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本实验的目的是探究小车在斜面上运动时速度随时间变化的规律。根据物理学原理,在匀变速直线运动中,物体的速度与时间成线性关系,遵循公式v等于v0加at。通过实验我们可以验证这一理论,并测量小车的加速度。
实验需要准备以下器材:小车、长木板作为斜面、打点计时器、纸带、交流电源、刻度尺、复写纸、导线和垫块。装置搭建时,将木板一端垫高形成斜面,打点计时器固定在斜面高端,纸带穿过计时器连接小车。电源为计时器提供50赫兹的交流电,使其每0.02秒在纸带上打一个点,记录小车的运动轨迹。
实验操作按以下步骤进行:首先接通电源启动打点计时器,注意要先开计时器再放小车。将小车轻放在斜面顶端,然后释放小车让其自由下滑。小车沿斜面运动时,计时器在纸带上连续打点记录运动过程。当小车到达斜面底端后,立即关闭计时器并取下纸带。整个过程要保持斜面角度适中,确保纸带平整通过计时器,避免卡纸影响实验结果。
数据处理是实验的关键步骤。首先确定时间间隔,打点计时器频率为50赫兹,所以每两个相邻点的时间间隔为0.02秒。然后用刻度尺仔细测量纸带上相邻点之间的距离,这些距离代表小车在对应时间间隔内的位移。接下来计算各时刻的瞬时速度,使用公式:第n个时间点的瞬时速度等于前后两段位移之和除以时间间隔的2倍。最后将所有数据整理成表格,为绘制速度时间图像做准备。
绘制速度时间图像是分析实验结果的重要步骤。首先建立坐标系,横轴表示时间,纵轴表示速度,选择合适的坐标比例使数据点分布均匀。然后根据数据表中的时间和速度数值,在坐标系中逐个标注数据点。接下来用直线连接这些数据点,观察它们是否基本在一条直线上。最后分析图像特征,直线的斜率就是小车的加速度,从而验证了匀变速直线运动的规律。