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高中物理 勻變速直線運動的研究——打點計時器求加速度的再研究

2023-04-21 12:10 作者:南宮很二  | 我要投稿

前面講過利用打點計時器求解物體加速度的內容,方法是先測量并計算出每兩個計數(shù)點間的距離,然后用中間時刻瞬時速度等于該段位移平均速度求出每個計時點的瞬時速度,再利用加速度的定義式a%3D%5Cfrac%7B%5CDelta%20v%7D%7B%5CDelta%20t%7D%20求出加速度,為了實驗結果的準確性,求解加速度的時候用了逐差法。

結合上節(jié)課學習的內容,在勻變速直線運動中,物體通過連續(xù)相等時間的位移差為一個定值,即%5CDelta%20x%3Dat%5E2,對打點計時器求解加速度的方法進行簡化。

在這個實驗中,打點計時器打出的點之間的時間間隔剛好是相同的,如果物體做的是勻變速直線運動,那么位移就滿足x_%7B2%7D-%20x_%7B1%7D%3D%20x_%7B3%7D-%20x_%7B2%7D%3D%20x_%7B4%7D-%20x_%7B3%7D%3D%E2%80%A6%E2%80%A6%3Dat%5E2%20。也就是說只要測量任意兩段連續(xù)的位移,就能求出加速度,比如x_%7B2%7D-%20x_%7B1%7D%3Dat%5E2%20,加速度a%3D%5Cfrac%7Bx_%7B2%7D-%20x_%7B1%7D%20%7D%7Bt%5E2%7D%20。

不過對于實驗來說,取x_%7B1%7D%20、x_%7B2%7D%20和取x_%7B3%7D%20、x_%7B2%7D%20計算出來的加速度有可能是不一樣的,所以要測量多組數(shù)據(jù),利用逐差法來求解加速度。

根據(jù)等差數(shù)列的性質x_%7B4%7D-%20x_%7B1%7D%3D3at%5E2%20x_%7B5%7D-%20x_%7B2%7D%3D3at%5E2%20,x_%7B6%7D-%20x_%7B3%7D%3D3at%5E2%20把這三個式子相加x_%7B4%7D-%20x_%7B1%7D%2B%20x_%7B5%7D-%20x_%7B2%7D%2B%20x_%7B6%7D-%20x_%7B3%7D%3D9at%5E2%20,那么加速度a%3D%5Cfrac%7Bx_%7B4%7D-%20x_%7B1%7D%2B%20x_%7B5%7D-%20x_%7B2%7D%2B%20x_%7B6%7D-%20x_%7B3%7D%20%7D%7B9t%5E2%7D%20。這就是求勻變速直線運動加速度的正規(guī)方法。

這個式子還可以整理一下,用起來會更方便。整理得a%3D%5Cfrac%7B(x_%7B4%7D%2B%20x_%7B5%7D%2B%20x_%7B6%7D)-(%20x_%7B1%7D%20%2Bx_%7B2%7D%2B%20x_%7B3%7D)%20%7D%7B(3t)%5E2%7D%20

觀察這個式子,前一個括號里面的三項之和就是DG之間的距離,后一個括號里面的三項之和就是AD之間的距離,而這兩個距離所用的時間都是 3t,因此就可以看做是對AD和DG這兩段位移使用推論,即%5CDelta%20x%3Dat%5E2,也就是a%3D%5Cfrac%7B(x_%7B4%7D%2B%20x_%7B5%7D%2B%20x_%7B6%7D)-(%20x_%7B1%7D%20%2Bx_%7B2%7D%2B%20x_%7B3%7D)%20%7D%7B(3t)%5E2%7D%20

這樣就只需要用刻度尺測量出并計算出AD和DG的距離,就可以算出加速度了,而且結果和逐差法計算出來的結果是一樣準確的。

總結

利用打點計時器研究勻變速直線運動的加速度,最簡便的方法就是將紙帶上的點分成連續(xù)相等的兩大段,再用公式%5CDelta%20x%3DaT%5E2%EF%BC%8C(T%3D3t)求解加速度。

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