第第第第二二二二章章章章第第第第1 1 1 1节节节节实验理论指导实验理论指导实验理论指导实验理论指导典题案例导析典题案例导析典题案例导析典题案例导析知能演练提升知能演练提升知能演练提升知能演练提升题型一题型一题型一题型一题型二题型二题型二题型二题型三题型三题型三题型三 一、实验目的一、实验目的(1)进一步练习使用打点计时器及利用纸带求速度。进一步练习使用打点计时器及利用纸带求速度。(2)学会利用实验数据计算各点瞬时速度的方法。学会利用实验数据计算各点瞬时速度的方法。(3)学会用图像法处理实验数据。并能根据学会用图像法处理实验数据。并能根据vt图像描述图像描述小车运动速度随时间的变化规律。小车运动速度随时间的变化规律。二、实验原理二、实验原理利用打点计时器打出的纸带上记录的数据，计算出各利用打点计时器打出的纸带上记录的数据，计算出各时刻的速度，再作出速度时刻的速度，再作出速度时间的关系图像。时间的关系图像。(1)某点的瞬时速度等于以它为中间时刻的一小段时间某点的瞬时速度等于以它为中间时刻的一小段时间内的平均速度。内的平均速度。(2)若若vt图像为一倾斜直线，则物体做匀变速直线运动图像为一倾斜直线，则物体做匀变速直线运动，图线的斜率表示加速度。，图线的斜率表示加速度。三、实验器材三、实验器材打点计时器、学生电源、复写纸、纸带、导线、一端带有打点计时器、学生电源、复写纸、纸带、导线、一端带有滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、坐标纸。滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、坐标纸。四、实验步骤四、实验步骤(1)如图如图211所示，把附有滑轮的长木板放在实验桌上，所示，把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路。的一端，连接好电路。图图 2 21 11 1(2)(2)把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，放手后，看小车能否在木板上平边挂上合适的钩码，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行，然后把纸带穿过打点计时器，并把纸稳地加速滑行，然后把纸带穿过打点计时器，并把纸带的另一端固定在小车后面。带的另一端固定在小车后面。(3)(3)把小车停在打点计时器处，先接通电源，后释把小车停在打点计时器处，先接通电源，后释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列小点，换上新纸带，重复实验三次。上打下一系列小点，换上新纸带，重复实验三次。五、数据处理五、数据处理1 1表格法表格法(1)(1)从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个开始点，作为计数始点，以后依次每五个点取一个计数开始点，作为计数始点，以后依次每五个点取一个计数点，并标明点，并标明0 0、1 1、2 2、3 3、4 4，测量各计数点到，测量各计数点到0 0点的距点的距离离x x，并记录填入表中。，并记录填入表中。位置编号位置编号012345时间时间t/sx/mv/(ms1)(2)分别计算出与所求点相邻的两计数点之间的距离分别计算出与所求点相邻的两计数点之间的距离x1、x2、x3。(3)利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点刻的瞬时速度求得各计数点1、2、3、4、5的瞬时速度，的瞬时速度，填入上面的表格中。填入上面的表格中。(4)根据表格的数据，分析速度随时间怎么变化。根据表格的数据，分析速度随时间怎么变化。图图 2122图像法图像法(1)在坐标纸上建立直角坐标系，横在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，并根据表格轴表示时间，纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系中描点。中的数据在坐标系中描点。(2)画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不计，如图计，如图212所示。所示。(3)观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律。规律。六、注意事项六、注意事项(1)安装打点计时器时，应尽量使纸带、小车、细线和安装打点计时器时，应尽量使纸带、小车、细线和定滑轮上边缘在一条直线上。定滑轮上边缘在一条直线上。(2)牵引小车的钩码质量要适宜。如果质量过大，纸带牵引小车的钩码质量要适宜。