Question

4．某同学按图a做“探究小车速度随时间变化．的规律”实验．
（1）请指出装置中明显的一处错误是使用电池，实验开始前应将小车靠近（选填“远离”或“靠近”）打点计时器
（2）纠正错误后，实验中得到一条纸带，如图b所示．图中相邻两个计数点间还有四个点实际打的点没有画出，所使用交流电的频率是50赫兹．已测得四段两个计数点间离距依次为s₁=1.00cm、s₂=2.78cm、s₅=8.10cm、s₆=9.90cm，则小车的加速度是1.78m/s²，在打计数点5时小车运动的速度是0.189 m/s．（本题结果均保留3位有效数字）
（3）如因电网原因，仪器A实际使用的电源频率低于50赫兹，则测出的加速度值比物体的实际加速度偏大（选填“偏大”、“不变”或“偏小”）．

Answer 1

分析 （1）明确打点计时器的构造和原理以及熟练应用打点计时器即可正确解答该题；
（2）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，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，可以求出打纸带上2点时小车的瞬时速度大小．
（3）要知道打点计时器的打点频率和周期的含义和关系，即可判断测出的速度值与物体的实际速度之间的关系．

解答 解：（1）“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，图中使用的打点计时器，必须选用交流电源，因此不能电池，同时为了在纸带上打更多的点，释放小车前，小车应该停在靠近打点计时器的位置．
（2）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=a₃T² 
为了更加准确的求解加速度，我们对三个加速度取平均值，有：
a=$\frac{{a}_{1}+{a}_{2}+{a}_{3}}{3}$
在该题中即为：a=$\frac{（{s}_{4}+{s}_{5}+{s}_{6}）-（{s}_{1}+{s}_{2}+{s}_{3}）}{9{T}^{2}}$，
代入数据解得：a≈1.78m/s²
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，可得：
v₅=$\frac{{S}_{5}+{S}_{6}}{2T}$=$\frac{8.10+9.90}{2×0.1}×1{0}^{-2}$≈0.189m/s
（3）电源频率低于低于50Hz时，实际打点周期将变大，而进行计算时，仍然用0.10s，因此测出的速度数值将比物体的真实数值大．
故答案为（1）使用电池，靠近；（2）1.78，0.189；（3）偏大．

点评 对于基本实验仪器，要会正确使用，了解其工作原理，为将来具体实验打好基础，对于实验装置和工作原理，我们不仅从理论上学习它，还要从实践上去了解它，自己动手去做做．