高中 物理 分组实验 进阶难度 运动的描述

研究匀变速直线运动

用打点计时器测速度和加速度

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用电磁打点计时器记录小车在斜面上的运动,通过纸带上的点迹计算瞬时速度和加速度。

配套虚拟仿真:研究匀变速直线运动(虚拟探究)

用电磁打点计时器记录小车在斜面上的运动,通过纸带上的点迹计算瞬时速度和加速度。

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实验目的

  • 学会使用打点计时器并处理纸带。
  • 会用逐差法求加速度。
  • 会用中间时刻速度法求瞬时速度。

实验原理

打点计时器每隔 0.02 s 打下一个点,纸带上的点迹记录了小车在不同时刻的位置。

中间时刻速度法:做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度,即 vₙ = (sₙ + sₙ₊₁) / (2T)。

逐差法:把纸带分成两段,a = [(s₄+s₅+s₆) − (s₁+s₂+s₃)] / (9T²),可以充分利用数据减小偶然误差。

关键公式 / 方程式 vₙ = (sₙ + sₙ₊₁)/(2T),a = Δs / T²

实验器材

电磁打点计时器(或电火花计时器)
纸带
小车、长木板
学生电源(4—6 V 交流)
刻度尺
导线

实验步骤

1

组装装置

把长木板一端垫高形成较小坡度,打点计时器固定在木板无滑轮的一端,纸带穿过限位孔与小车相连。

2

接通电源

先接通电源,待打点稳定后再释放小车,让小车拖着纸带沿斜面下滑。

3

重复打点

换一条纸带重复实验,选取点迹清晰、分布较均匀的一条进行测量。

4

测量数据

从比较清晰的点开始,每 5 个计时间隔取一个计数点(T = 0.1 s),用刻度尺测量各段距离 s₁、s₂…

5

计算分析

用 vₙ = (sₙ + sₙ₊₁)/(2T) 求各计数点的瞬时速度,再用逐差法求加速度,作 v—t 图像验证。

实验现象

纸带上的点迹间距越来越大,说明小车做加速运动。

以 v 为纵轴、t 为横轴描点连线,得到一条倾斜的直线,斜率为加速度。

实验结论

结论

小车沿斜面下滑做匀加速直线运动。用中间时刻速度法可求出各点瞬时速度,用逐差法或 v—t 图像的斜率可求出加速度。

安全提示

请务必遵守以下安全要求

打点计时器使用低压交流电源,不能用直流电源。

先接通电源再放小车,实验结束先断开电源再取下纸带。

电磁打点计时器工作时线圈会发热,不要长时间连续通电。

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