高中物理 運動的描述——實驗：測量紙帶的平均速度和瞬時速度
實驗名稱
測量紙帶的平均速度和瞬時速度
實驗?zāi)康呐c要求
學會安裝和使用打點計時器；
學會測量紙帶、制表和記錄數(shù)據(jù)；
掌握測量平均速度與瞬時速度的方法，會用紙帶求出平均速度與瞬時速度。
實驗原理
平均速度的原理：圖1是打點計時器打出的一條紙帶示意圖。若想計算實驗時運動的紙帶在D、G兩點間的平均速度v，只需測出D、G間的位移Δx和所用的時間Δt，就可以算出平均速度。
瞬時速度的原理：E點在D、G兩點之間，D、G兩點間的平均速度我們可以求出。如果不要求很精確，用這個平均速度粗略地代表E點的瞬時速度，也未嘗不可。不過，如果把包含E點在內(nèi)的間隔取得小一些，例如取圖2中的DF線段，那么經(jīng)過D、F兩點所用的時間Δt就會變短，用兩點間的位移Δx和時間Δt算出的平均速度代表紙帶在E點的瞬時速度，就會精確一些。D、F 兩點離E點越近，算出的平均速度越接近E點的瞬時速度。
說明：D、F兩點間距離過小，測量誤差會增大。所以，實際測量中要根據(jù)需要及所用儀器的情況，在要測量的點附近選取合適的位移和時間。請考慮此實驗中產(chǎn)生誤差的原因。
實驗器材
電磁打點計時器（或電火花打點計時器）、學生電源（電磁打點計時器使用8v交流電源，電火花打點計時器使用220v交流電源）、紙帶、復(fù)寫紙（或墨粉盤）、導(dǎo)線、直尺、坐標紙等。
實驗步驟
把電磁打點計時器（或電火花打點計時器）固定在桌子上，將紙帶穿過限位孔，把復(fù)寫紙（墨粉盤）套在定位軸上并壓在紙帶上面。
把電磁打點計時器的接線柱用導(dǎo)線連接到8v的低壓交流電源上（電火花打點計時器直接將插頭插入220v插座中）。
先接通電源，然后用手水平拉動紙帶使其在水平方向上運動，隨后關(guān)閉電源；觀察點跡是否清晰，如不清晰調(diào)整打點計時器，重復(fù)上述步驟，直至打出清晰的點跡為止。多做幾組，得到至少三條點跡清晰的紙帶。
取出一條紙帶，從能看得清的某點開始，往后數(shù)出若干個點，如果共有n個點，那么這n個點的間隔數(shù)共有（n-1）個，則紙帶的運動時間為
?5. 每隔0.1 s （或更短）計算一次平均速度。
（1） 在圖1中選取紙帶上一點為起始點0，后面每5個點取一個計數(shù)點，分別用數(shù)字1，2，3，… 標出這些計數(shù)點；
（2）測量各計數(shù)點到起始點0的距離x，記錄在表1中；
（3）計算兩相鄰計數(shù)點間的位移Δx，同時記錄對應(yīng)的時間Δt ；
（4）根據(jù)Δx和Δt計算紙帶在相鄰計數(shù)點間的平均速度v。
6. 每隔0.06 s計算一次瞬時速度。
（1）在圖2中從紙帶起始點0算起，后面每3個點取一個計數(shù)點。
（2）測量各計數(shù)點到起始點0的距離x，記錄在表2中。
（3）計算兩相鄰計數(shù)點間的位移Δx，同時記錄對應(yīng)的時間Δt。
（4）根據(jù)Δx和Δt算出的速度值就可以代表在Δx這一區(qū)間內(nèi)任意一點的瞬時速度。將算出的各計數(shù)點的速度值記錄在表2中。
數(shù)據(jù)處理與分析
根據(jù)表格中最終得到的瞬時速度值，在坐標紙上建立直角坐標系，以時間為橫軸，速度為縱軸。將數(shù)據(jù)以坐標點的形式標注出來。得到速度—時間圖像（v-t圖），具體分析物體運動的規(guī)律（具體內(nèi)容我們下節(jié)再講）。
說明：圖像法是處理實驗數(shù)據(jù)的常用方法，有許多優(yōu)點?？梢允刮锢硪?guī)律直觀易懂；可以減小誤差；可以方便得獲得某些未經(jīng)測量或者無法測量的數(shù)據(jù)。
誤差分析
實驗過程中存在著系統(tǒng)誤差和偶然誤差。
使用電磁打點計時器時摩擦的問題；
拉動紙帶是否沿著水平方向；
測量計數(shù)點間位移的時候，應(yīng)該以第一個計數(shù)點為0點一次性測出每個計數(shù)點到該點的距離，然后用數(shù)學計算算出每兩個計數(shù)點之間的距離，這樣可以減少偶然誤差；
計算瞬時速度的原理本身就不是精確計算；
在坐標紙上建立坐標軸時，單位長度選擇要合理，作圖要仔細。
