另一端固定在小车的后面。 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，随后立即关闭电源。 4．换上新纸带，重复实验三次。 五、数据处理 1．测量并记录数据 (1)从几条纸带中选择一条点迹最清晰的。舍掉开头一些过于密集的点迹，找一个适当的点当作计时起点(0点)，每5个点(相隔0.1 s)取一个计数点进行测量，如图2所示(相邻两点间还有四个点未画出)。标明0、1、2、3、4、…，测量各计数点到0点的距离s，并记录填入表中。 图2 位置编号 0 1 2 3 4 5 t/s s/m v/(m·s－1) (2)分别计算出相邻的两计数点之间的距离s1、s2、s3…。 (3)利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度，即vn＝。例如，图中计数点4的速度v4＝。并将求得的各计数点1、2、3、4、5的瞬时速度，填入上面的表格中。 2．作出v-t图象分析运动规律 (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不计，如图3所示。 图3 (3)观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律。 (4)根据v-t图象求出小车运动的加速度a＝。 六、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．打点完毕，立即关闭电源。 4．选取一条点迹清晰的纸带，适当舍弃点迹密集部分，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等于多少。 5．要逐次测量各段距离，应尽可能地一次测量完毕。 6．在坐标纸上画v-t图象时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图象尽量分布在坐标平面中央。 [例1] 如图4甲所示，用打点计时器记录小车的运动情况。小车开始在水平玻璃板上运动，后来在薄布面上做减速运动。所打出的纸带及相邻两点间的距离(单位：cm)如图乙所示，纸带上相邻两点间对应的时间间隔为0.02 s。试用作图法(v-t图象)求出小车在玻璃板上的运动速度。 图4 [解析] 设对应点1、2、3、4、5的瞬时速度分别为v1、v2、v3、v4、v5，则有 v1＝ cm/s＝75 cm/s＝0.75 m/s， v2＝ cm/s＝65 cm/s＝0.65 m/s， v3＝ cm/s＝55 cm/s＝0.55 m/s， v4＝ cm/s＝45 cm/s＝0.45 m/s， v5＝ cm/s＝35 cm/s＝0.35 m/s， 以速度为纵坐标，以时间为横坐标建立直角坐标系。用描点法作出小车在薄布上做减速运动时的v-t图象。将图象延长，使其与纵轴相交，如图所示。由图象可知，小车做减速运动的初速度为0.85 m/s，即为小车在玻璃板上的运动速度。 [答案] 0.85 m/s [例2] 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 ... ...
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