实验名称
检测纸带的平均速率和瞬时速率
实验目的与要求
学会安装和使用打点计时器;
学会检测纸带、制表和记录数据;
把握检测平均速率与瞬时速率的方式,会用纸带求出平均速率与瞬时速率。
实验原理
平均速率的原理:图1是打点计时器打出的一条纸带示意图。倘若估算实验时运动的纸带在D、G两点间的平均速率v,只需测出D、G间的位移Δx和所用的时间Δt测量平均速度教案,就可以算出平均速率
。
图一
瞬时速率的原理:E点在D、G两点之间,D、G两点间的平均速率我们可以求出。若果不要求很精确,用这个平均速率简略地代表E点的瞬时速率,也未尝不可。不过,假如把包含E点在内的间隔取得小一些,比如取图2中的DF线段,这么经过D、F两点所用的时间Δt都会变短,用两点间的位移Δx和时间Δt算出的平均速率代表纸带在E点的瞬时速率,才会精确一些。D、F两点离E点越近,算出的平均速率越接近E点的瞬时速率。
说明:D、F两点宽度离过小,检测偏差会减小。所以,实际检测中要按照须要及所用仪器的情况,在要检测的点附近选定合适的位移和时间。请考虑此实验中形成偏差的诱因。
图二
实验器材
电磁打点计时器(或电火花打点计时器)、学生电源(电磁打点计时器使用8v交流电源,电火花打点计时器使用220v交流电源)、纸带、复写纸(或碳粉盘)、导线、直尺、坐标纸等。
实验步骤
把电磁打点计时器(或电火花打点计时器)固定在椅子上测量平均速度教案,将纸带穿过限位孔,把复写纸(墨盒盘)套在定位轴上并压在纸带前面。
把电磁打点计时器的接线柱用导线联接到8v的低压交流电源上(电火花打点计时器直接将插座插入220v插头中)。
先接通电源,之后用手水平带动纸带使其在水平方向上运动,此后关掉电源;观察点迹是否清晰,如不清晰调整打点计时器,重复上述步骤,直到打出清晰的点迹为止。多做几组,得到起码三条点迹清晰的纸带。
取出一条纸带,从能看得清的某点开始,往前数出若干个点,假若共有n个点,这么这n个点的间隔数共有(n-1)个,则纸带的运动时间为
5.每隔0.1s(或更短)估算一次平均速率。
(1)在图1中选定纸带上一点为起始点0,前面每5个点取一个计数点,分别用数字1,2,3,…标出那些计数点;
(2)检测各计数点到起始点0的距离x,记录在表1中;
(3)估算两相邻计数点间的位移Δx,同时记录对应的时间Δt;
(4)按照Δx和Δt估算纸带在相邻计数点间的平均速率v。
表一
6.每隔0.06s估算一次瞬时速率。
(1)在图2中从纸带起始点0算起,前面每3个点取一个计数点。
(2)检测各计数点到起始点0的距离x,记录在表2中。
(3)估算两相邻计数点间的位移Δx,同时记录对应的时间Δt。
(4)按照Δx和Δt算出的速率值就可以代表在Δx这一区间内任意一点的瞬时速率。将算出的各计数点的速率值记录在表2中。
表2
数据处理与剖析
按照表格中最终得到的瞬时速率值,在座标纸上构建直角座标系,以时间为纵轴,速率为横轴。将数据以座标点的方式标明下来。得到速率—时间图象(v-t图),具体剖析物体运动的规律(具体内容我们下节再讲)。
说明:图象法是处理实验数据的常用方式,有许多优点。可以使化学规律直观易懂;可以减少偏差;可以便捷得获得个别未经检测或则难以检测的数据。
偏差剖析
实验过程中存在着系统偏差和碰巧偏差。
使用电磁打点计时器时磨擦的问题;
带动纸带是否顺着水平方向;
检测计数点间位移的时侯,应当以第一个计数点为0点一次性测出每位计数点到该点的距离,之后用物理估算算出每两个计数点之间的距离,这样可以降低碰巧偏差;
估算瞬时速率的原理本身就不是精确估算;
在座标纸上构建座标轴时,单位宽度选择要合理,画图要仔细。