- 实验:用打点计时器测速度
- 共816题
某同学做“测定匀变速直线运动的加速度”实验得到如图甲所示的纸带,该同学按相等的时间间隔取连续的几段位移,从它们的分界点将纸带剪断,将剪得的几段纸带按图乙所示的那样顺序贴在坐标系中,各段紧靠但不重叠,然后可得到一条表示v-t关系的图线,从而求出加速度,试探究分析以下问题:
(1)该同学是怎样从图乙上得到v-t关系图线的?
(2)该同学是怎样根据图示求出加速度的?
正确答案
(1)该同学以速度v (单位取cm/s)为纵坐标,以时间t(单位取×10-1s)为横坐标建立坐标系,由于各段时间的平均速度等于此段时间中间时刻的瞬时速度,每段纸带上端的纵坐标其中△x为各段纸带的长度,故在题中所给图中将每条纸带的上端的中点连接起来,就得出纸带运动的v-t图象,如图所示.
(2)纸带运动的加速度在数值上等于v-t图象的斜率,即。
在“测定斜面上下滑物体的加速度”的实验中,我们要用到运动传感器,运动传感器是由______和______二部分组成的.用运动传感器直接可以测量的物理量是______.从图中可求出物体下滑的加速度的大小是______m/s2.
正确答案
在“测定斜面上下滑物体的加速度”的实验中,我们要用到运动传感器,运动传感器是由发射部分和接收部分二部分组成的.
用运动传感器直接可以测量的物理量位移.
在v-t图象中,图象的斜率表示加速度的大小,由图可知,图象的斜率为k==0.4m/s2,
因此加速度为0.4m/s2,
故答案为:发射部分,接收部分,位移,0.4.
某同学用如图所示的装置研究小车在某种布料上的运动情况。他将长木板置于水平桌面上,将其左端适当垫高,并在长木板的右半部分平整地铺上一块布料,该同学将小车以适当的初速度释放后,用打点计时器记录小车的运动情况。通过反复调整木板左端的高度,他得到一系列打上点的纸带,并最终选择了如图所示的一条纸带(附有刻度尺)进行测量。取打点计时器的电源频率为50Hz,重力加速度g=10m/s2。
(1)请将A、B、C……J各点对应的刻度值,按照正确的读数方法填写在下表内(单位cm)。
(2)根据以上数据可以判断,小车在、两点间做___________运动,在、两点间做___________运动。点对应的小车速度为___________m/s。
(3)该同学测出长木板左端与桌面间的高度差为4cm,木板长度为80cm,则小车在布料上运动时的阻力与在木板上运动时的阻力之比为___________。
正确答案
(1)从到点,刻度依次为13.20,11.38,9.60,7.80,6.00,4.40,3.00,1.80,0.80,0.00
(2)匀速,匀减速直线(或匀减速),0.35
(3)11
(1)电磁式打点计时器是一种使用低压______电源的______仪器,若电源频率是50HZ,则它每隔______S打一个点.
(2)在研究匀变速度直线运动规律的实验中,小车拖着纸带运动,每秒50次的打点计时器打出的纸带如图所示,选出0、1、2、3、4共5个记数点,每相邻两个点间还有4个实验点未画出,则小车在打点计时器打出第3个计数点时的瞬时速度是______m/s,小车的加速度是______m/s2.已测得S1=1.01cm,S2=3.21cm,S3=5.39cm,S4=7.60cm.
正确答案
(1)电磁式打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器,其工作电压小于6V,一般是4~6V,电源的频率是50Hz时,它每隔0.02s打一次点,即一秒打50个点;
(2)平均速度等于中间时刻的瞬时速度,故:v3==
≈0.65m/s
由于相邻的计数点间的位移之差不完全相等,故采用逐差法求解加速度.
小车运动的加速度计算表达式为a=
代入数据得a=2.19m/s2.
故答案为:(1)交流,记时,0.02s;(2)0.50.(2)0.56,2.19.
