第4讲 实验：研究匀变速直线运动
一、实验目的
1．练习使用打点计时器，学会用打点的纸带研究物体的运动。
2．掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法。
3．会利用纸带测定匀变速直线运动的加速度。
二、实验原理
1．打点计时器
(1)作用：计时仪器，每隔0．02 s打一次点。
(2)
(3)纸带上点的意义
①表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置。
②通过研究纸带上各点之间的间隔，可以判断物体的运动情况。
2．利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法
设x1、x2、x3…为纸带上相邻两个计数点之间的距离，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…＝常数，即连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量，则与纸带相连的物体做匀变速直线运动。
3．由纸带计算某点的瞬时速度
根据匀变速直线运动某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度vn＝来计算。
4．由纸带求物体运动加速度的方法
(1)逐差法：根据x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2，求a1、a2、a3，再算出a1、a2、a3的平均值即为我们所求的匀变速直线运动物体的加速度。
设T为相邻两计数点之间的时间间隔，则a1＝，a2＝，a3＝，加速度的平均值为a＝。
“逐差法”求加速度的目的是尽可能多地使用我们测量的数据x1、x2、x3…以减小偶然误差。
(2)用v－t图象求加速度：根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，即vn＝，求出打各个计数点时纸带的瞬时速度，再作出v－t图象，图线的斜率即为做匀变速直线运动物体的加速度。
三、实验器材
电火花计时器或电磁打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸。
四、实验步骤
1．把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上，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的一端，连接好电路，如图所示。
2．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，细绳与木板平行并在绳的另一端挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器(纸带要放在复写纸下面)，并把纸带的一端固定在小车的后面。
3．把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点。取下纸带，换上新纸带，重复实验三次。
4．从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头一些比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点，为了测量方便和减少误差，通常不用每打一次点的时间作为时间的单位，而用每打五次点的时间作为时间的单位，就是T＝0．1_s，在选好的开始点下标明A，依次标为B、C、D、E…(这些点叫做计数点)。
5．一般要测出六段位移x1、x2、x3、x4、x5、x6。
6．根据测量结果，利用“实验原理”中给出的公式算出加速度a1、a2、a3的值，(注意T＝0．1 s)求出a1、a2、a3的平均值，就是小车做匀变速直线运动的加速度。
五、误差分析
1．纸带上计数点间距测量有偶然误差，故要多测几组数据，以尽量减小误差。
2．纸带运动时摩擦不均匀，打点不稳定引起测量误差，所以安装时纸带、细绳要与长木板平行，同时选择符合要求的交流电源的电压及频率。
3．用作图法作出的v－t图象并不是一条直线。为此在描点时最好用坐标纸，在纵、横轴上选取合适的单位，用细铅笔认真描点。
