第一部分:實驗目的
1、了解打點定時器的結構、工作原理及使用方法。
2. 學習用點計時器檢測物體的速度。
3.借助vt圖像,可以分析實驗數據并描述物體的運動。
實驗原理
1.兩種打點定時器的比較
2、檢測平均速度:根據v=ΔxΔt,可得到任意兩點之間的平均速度,Δx是紙帶上兩點之間的位移,借助標尺檢測,Δt是兩點之間的時間間隔這兩點。
3、瞬時速度檢測:運動物體在某一時刻或某一位置(如紙帶上的某一點)的瞬時速度可以簡單地用距離較近的兩點之間的平均速度來表示包括這一點。
實驗設備
電磁打點定時器?或火花定時器?測量平均速度ppt,低壓交流電源? 火花定時器采用220V交流電源,復寫紙?或碳粉紙盤?,數根電線,秤,紙帶,坐標紙。
實驗流程
1. 了解滴答計時器的結構,然后將其安裝到椅子上。
2、用電線將電磁打點定時器的兩個端子與6V低壓交流電源的端子連接起來,讓紙帶穿過兩個限位孔,壓在碳紙下面(或接電火花定時器(220V AC) 連接電源,穿紙帶,壓在墨粉盒紙盤下方)。
3、打開電源開關,用手水平移動紙帶,紙帶上會打印出一行小點,然后立即關閉電源。
4. 重復步驟(2)和(3),得到3~5條紙帶。
5、選擇一條痕跡清晰的紙帶進行分析,向前數n個點,n個點之間的間隔為n-1,紙帶從第一個點到第n個點的運動時間為Δt= 0.02(n-1 )s。
6. 使用標尺檢測第一個點和第n個點之間的位移Δx。
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磁帶平均速度和瞬時速度的實驗檢測PPT,第二部分:數據處理
1.檢測磁帶平均速度
從擊中第一個點到擊中第n點,磁帶的移動時間為Δt=0.02(n-1)s,磁帶的位移為Δx,磁帶的平均速度為v=ΔxΔt。 將測試和估計的結果填入表中。
2. 點定時器瞬時速率檢測
(1) 選擇有清晰點的紙帶進行分析。
(2)從某個只能清晰識別的點開始,每四個點取一個計數點,每兩個計數點之間的時間間隔為T=5×0.02s=0.1s。 如圖所示,在紙帶上用 O、A、B、C、D...標記這些“計數點”。
用標尺依次測量OA、OB、OC、OD、...的距離,分別是s1、s2、s3、s4、...,然后用x1=s1、x2=s2-s1、x3 =s3-s2, x4=s4- s3, ... 確定 OA、AB、BC、CD、... 之間的位移 x1、x2、x3、x4、...
(3)運動物體在A、B、C、D……處的瞬時速度分別為vA=x1+x22T,vB=x2+x32T,vC=x3+x42T,vD=x4+x52T,。 ..
3.用vt圖像描述物體的速度
(1) 構建以速度v為橫軸、時間t為縱軸的笛卡爾坐標系。
(2)根據不同時刻的瞬時速度值在坐標系中繪制點。
(3) 將這些點用平滑曲線連接起來,得到v·Mt圖像,如圖所示。
偏差分析
1. 用平均速度代替運動物體在某個計數點的瞬時速度會引入系統偏差。 為了減少偏差,應取以計數點為中心的較小位移Δx來獲得平均速度。
2、分段檢測計數點之間的位移會帶來偏差。 減少這種偏差的方法是完成一次檢測,即一次性測量每個計數點到初始計數點O的距離,然后分別估計每個計數點之間的位移。
3、畫圖時,畫點、連接線出現意外偏差。 為了減少偏差,應選擇合適的坐標單位并借助坐標紙繪制。
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紙帶平均速度和瞬時速度的實驗檢測PPT,第三部分:學習測試點
測試點1 實驗原理及操作
【實施例1】“打點計時器測速”實驗研究:
(1)【多選】實驗中除電磁打點計時器(包括紙帶、復寫紙)、手推車、一端帶有定滑輪的長木板、電線、開關外,下列儀器設備中:必須使用以下內容: . (填寫選項代碼)
A、電流合適的50Hz低壓交流電源
B.電流可調的直流電源
C.規模
D.秒表
E.平衡
(2)【多選】為了減少實驗偏差測量平均速度ppt,下列哪種方法是正確的。
A.選擇合適的n點作為計數點
B.使卡車盡可能慢地移動
C、放棄紙帶上的密集點,僅使用點清晰且點間距適當的部分進行檢測和計算
D.選擇一塊各處平整度和光滑度相同的長木板做實驗
E.實驗過程中盡量讓小車遠離計時器,松開小車再打開電源
測試點2 數據處理及偏差分析
【典型例2】如圖所示,是頻率為50Hz的打點定時器打印的紙帶。 0、1、2、3、4、5、6 為 7 個計數點,每兩個相鄰計數點之間還有 4 個計時點未繪制,每個計數點到 0 點的測量距離已標記在圖形上,計算各計數點的瞬時速度并繪制vt圖像。
【分析】1點是0和2之間的中間時刻,0和2之間的平均速度可以認為是1點的瞬時速度。 同理,也可以計算出2、3、4、5點的瞬時速度。 不方便計算0、6兩點的瞬時速度,然后畫圖,并注意相鄰計數點之間的時間間隔T=0.1s。 將各周期的平均速度視為中間時刻的瞬時速度:v1=0.195m/s; v2=0.40m/s; v3=0.61m/s; v4=0.69m/s; v5=0.70m/s,則以O點為坐標原點構造直角坐標系。 橫坐標表示時間,縱坐標表示速度。 在直角坐標系中畫出點,然后連接直線即可得到如圖所示的v.Mt圖像。
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