纸带法实验及其数据处理
【方法概述】
1.根据纸带判断物体的运动情况
(1)如果纸带上的点间隔均匀,说明物体做匀速直线运动,如果s为相邻两点间距,T为打点的周期,则匀速直线运动的速度v=s1T。
(2)设相邻点间距分别为s1、s2、s3……若s2-s1=s3-s2=s4-s3=……=sn+1-sn=Δs,则说明物体做匀变速直线运动。
2.求打下某一点时纸带运动的瞬时速度 如图1所示:已知物体做匀变速直线运动,欲求打下第n个点时纸带的瞬时速度,由(n-1)点到(n+1)点这段时间的中间时刻恰好为打下n点的时刻,可知打下n点时的瞬时速度应等于这段时间内的平均速度,即 vn=v=sn+sn+112T
3.根据纸带上的点求匀变速直线运动的加速度 (1)原理一物体以加速度A做匀变速直线运动,在任意两个连续相等的时间间隔(T)内的位移(sn和sn+1)之差Δs是一个常数,即Δs=sn+1-sn=aT2。故测出纸带上各相邻点的间距后,可利用求解。也可
用sM-sN=(M-N)aT2 求a。 (2)求解方法:
(a)“逐差法”求解s4-s1=s5-s2=s6-s3=3aT2,分别求出a1=s4-s113T2,a2=s5-s213T2,a3=s6-s313T2。然后取平均值,即a=a1+a2+a313为物体运动的加速度。
(b)v-t图象法先根据求出打第n个点时的瞬时速度,作出v-t图象,图线的斜率即为物体运动的加速度。①求出v1=s1+s212T,v2=s2+s312T,v3=s3+s412T,v4=s4+s512T,v5=s5+s612T。②作出v-t图象如下图。③图3中的斜率即为物体的加速度,即a=Δv1ΔT。
【分级例题】基本题
例1如4图所示的四条纸带,是某同学练习使用打点计时器得到的纸带(纸带的左端先通过打点计时器).从点迹的分布情况可以断定:纸带 是匀速通过打点计时器的,纸带是越走越快的,纸带是开始越走越快,后来又越走越慢的.若所用电源的频率是50 Hz,图中D纸带,从A点通过计时器到B点通过计时器,历时s,位移为 m,这段时间内纸带运动的平均速度是m/s,BC段的平均速度是 m/s,AD段的平均速度是m/s。
思路点拨利用平均速度公式v=Δx1Δt求解。 解析速度是单位时间内物体所通过的位移.纸带上每相邻两点间的时间间隔相等,因此物体匀速运动。所以A、C纸带匀速通过打点计时器;B纸带相邻两点间距离越来越大,则速度越来越大,因此B纸带越来越快地通过打点计时器的;D纸带相邻两点间的距离先变大,后变小,说明速度先变大后变小,因此D纸带是开始越来越快,后来又越来越慢.所用电源的频率是50 Hz,则相邻两点间的时间间隔为0。02 s,从A点到B点有两段时间间隔,所以时间为0。04 s,位移为0。27 m,这段时间的平均速度v=Δx1Δt,代入数值得平均速度为6。75 m/s。BC段的位移为22 cm,即0。22 m,所用时间为0。02 s,代入上式得平均速度为11 m/s。而AD段的位移为63 cm,即0。63 m,所用时间为0。08 s,代入上式得平均速度为7。88 m/s。 答案A,C,B,D,0。04,0。27,6。75,11,7。88。 提高题
例2在测定匀变速直线运动的加速度的实验中,用打点计时器记录纸带运动的时间,计时器所用电源的频率为50 Hz,如图5所示为小车带动的纸带上记录的一些点,在每相邻的两点中间都有四个点未画出。
按时间顺序取0、1、2、3、4、5六个点,用米尺量出1、2、3、5点到0点的距离如图1所示。试求:(1)小车做什么运动?
(2)当打第3个计数点时,小车的速度为多少? (3)若小车做匀变速直线运动,小车的加速度为多少?