如图是一辆连有纸带的小车做匀变速直线运动时,打点计时器所打的纸带的一部分,打点频率为50Hz,图中A、B、C、D、E、F…是按时间顺序先后确定的计数点(每两个计数点间有四个实验点未画出)用刻度尺量出AB、DE之同的距离分别是2.40cm和0.84cm,那么小车的加速度大小是______m/s2,若当时电网中交变电流的频率变为60Hz,但该同学并不知道,那么做实验的这个同学测得的物体加速度的测量值与实际值相比是______.(选填:“偏大”、“偏小”或“不变”)
正确答案
①每两个计数点间有四个实验点未画出,所以相邻的计数点之间的时间间隔为0.1s
根据运动学公式得:△x=at2,
a==
=0.52m/s2,
②如果在某次实验中,交流电的频率偏离60Hz,那么实际打点周期变小,
根据运动学公式△x=at2得:真实的加速度值就会偏大,
所以测量的加速度值与真实的加速度值相比是偏小
故答案为:0.52m/s2,偏小
一个小球沿斜面向下运动,现在用s的闪频相机拍摄下的不同时刻的小球所处的位置照片如图所示,测得小球的在连续相等的时间内的位移如下表,则:
(1)小球在相邻的相等时间内的位移差______(填写“相等”或“不相等”),小球的运动性质属于______直线运动.
(2)有甲、乙两个同学计算小球的加速度的方法如下:
甲:a1=,a2=
,a3=
,a=
;
乙:a1=,a2=
,a=
;
撇开本题所给的数据从理论上讲,甲、乙两位同学的计算方法中______(填写“甲,乙”)方法更好,本题中小球的加速度值为______m/s2,求经过A点处速度为______m/s.
正确答案
(1)对于纸带,相邻的相等时间内的位移差相等,可以说明物体做匀变速直线运动
间距逐渐增大,所以小球做 匀加速直线运动.
(2)甲、乙两位同学的计算方法中,乙方法更好.
甲的方法a==
也就是该方法只采用了s4和s1的数据,不利于减小误差.
由逐差法:x3-x1=2a1T2
a1==1.11 m/s2 a2=
=1.095 m/s2
a=≈1.1 m/s2某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度.所以后两段的平均速度等于A点的瞬时速度,
有vA==1.095m/s.
故答案为:(1)相等,匀加速
(2)乙,1.1,1.095.
在做“研究匀变速直线运动”的实验时,为了达到实验的目的,除了有打点计时器、纸带、小车、钩码、细绳、一端附有滑轮的长木板外,还需要的仪器是______.得到一条纸带如图所示. 每隔4个点取1个计数点,A、B、C、D、E、F、G为计数点,x1=1.20cm,x2=1.60cm,x3=1.98cm,x4=2.38cm,x5=2.79cm,x6=3.18cm.
(1)计算运动物体在B、E两点的瞬时速度.vB=______m/s,vE=______m/s;
(2)在下图中作出v-t图象;
(3)试计算运动物体的加速度a=______m/s2(计算时保留两位有效数字).
正确答案
(1)在做“研究匀变速直线运动”的实验时,为了达到实验的目的,除了有打点计时器、纸带、小车、钩码、细绳、一端附有滑轮的长木板外,还需要的仪器是:交流电源、刻度尺、导线.
(2)由于每隔4个点取1个计数点,所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1s,根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度,
得:vB==
m/s=0.14m/s
vE==0.26m/s
同理可以解得各点的瞬时速度,描点连线如图,注意尽量让所有的点落在同一条直线上;如图所示:
(3)根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2可以求出加速度的大小,
得:x4-x1=3a1T2
x5-x2=3a2T2
x6-x3=3a3T2
为了更加准确的求解加速度,我们对三个加速度取平均值
得:a=(a1+a2+a3)
即小车运动的加速度计算表达式为:
a=
a=m/s2=0.40m/s2
故答案为:交流电源、刻度尺、导线,vB=0.14 m/s,vE=0.26 m/s,如图所示,a=0.40 m/s2
(1)在《测定匀变速直线运动的加速度》实验中,纸带的E端与小车连接,得到如图所示的一条纸带.已知打点计时器打点的时间间隔为0.02s,纸带上的各个点均为计数点(相邻两个计数点之间还有四个点图中未画出).用毫米刻度尺测量从某点O(O点图中未画出)到 A、B、C、D、E各点的距离依次是(单位为cm):3.00、3.30、3.80、4.50、5.40.
则实验中小车的加速度大小是______m/s2,加速度方向是从C点指向______(填B或D)点.打点计时器打下C点时小车的速度大小为______m/s.
(2)某同学用如图所示的装置测定重力加速度,
①电火花计时器的工作电压为______,频率为______.
