2022年高中物理 實驗手冊 第二部分 實驗5 測定勻加速直線運(yùn)動的加速度

2022年高中物理 實驗手冊 第二部分 實驗5 測定勻加速直線運(yùn)動的加速度實驗?zāi)康?.學(xué)習(xí)利用打點計時器測定計數(shù)點的即時速度和物體運(yùn)動的加速度。2.學(xué)習(xí)用逐差法處理實驗數(shù)據(jù)。實驗器材打點計時器，實驗電源，導(dǎo)線，長木板，小車，鉤碼，紙帶，刻度尺。實驗原理在紙帶上連續(xù)選取時間間隔為T的一列計數(shù)點A、B、C、D、E，見圖5-1。各點間距離分別為S1、S2、S3、S4 各點所對應(yīng)的速度為VA、VB、VC、VD AFDECBS1S2S4S3S5圖51 設(shè)物體做勻加速直線運(yùn)動， 加速度為a，根據(jù)加速直線運(yùn)動的位移公式有： (1) (2)(1)+(2) 得出： (3)即做勻加速直線運(yùn)動的物體，在某段時間里的平均速度就等于它在這段時間內(nèi)中間時刻的即時速度。（1）（2）所以 （4）其中S是任意兩個連續(xù)的相等時間間隔內(nèi)的位移之差。由（4）式變形有： （5）物體做勻加速直線運(yùn)動時，a為常量，T是打點周期，也是常量，因此S同樣為常量。測得某物體做變速運(yùn)動時，其S是常量，則說明物體做勻加速直線運(yùn)動。通過對（5）式的分析可以知道，當(dāng)我們創(chuàng)造條件使物體做勻加速直線運(yùn)動，如果通過分析紙帶發(fā)現(xiàn)各個S都相等，那么可以斷定物體做勻加速直線運(yùn)動。如果S不都相等，則可以斷定物體做的不是勻加速直線運(yùn)動.本實驗除利用（3）式求得各計數(shù)點的瞬時速度外，還要求用逐差法求出其加速度，詳見“實驗指導(dǎo)”部分。實驗指導(dǎo)1. 從能夠分辨點跡的位置開始選計數(shù)點。然后每間隔4個點選一個計數(shù)點。2. 注意區(qū)分“位移d”，“相等時間間隔內(nèi)的位移S”和“相等時間間隔內(nèi)的位移差S”。參見圖5-2，搞清d、S和S的聯(lián)系與區(qū)別。01234S1S2S2S2d4d3d2d1 圖523測量時，先直接測量位移d的值，再間接計算出S的值，這樣可以減小零點誤差。4求加速度a的方法有三種：（1）利用公式 從數(shù)學(xué)上可以看出： 如果每一個a值都是由相鄰的兩個S相減后除以得出的，從上式中可以發(fā)現(xiàn)中間數(shù)據(jù)都沒有被充分利用。（2）逐差法由于 同理 、式請學(xué)生自行證明。這樣從、式可得到： 然后再取平均，可得到：上述求加速度的方法稱為逐差法。用逐差法求加速度的平均值，可以充分利用所測的數(shù)據(jù)，減少偶然誤差。（3）利用已求出的瞬時速度，按加速度的定義式求加速度求平均時，考慮到充分利用實驗數(shù)據(jù)，同樣采用逐差法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如：實驗步驟1. 像圖5-3那樣，附有滑輪的長木板平放在實驗桌上，使滑輪伸出桌面，打點計時器固定在木板的另一端，把一條細(xì)繩一端拴在小車上，跨過滑輪，另一端吊有適當(dāng)?shù)你^碼，穿過打點計時器的紙帶固定在小車的后面。先讓小車停在靠近打點計時器的一端，接通電源，放開小車，待紙帶全部脫出，關(guān)閉電源。圖53 2. 取下紙帶，找一個比較合適的點做為起點0，然后每間隔4個點選取一個計數(shù)點，計數(shù)點的時間間隔為0.1秒，如圖52所示。3. 用刻度尺間接測量各計數(shù)點間距離，由計數(shù)點的間距S，求加速度的大小。4. 計算各點的瞬時速度，可以通過坐標(biāo)紙畫出Vt圖象，找出直線的斜率，得出加速度a。問題思考1. 為了判斷本實驗的小車是否做勻加速直線運(yùn)動， 可以利用上述紙帶上的S1、S2、S3等數(shù)據(jù)，看看是否符合S1：S2：S3 = 1：3：5 的規(guī)律。這樣做能作出正確的判斷嗎? 為什么?2. 證明公式3. 圖54是某次實驗打出的一條紙帶，其中0，1，2，3，4為依次選定的計數(shù)點，根據(jù)圖中標(biāo)出的數(shù)據(jù)，求第二個計數(shù)點的瞬時速度？28.80012343.2012.80d4(cm)圖54