- 实验:用打点计时器测速度
- 共816题
光电计时器是一种研究物体运动情况的常见仪器.当有物体从光电门通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间.现利用如图甲所示装置探究物体的加速度与合外力、质量关系,其 NQ是水平桌面,PQ是一端带有滑轮的长木板,1、2是固定在木板上的两个光电门(与之连接的两个光电计时器没有画出).小车上固定着用于挡光的窄片K,测得其宽度为d,让小车从木板的顶端滑下,光电门各自连接的计时器显示窄片K的挡光时间分别为t1和t2.
(1)该实验中,在改变小车的质量M或沙桶的总质量m时,保持M>>m,这样做的目的是______;
(2)为了计算出小车的加速度,除了测量d、t1和t2之外,还需要测量______,若上述测量量用x表示,则用这些物理量计算加速度的表达式为a=______;
(3)某位同学经过测量、计算得到如下表数据,请在图乙中作出小车加速度与所受合外力的关系图象.
(4)由图象可以看出,该实验存在着较大的误差,产生误差的主要原因是:
______.
正确答案
(1)设小车的质量为M,沙桶的质量为m,根据牛顿第二定律得:
对m:mg-F拉=ma
对M:F拉=Ma
解得:F拉==
当m<<M时,即当沙桶的总重力要远小于小车的重力,绳子的拉力近似等于沙桶的总重力.
这样做的目的是小车所受合外力大小等于(或约等于)mg.
(2)除了测量d、t1和t2之外,还需要测量两光电门之间的距离,v1=,v2=
,
加速度的表达式为a==
.
(3)如下图
(4)从上图中发现直线没过原点,当F≠0时,a=0.也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0,说明小车的摩擦力与绳子的拉力抵消呢.该同学实验前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分.
故答案为:(1)小车所受合外力大小等于(或约等于)mg
(2)两光电门之间的距离,
(3)上图
(4)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分.
在“研究自由落体运动”的实验中,如果打点计时器打出的纸带前面的几个点不清晰,只得到如图所示从A点至E点这一段点迹的纸带。在纸带上测出AB、BC、CD、DE之间的距离分别是d1、d2、d3、d4。已知打点计时器打点的周期为T,重锤质量为m。由此可求得打B点时,重锤的速度vB=________,打D点时,重锤的速度vD=________。打点计时器在纸带上打B点到打D点的时间是________,重锤运动的加速度是________。
正确答案
;
;2T;
在某次实验中,物体拖动纸带做匀加速直线运动,打点计时器所用的电源频率为50Hz,实验得到的一条纸带如下图所示,纸带上每相邻的两个计数点之间都有4个点未画出。按时间顺序取0、1、2、3、4、5六个计数点,实验中用直尺量出各计数点到0点的距离如下图所示(单位:cm)
(1)在计数点1所代表的时刻,纸带运动的瞬时速度为v1=__________m/s,物体的加速度a=__________m/s2;(保留两位有效数字)
(2)该同学在测量的时候没有将计数点5的数值记录下来,根据前面的数值可以推算出计数点5到0点的距离为__________cm。
正确答案
(1)0.18,0.75
(2)14.50
“用DIS实验系统研究匀速直线运动”实验中,要把运动传感器的______部分固定在小车上,把______部分固定在长木板上.若实验时得到如图所示的s-t图象,则表明小车的运动______匀速直线运动(选填“是”或“不是”).为了达到实验目的,这时应______长木板的倾角(选填“增大”或“减小”)
正确答案
用DIS实验系统研究匀速直线运动”实验中,要把运动传感器的发射装置部分固定在小车上,把部分固定在长木板上.
s-t图象的斜率代表速度大小,根据s-t图象可以判断小车的运动不是匀速直线运动,是加速运动,
所以应该减小长木板的倾角.
故答案为:发射装置,接受装置,不是,减小.