②打出的纸带如图所示,实验时纸带的______端应和重物相连接.(选填“甲”或“乙”)
③由纸带所示数据可算出实验时的加速度为______m/s2.
④当地的重力加速度数值为9.8m/s2,请列出测量值与当地重力加速度的值有差异的一个原因:______.
正确答案
(1)由于计时器打点的时间间隔为0.02s,相邻两个计数点之间还有四个点图中未画出,所以相邻两个计数点之间的时间间隔为0.1s.
根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2可以求出加速度的大小,
得:xCD-xAB=2a1T2,xDE-xBC=2a2T2,为了更加准确的求解加速度,
我们对两个加速度取平均值得:a=(a1+a2),解得:a=-0.2m/s2,
相邻的计数点的间距逐渐增大,所以纸带做加速运动,所以速度方向与加速度方向相同.
由于先打出A点,依次打出B、C、D等,所以运动方向为从C点指向B点,所以小车加速度方向是从C点指向B点.
根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度,vC==0.06m/s.
(2)①电火花计时器的工作电压为220v,频率为50Hz,打点周期是0.02 s.
②从图上看出,从乙端往甲端,相邻的计数点距离越来越大,也就说明纸带速度越来越大.
由于重物下落速度逐渐变大,所以打点计时器先打出9点,而与重物相连的纸带一端在实验时是处于下端,也就是计时器先打点的位置,所以纸带的乙端与重物相连.
③根据运动学公式得:△x=gt2,
重力加速度g==
m/s2=9.4m/s2.
④当地的重力加速度数值为9.8m/s2,大于实验测出的加速度,所以重物下落过程中除了重力还受到了向上的阻力,这个阻力主要是重物与纸带受到摩擦阻力和空气阻力.
故答案为:(1)0.2;b;0.06;(2)①220V;50Hz;②乙;③9.4;④纸带与打点计时器间有摩擦力作用和重物受空气阻力作用.
某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况,在纸带上确定出0、1、2、3、4、5、6共7个测量点.其相邻点间的距离如图所示,每两个相邻的测量点之间的时间间隔为0.10s,试完成下面问题.
(1)根据打点计时器打出的纸带,我们可以直接得到的物理量是______.
A.时间间隔 B.加速度 C.瞬时速度 D.平均速度
(2)根据纸带上各个测量点间的距离,某同学已将1、2、3、5点对应的时刻的瞬时速度进行计算并填入表中,请你将4点对应的时刻的瞬时速度填入表中.(要求保留3位有效数字)
(3)在如图所示的直角坐标系中画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线.
(4)由图象求出小车的加速度a=______m/s2.(要求保留3位有效数字)
正确答案
(1)能直接从纸带得到的是点间距和对应的时间间隔,故选A;
(2)4点瞬时速度等于第3与第5点间的平均速度,故
v4==
=0.314m/s
(3)如图所示;
(4)图线的斜率表示加速度,故:a==
=0.495m/s2
故答案为:(1)A;(2)0.314;(3)如图所示; (4)0.495.
光电计时器是一种常用计时仪器,其结构如图所示,a、b分别是光电门的激光发射和接收装置,当一辆带有挡光片的小车从a、b间通过时,光电计时器就可以显示挡光片的挡光时间.现有一辆小车通过光电门,计时器显示的挡光时间是2.00×10-2s,用最小刻度为l mm的刻度尺测量小车上挡光片的宽度d,示数如图所示.
(1)读出挡光片的宽度d=______cm,小车通过光电门时的速度v=______m/s;
(2)当小车相继通过相距16cm的两个光电门时,用时△t=0.2s,两个光电计时器上记录下的读数分别是2.00×10-2s和1.20×10-2s,则小车在这段距离中的平均加速度为______m/s2.
正确答案
(1)刻度尺的读数要在准确刻度1mm的基础上向下一位估读,所以挡光板左侧读数为:0.50cm,右侧读数:1.70cm,所以挡光片的宽度d=1.70cm-0.50cm=1.20cm,
由速度的定义式:v==
m/s=0.6m/s,即小车通过光电门时的速度v=0.6m/s;
(2)小车第二次通过光电门时的速度v2=m/s=1m/s;当小车相继通过相距16cm的两个光电门时,用时△t=0.2s,
由:a==
=2m/s2,
故答案为:1.20;0.6;2
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