實驗名稱
探索汽車速度隨時間變化的規律
實驗目標和要求
1. 進一步練習使用點計時器;
2、能夠利用平均速度求解瞬時速度;
3. 能夠利用VT圖像處理實驗數據變速直線運動,并據此判斷物體運動的性質。
實驗原理
1、利用點計時器打印的紙帶上的信息,中間點的瞬時速度約等于相鄰兩點之間的平均速度變速直線運動,從而計算出瞬時速度。
2、用點追蹤法對汽車做vt圖像,根據圖像的形狀判斷汽車運動的性質,如果得到的圖像是一條傾斜的直線,說明汽車在做勻加速直線運動。
實驗設備
電火花打點定時器(電磁打點定時器)、學生電源、電線、碳粉紙盤(復寫紙)、紙帶、帶滑輪的長木板、手推車、細繩、掛鉤、尺子、坐標紙。
實驗步驟
1、將帶有滑輪的長木板放在實驗桌上,將點鐘計時器固定在木板上,將紙帶穿過點鐘計時器并連接到小車上,再用細繩連接小車,穿過定滑輪后連接到掛鉤上,使小車停在點鐘計時器附近。
注意:滑輪必須突出于桌邊,防止繩子與桌邊摩擦,產生阻力,影響實驗。
2、接通電路,打開點計時器的電源,然后松開小車,讓小車在掛鉤的牽引下移動,點計時器會在紙帶上留下一串圓點,然后立即關閉點計時器。
注意:釋放物體之前必須打開點計時器。
3. 更換紙帶,重復實驗兩次。
4.增加或減少鉤碼,按照上述步驟再進行兩次實驗。
數據處理與分析
1、紙帶的選擇
從三條紙帶中選取一條理想的紙帶,舍棄開頭的一些密集點,在后面方便測量的地方找一個起點,確定計數點。
注:為了便于計算,減少誤差,通常采用連續5個點所花的時間作為時間間隔,即T=5×0.02s=0.1s。
2. 數據收集方法
如圖所示,一般不直接測量兩個計數點之間的距離,而是先測量每個點到第一個點的距離,然后再計算兩個相鄰計數點之間的距離。
3.速度計算方法
每個計數點的瞬時速度都用該點兩側點之間的平均速度來代替。
…
,其中起點左側沒有點,且點0和點1非常接近,因此起點的速度可以近似認為是
。
4. 設計表格并記錄相關數據
將計算出的數據填入下表中
類似地,計算增加或減少鉤重后兩次試驗的速度,并填寫在標有
和
兩條線。
5.制作汽車運動的vt圖像
(1)在坐標紙上建立直角坐標系,橫軸代表時間,縱軸代表速度,根據表格中的數據標繪各點。
(2)畫一條經過盡可能多的點的直線。不在線上的點均勻分布在線的兩邊,偏差大的點忽略。如圖所示。
注意:如果某些點很難落在直線上,則應將它們大致均勻地分布在直線的兩側。這樣圖像會更符合實際規律。
錯誤分析
1、木板粗糙度不一樣,摩擦不均勻。
2、紙帶測量的位移存在誤差,從而計算出的瞬時速度存在誤差。
3. 制作VT圖像時,單位選擇不合適或手工繪制不準確都可能導致錯誤。
注:選擇圓點清晰的紙帶,適當舍棄圓點密集部分,適當選擇計數點(區分計數點與計時點)物理資源網,算出選擇的時間間隔T。為區分計時器打出的計時點和人工選擇的計數點,一般在紙帶上每隔4個點選取一個計數點,即時間間隔為T=5×0.02s。
為了防止吊鉤掉落到地面以及小車與滑輪相撞,在小車到達滑輪之前,應用手按住。
在坐標紙上繪制vt圖像時,要注意坐標軸單位長度的選擇,以便圖像分布在較大的坐標平面上。