實(shí)驗(yàn)名稱
檢測(cè)紙帶的平均速率和瞬時(shí)速率
實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求
學(xué)會(huì)安裝和使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；
學(xué)會(huì)檢測(cè)紙帶、制表和記錄數(shù)據(jù)；
把握檢測(cè)平均速率與瞬時(shí)速率的方式，會(huì)用紙帶求出平均速率與瞬時(shí)速率。
實(shí)驗(yàn)原理
平均速率的原理：圖1是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條紙帶示意圖。倘若估算實(shí)驗(yàn)時(shí)運(yùn)動(dòng)的紙帶在D、G兩點(diǎn)間的平均速率v，只需測(cè)出D、G間的位移Δx和所用的時(shí)間Δt測(cè)量平均速度教案，就可以算出平均速率
。
圖一
瞬時(shí)速率的原理：E點(diǎn)在D、G兩點(diǎn)之間，D、G兩點(diǎn)間的平均速率我們可以求出。若果不要求很精確，用這個(gè)平均速率簡(jiǎn)略地代表E點(diǎn)的瞬時(shí)速率，也未嘗不可。不過(guò)，假如把包含E點(diǎn)在內(nèi)的間隔取得小一些，比如取圖2中的DF線段，這么經(jīng)過(guò)D、F兩點(diǎn)所用的時(shí)間Δt都會(huì)變短，用兩點(diǎn)間的位移Δx和時(shí)間Δt算出的平均速率代表紙帶在E點(diǎn)的瞬時(shí)速率，才會(huì)精確一些。D、F兩點(diǎn)離E點(diǎn)越近，算出的平均速率越接近E點(diǎn)的瞬時(shí)速率。
說(shuō)明：D、F兩點(diǎn)寬度離過(guò)小，檢測(cè)偏差會(huì)減小。所以，實(shí)際檢測(cè)中要按照須要及所用儀器的情況，在要檢測(cè)的點(diǎn)附近選定合適的位移和時(shí)間。請(qǐng)考慮此實(shí)驗(yàn)中形成偏差的誘因。
圖二
實(shí)驗(yàn)器材
電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（或電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器）、學(xué)生電源（電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用8v交流電源，電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用220v交流電源）、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙（或碳粉盤(pán)）、導(dǎo)線、直尺、坐標(biāo)紙等。
實(shí)驗(yàn)步驟
把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（或電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器）固定在椅子上測(cè)量平均速度教案，將紙帶穿過(guò)限位孔，把復(fù)寫(xiě)紙（墨盒盤(pán)）套在定位軸上并壓在紙帶前面。
把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的接線柱用導(dǎo)線聯(lián)接到8v的低壓交流電源上（電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器直接將插座插入220v插頭中）。
先接通電源，之后用手水平帶動(dòng)紙帶使其在水平方向上運(yùn)動(dòng)，此后關(guān)掉電源；觀察點(diǎn)跡是否清晰，如不清晰調(diào)整打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，重復(fù)上述步驟，直到打出清晰的點(diǎn)跡為止。多做幾組，得到起碼三條點(diǎn)跡清晰的紙帶。
取出一條紙帶，從能看得清的某點(diǎn)開(kāi)始，往前數(shù)出若干個(gè)點(diǎn)，假若共有n個(gè)點(diǎn)，這么這n個(gè)點(diǎn)的間隔數(shù)共有（n-1）個(gè)，則紙帶的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為
5.每隔0.1s（或更短）估算一次平均速率。
（1）在圖1中選定紙帶上一點(diǎn)為起始點(diǎn)0，前面每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，分別用數(shù)字1，2，3，…標(biāo)出那些計(jì)數(shù)點(diǎn)；
（2）檢測(cè)各計(jì)數(shù)點(diǎn)到起始點(diǎn)0的距離x，記錄在表1中；
（3）估算兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移Δx，同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)的時(shí)間Δt；
（4）按照Δx和Δt估算紙帶在相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的平均速率v。
表一
6.每隔0.06s估算一次瞬時(shí)速率。
（1）在圖2中從紙帶起始點(diǎn)0算起，前面每3個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。
（2）檢測(cè)各計(jì)數(shù)點(diǎn)到起始點(diǎn)0的距離x，記錄在表2中。
（3）估算兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移Δx，同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)的時(shí)間Δt。
（4）按照Δx和Δt算出的速率值就可以代表在Δx這一區(qū)間內(nèi)任意一點(diǎn)的瞬時(shí)速率。將算出的各計(jì)數(shù)點(diǎn)的速率值記錄在表2中。
表2
數(shù)據(jù)處理與剖析
按照表格中最終得到的瞬時(shí)速率值，在座標(biāo)紙上構(gòu)建直角座標(biāo)系，以時(shí)間為縱軸，速率為橫軸。將數(shù)據(jù)以座標(biāo)點(diǎn)的方式標(biāo)明下來(lái)。得到速率—時(shí)間圖象（v-t圖），具體剖析物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律（具體內(nèi)容我們下節(jié)再講）。
說(shuō)明：圖象法是處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的常用方式，有許多優(yōu)點(diǎn)。可以使化學(xué)規(guī)律直觀易懂；可以減少偏差；可以便捷得獲得個(gè)別未經(jīng)檢測(cè)或則難以檢測(cè)的數(shù)據(jù)。
偏差剖析
實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在著系統(tǒng)偏差和碰巧偏差。
使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)磨擦的問(wèn)題；
帶動(dòng)紙帶是否順著水平方向；
檢測(cè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間位移的時(shí)侯，應(yīng)當(dāng)以第一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為0點(diǎn)一次性測(cè)出每位計(jì)數(shù)點(diǎn)到該點(diǎn)的距離，之后用物理估算算出每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離，這樣可以降低碰巧偏差；
估算瞬時(shí)速率的原理本身就不是精確估算；
在座標(biāo)紙上構(gòu)建座標(biāo)軸時(shí)，單位寬度選擇要合理，畫(huà)圖要仔細(xì)。