实验名称
探索汽车速度随时间变化的规律
实验目标和要求
1. 进一步练习使用点计时器;
2、能够利用平均速度求解瞬时速度;
3. 能够利用VT图像处理实验数据变速直线运动,并据此判断物体运动的性质。
实验原理
1、利用点计时器打印的纸带上的信息,中间点的瞬时速度约等于相邻两点之间的平均速度变速直线运动,从而计算出瞬时速度。
2、用点追踪法对汽车做vt图像,根据图像的形状判断汽车运动的性质,如果得到的图像是一条倾斜的直线,说明汽车在做匀加速直线运动。
实验设备
电火花打点定时器(电磁打点定时器)、学生电源、电线、碳粉纸盘(复写纸)、纸带、带滑轮的长木板、手推车、细绳、挂钩、尺子、坐标纸。
实验步骤
1、将带有滑轮的长木板放在实验桌上,将点钟计时器固定在木板上,将纸带穿过点钟计时器并连接到小车上,再用细绳连接小车,穿过定滑轮后连接到挂钩上,使小车停在点钟计时器附近。
注意:滑轮必须突出于桌边,防止绳子与桌边摩擦,产生阻力,影响实验。
2、接通电路,打开点计时器的电源,然后松开小车,让小车在挂钩的牵引下移动,点计时器会在纸带上留下一串圆点,然后立即关闭点计时器。
注意:释放物体之前必须打开点计时器。
3. 更换纸带,重复实验两次。
4.增加或减少钩码,按照上述步骤再进行两次实验。
数据处理与分析
1、纸带的选择
从三条纸带中选取一条理想的纸带,舍弃开头的一些密集点,在后面方便测量的地方找一个起点,确定计数点。
注:为了便于计算,减少误差,通常采用连续5个点所花的时间作为时间间隔,即T=5×0.02s=0.1s。
2. 数据收集方法
如图所示,一般不直接测量两个计数点之间的距离,而是先测量每个点到第一个点的距离,然后再计算两个相邻计数点之间的距离。
3.速度计算方法
每个计数点的瞬时速度都用该点两侧点之间的平均速度来代替。
…
,其中起点左侧没有点,且点0和点1非常接近,因此起点的速度可以近似认为是
。
4. 设计表格并记录相关数据
将计算出的数据填入下表中
类似地,计算增加或减少钩重后两次试验的速度,并填写在标有
和
两条线。
5.制作汽车运动的vt图像
(1)在坐标纸上建立直角坐标系,横轴代表时间,纵轴代表速度,根据表格中的数据标绘各点。
(2)画一条经过尽可能多的点的直线。不在线上的点均匀分布在线的两边,偏差大的点忽略。如图所示。
注意:如果某些点很难落在直线上,则应将它们大致均匀地分布在直线的两侧。这样图像会更符合实际规律。
错误分析
1、木板粗糙度不一样,摩擦不均匀。
2、纸带测量的位移存在误差,从而计算出的瞬时速度存在误差。
3. 制作VT图像时,单位选择不合适或手工绘制不准确都可能导致错误。
注:选择圆点清晰的纸带,适当舍弃圆点密集部分,适当选择计数点(区分计数点与计时点)物理资源网,算出选择的时间间隔T。为区分计时器打出的计时点和人工选择的计数点,一般在纸带上每隔4个点选取一个计数点,即时间间隔为T=5×0.02s。
为了防止吊钩掉落到地面以及小车与滑轮相撞,在小车到达滑轮之前,应用手按住。
在坐标纸上绘制vt图像时,要注意坐标轴单位长度的选择,以便图像分布在较大的坐标平面上。