如图所示,某同学在做“研究匀变速直线运动”实验中,由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带,纸带上两相邻计数点的时间间隔为T=0.10s,其中S1=7.05cm、S2=7.68cm、S3=8.33cm、S4=8.95cm、S5=9.61cm、S6=10.26cm,则A点处瞬时速度的大小是_____________m/s,小车运动的加速度计算表达式为_____________,加速度的大小是_____________m/s2(计算结果保留两位有效数字)。
正确答案
0.86,,0.64
在做“匀变速直线运动的研究”的实验时,某同学得到一条用打点计时器打下的纸带,并在其上取了A、B、C、D、E、F等6个计数点(每相邻两个计数点间还有4个打点计时器打下的点,本图中没有画出)打点计时器接的是220V、50Hz的交变电流。他把一把毫米刻度尺放在纸带上,其零刻度和计数点A对齐。
(1)按照有效数字的读数规则读出相邻计数点AB、BC、CD、DE、EF间的距离x1、x2、x3、x4、x5,它们依次为_____________cm、_____________cm、_____________cm、_____________cm、_____________cm;
(2)由以上数据计算打点计时器在打B、C、D、E各点时,物体的即时速度vB、vC、vD、vE依次是_____________m/s、_____________m/s、_____________m/s、_____________m/s;
(3)根据(2)中得到的数据,试在所给的坐标系中,用做v-t图象的方法,从图象中求出该物体的加速度a=_____________。(要标明坐标及其单位,单位大小要取得合适,使作图和读数方便,并尽量充分利用坐标纸)。
正确答案
(1)1.00,1.40,1.84,2.26,2.67
(2)0.120,0.162,0.205,0.247
(3)0.42m/s2,图“略”
在“研究匀变速直线运动”实验中,所用电火花打点计时器,其电源是频率为50Hz的交流电。则:
(1)计时器的工作电压为____________V。如图所示是本次实验中选取的一条较为理想的纸带,图示中A,B、C、D、E相邻两点间还有四个点未标出,则相邻两点间的时间为____________s;
(2)D点的对应速度为____________m/s,物体运动的加速度为____________m/s2。(保留三位有效数字)
正确答案
(1)220,0.1
(2)1.86,6.22
在做“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中,取下一段如图所示的纸带研究其运动情况.设O点为计数的起始点,在四个连续的计数点中,相邻两计数点间的时间间隔为0.1s,则:
(1)计数点“A”与起始点O之间的距离x1为______cm.
(2)打计数点“A”时物体的瞬时速度为______m/s.
(3)物体的加速度为______m/s2(结果均保留三位有效数字).
(4)在实验过程中,对于减小实验误差来说,下列说法中有益的是______
A.选取计数点,把每打5个点的时间间隔作为一个时间单位
B.使小车运动的加速度尽量地小些
C.舍去纸带上密集的点,只利用点迹清晰、点间间隔适当的一部分进行测量、计算
D.选用电压较高的直流电源做实验
(5)在实验过程中打点计时器原来使用的交流电源的频率是50Hz,若在测定匀变速直线运动的速度时,交流电源的频率为60Hz而未被发觉,这样计算出的加速度的值与真实值相比是______(填“偏大”“偏小”或“不变”).
正确答案
(1)根据匀变速直线运动的特点(相邻的时间间隔位移之差相等)得出:
xBC-xAB=xAB-xOA
计数点A与起始点O之间的距离s1为4.02cm
(2)利用匀变速直线运动的推论得:
vA==
=0.503m/s,
(3)根据运动学公式△x=at2得:
a==
=2.02m/s2,
(4)A、选取计数点,把每打5个点的时间间隔作为一个时间单位,则实际间隔为0.1s,计算结果为整数,有利于减小误差,故A正确;
B、小车运动的加速度大小与误差大小无关,故B错误;
C、舍去纸带上密集的点,只利用点迹清晰、点间间隔适当的一部分进行测量、计算,便于减小测量误差,故C正确;
D、打点计时器接交流电源,不能使用直流电源,故D错误;
故选:AC.
(5)因为交流电的频率为60Hz而未被发觉,本来T代入s,解出结果是真实加速度,
但是我们代入了s这个的数值,这样计算出的加速度值与真实值相比偏小.
故答案为:(1)4.02;(2)0.503;(3)2.02;(4)AC;(5)偏小.
在“探究小车速度随时间变化的关系”实验中,所用交流电的频率为50Hz.某次实验中得到的一条纸带如图所示,从比较清晰的点起,每五个打印点取一个点作为计数点,分别标明0,1,2,3,4.量得x1=30.0mm,x2=36.0mm,x3=42.0mm,x4=48.0mm,则小车通过点2时的速度为______m/s,小车的加速度为______m/s2(结果取两位有效数字)
正确答案
小车通过点2时的速度为:
v==
=0.39m/s
由题目中数据可得:△S=aT2为常数,其中△S=6mm,T=0.1s,所以解得a=0.60m/s2.
故答案为:0.39,0.60.
如图是研究匀变速直线运动时打点计时器打出的纸带,图中A、B、C、D、E、F是按时间顺序先后打出的记数点(电源频率为50Hz,每两个计数点间有4个点未画出),用刻度尺量出A点到各点之间的距离如图所示,那么小车的加速度大小是__________m/s2,方向是_________。(填“向左”或“向右”)
正确答案
0.4;向左
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