如果质量过大，纸带上打出的计时点太少；如果质量过小，打出的点过于密集，上打出的计时点太少；如果质量过小，打出的点过于密集，不便于测量距离。不便于测量距离。(3)实验前应让小车停在靠近打点计时器的位置，这样实验前应让小车停在靠近打点计时器的位置，这样可以最大限度地利用纸带的有限长度。可以最大限度地利用纸带的有限长度。(4)实验时应先启动打点计时器，待其工作稳定后再实验时应先启动打点计时器，待其工作稳定后再释放小车。释放小车。(5)要避免小车和滑轮相碰，当小车到达滑轮前要及要避免小车和滑轮相碰，当小车到达滑轮前要及时用手按住小车。时用手按住小车。(6)打完一条纸带要立即关闭电源，以避免打点计时打完一条纸带要立即关闭电源，以避免打点计时器线圈过热而损坏。器线圈过热而损坏。七、误差分析七、误差分析(1)木板的粗糙程度不同，摩擦不均匀。木板的粗糙程度不同，摩擦不均匀。(2)根据纸带测量的位移有误差，从而计算出的瞬根据纸带测量的位移有误差，从而计算出的瞬时速度有误差。时速度有误差。(3)作作vt图像时单位选择不合适或人为作图不准确图像时单位选择不合适或人为作图不准确带来误差。带来误差。 例例11在在“探究小车速度随时间变化的规律探究小车速度随时间变化的规律”的的实验中，某同学操作中有以下实验步骤，其中错误或遗实验中，某同学操作中有以下实验步骤，其中错误或遗漏的步骤有漏的步骤有( (遗漏步骤可编上序号遗漏步骤可编上序号F F、G G) )A A将小车移至靠近打点计时器处，先放开小车，将小车移至靠近打点计时器处，先放开小车，再接通电源再接通电源B B将打点计时器固定在平板上，并连接好电路将打点计时器固定在平板上，并连接好电路C C把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂适当的钩码面挂适当的钩码D D取下纸带取下纸带E E将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔限位孔将以上步骤完善后写出合理的实验步骤顺序。将以上步骤完善后写出合理的实验步骤顺序。解析解析在在“探究小车速度随时间变化的规律探究小车速度随时间变化的规律”的的实验中，要先接通电源，再放开纸带，在取下纸带实验中，要先接通电源，再放开纸带，在取下纸带前要先断开电源，为减少误差，应重复两次，即再前要先断开电源，为减少误差，应重复两次，即再打两条纸带。打两条纸带。答案答案A中应先接通电源，再放纸带。中应先接通电源，再放纸带。D中取下纸带前应先断开电源。中取下纸带前应先断开电源。补充步骤补充步骤F：换上新纸带，重复两次。：换上新纸带，重复两次。步骤顺序为：步骤顺序为：BCEADF。例例2在在“探究小车速度随时间变化的规律探究小车速度随时间变化的规律”的实的实验中，如图验中，如图213所示为一次记录小车运动情况的所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，为相邻的计数点，(A点点为第一个点为第一个点)相邻计数点间的时间间隔相邻计数点间的时间间隔T0.1 s。图图213图图214(1)根据根据_计算各点瞬计算各点瞬时速度，且时速度，且vD_ m/s，vC_ m/s，vB_ m/s。(2)在如图在如图214所示坐标系中画所示坐标系中画出小车的出小车的vt图线，并根据图线求出图线，并根据图线求出a_。(3)将图线延长与纵轴相交，交点的将图线延长与纵轴相交，交点的速度的物理意义是速度的物理意义是_。答案答案(1)某段时间内的平均速度等于中间某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度时刻的瞬时速度3.902.641.38(2)vt图线见解析图线见解析12.6 m/s2(3)表示零时刻小车经过表示零时刻小车经过A点的速度大小点的速度大小 例例3在用打点计时器在用打点计时器“研究物体的速度随时间的变研究物体的速度随时间的变化规律化规律”的实验中，某同学将打点计时器打出的三条纸带，的实验中，某同学将打点计时器打出的三条纸带，分别以间隔相同点迹的方式依次剪成短纸条，按先后顺分别以间隔相同点迹的方式依次剪成短纸条，按先后顺序一端对齐粘贴在一起。然后用平滑线段将各段纸带顶序一端对齐粘贴在一起。然后用平滑线段将各段纸带顶端的中点连起来，形成图端的中点连起来，形成图215，则根据纸带的特点即，则根据纸带的特点即可研究物体的速度随时间的变化规律。以下说法正确的可研究物体的速度随时间的变化规律。以下说法正确的是是 ()图图215A图甲表示物体处于静止图甲表示物体处于静止B图乙表示物体做匀速直线运动图乙表示物体做匀速直线运动C图乙表示物体的速度随时间均匀增加图乙表示物体的速度随时间均匀增加D图丙表示物体的速度先随时间均匀增加，后保持不变图丙表示物体的速度先随时间均匀增加，后保持不变答案答案CD