學生實驗二（A）使用打點計時器研究加速度與力和質量的關系[實驗目的][實驗器材][實驗原理][實驗步驟][實驗結論][注意事項][思考題]

3．學習用控制變量的方法研究物理規律。

打點計時器、學生電源、導線、紙帶、復寫紙、刻度尺、滑板、小車各一個，砝碼若干。

[實驗目的]

1．用打點計時器測量物體運動的瞬時速度和加速度；

2．用打點計時器研究加速度與作用力、質量的關系；

[實驗器材]用砝碼拖動小車在滑板上運動，用打點計時器測出小車的加速度，從而研究加速度與力和質量的關系。打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器，工作電壓為4～6V。當電源的頻率是50Hz時，它每隔0.02s打一個點，其構造如下圖所示。

[實驗原理]在紙帶上從某點開始，每隔5個間距且連續的點分別標記為0、1、2、3…等計數點，如下圖所示，則相鄰兩個計數點之間的時間為t＝0.02s×5＝0.1s。通電前，先在打點計時器上裝上紙帶，并把復寫紙片壓在紙帶上。然后把線圈與50Hz、4～6V的交流電源接通，振片振動起來。每0.02s振針壓打復寫紙一次，若紙帶此時在復寫紙下通過，將在紙帶上打出一系列小點，相鄰兩點間的時間間隔是0.02s。我們對紙帶上這些點之間的距離進行測量，就可以定量地研究物體的運動規律。

……小車的加速度：

……設小車做勻加速直線運動，加速度為a，相應于0、1、2、3…各點的瞬時速度分別為v0、vl、v2、v3…在各計數點間的位移分別為s1、s2、s3…根據勻變速直線運動的規律，可以這樣來計算各點的瞬時速度：

1．將滑板放在桌上，使滑輪伸出桌面。把打點計時器固定在滑板另一端，連接好電路。將穿過打點計時器的紙帶固定在小車上。

[實驗步驟]

2．將滑板在桌面內的一端略微墊高一些，用以平衡摩擦力。接通打點計時器的開關，用手輕推小車，使打點計時器在紙帶上打下一系列小點。檢查小點分布，調節滑板所墊高度，直至輕推小車，打點計時器能在紙帶上打下間隔均勻的一系列小點。

3．將細線一端拴在小車上，經過滑輪后另一端掛上一個鉤碼。將另一個鉤碼放在小車上，使其與小車一起運動。接通打點計時器的開關，讓小車在一個鉤碼的重力作用下做勻加速直線運動，獲得一條打點紙帶。對紙帶進行處理、測量，詢問老師實驗小車、鉤碼的質量，將數據填入表中。計算結果，完成實驗表2-1

。實驗表2-1用一個鉤碼拉小車

拉力F1＝________N，小車和兩個鉤碼的質量m1=_______kg相鄰兩個計數點之間的時間t

=_______ss/ma1/（m·s-2）Δa1/（m·s-2）

δa1/（%）

4．將另一個鉤碼從小車上取下，也掛在細線上。接通打點計時器的開關，讓小車在兩個鉤碼的重力作用下做勻加速直線運動，再獲得一條打點紙帶。對紙帶進行處理、測量，將相關數據填入表中。計算結果，完成實驗表2-2

。s/ma2/（m·s-2）Δa2/（m·s-2）

δa2/（%）

實驗表2-2用兩個鉤碼拉小車

拉力F2＝________N，小車和兩個鉤碼的質量m2=________kg相鄰兩個計數點之間的時間t

=_______s

5．在小車上增加質量與小車相近的砝碼，將兩個鉤碼掛在細線上。接通打點計時器的開關，讓小車及其上的砝碼在兩個鉤碼的重力作用下做勻加速直線運動，再獲得一條打點紙帶。對紙帶進行處理、測量，將相關數據填入表中。計算結果，完成實驗表2-3

。實驗表2-3用兩個鉤碼拉增加質量的小車

拉力F3＝______N，小車、砝碼和兩個鉤碼的質量m3=_____kg相鄰兩個計數點之間的時間t

=_______ss/ma3/（m·s-2）Δa3/（m·s-2）Δa3/（%）

［實驗結論］

1．實驗表2-1與實驗表2-2的比較：實驗表2-1m1=F1＝a1＝實驗表2-2m2=F2＝a2＝

結論：

2．實驗表2-2與實驗表2-3的比較：

結論：實驗表2-2F2＝m2=a2＝m2a2＝實驗表2-3F3＝m3=a3＝m3a3＝

1．學生電源要給打點計時器提供適當的工作電壓；

2．打點計時器在滑板上的位置要放正，以便紙帶能順暢地通過；

3．紙帶要壓在復寫紙下面，并且復寫紙能順暢地繞定軸轉動；

4．要平衡摩擦力，使小車能在無拉力作用下做勻速直線運動；

[注意事項]

5．鉤碼的質量要遠小于小車的質量；

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