2019-2020年高中物理 實(shí)驗(yàn)手冊(cè) 第二部分 實(shí)驗(yàn)5 測定勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度.doc

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2019-2020年高中物理 實(shí)驗(yàn)手冊(cè) 第二部分 實(shí)驗(yàn)5 測定勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度 [實(shí)驗(yàn)?zāi)康腯 1.學(xué)習(xí)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測定計(jì)數(shù)點(diǎn)的即時(shí)速度和物體運(yùn)動(dòng)的加速度。 2.學(xué)習(xí)用逐差法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 [實(shí)驗(yàn)器材] 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，實(shí)驗(yàn)電源，導(dǎo)線，長木板，小車，鉤碼，紙帶，刻度尺。 [實(shí)驗(yàn)原理] 在紙帶上連續(xù)選取時(shí)間間隔為T的一列計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E，見圖5-1。各點(diǎn)間距離分別為S1、S2、S3、S4 …… 各點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的速度為VA、VB、VC、VD …… A F D E C B S1 S2 S4 S3 S5 圖5－1 設(shè)物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)， 加速度為a，根據(jù)加速直線運(yùn)動(dòng)的位移公式有： (1) (2) (1)+(2) 得出： (3) 即做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的物體，在某段時(shí)間里的平均速度就等于它在這段時(shí)間內(nèi)中間時(shí)刻的即時(shí)速度。 （1）－（2） 所以 （4） 其中ΔS是任意兩個(gè)連續(xù)的相等時(shí)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(dòng)時(shí)，a為常量，T是打點(diǎn)周期，也是常量，因此ΔS同樣為常量。測得某物體做變速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其ΔS是常量，則說明物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。 通過對(duì)（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(dòng)，如果通過分析紙帶發(fā)現(xiàn)各個(gè)ΔS都相等，那么可以斷定物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。如果ΔS不都相等，則可以斷定物體做的不是勻加速直線運(yùn)動(dòng). 本實(shí)驗(yàn)除利用（3）式求得各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度外，還要求用逐差法求出其加速度，詳見“實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)”部分。 [實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)] 1. 從能夠分辨點(diǎn)跡的位置開始選計(jì)數(shù)點(diǎn)。然后每間隔4個(gè)點(diǎn)選一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。 2. 注意區(qū)分“位移d”，“相等時(shí)間間隔內(nèi)的位移S”和“相等時(shí)間間隔內(nèi)的位移差ΔS”。參見圖5-2，搞清d、S和ΔS的聯(lián)系與區(qū)別。 0 1 2 3 4 S1 S2 S2 S2 d4 d3 d2 d1 … … … … 圖5－2 3．測量時(shí)，先直接測量位移d的值，再間接計(jì)算出S的值，這樣可以減小零點(diǎn)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(gè)a值都是由相鄰的兩個(gè)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 ① 同理 ② ③ ①、②、③式請(qǐng)學(xué)生自行證明。 這樣從①、②、③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(shí)速度，按加速度的定義式求加速度 求平均時(shí)，考慮到充分利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，同樣采用逐差法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如： [實(shí)驗(yàn)步驟] 1. 像圖5-3那樣，附有滑輪的長木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，使滑輪伸出桌面，打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶固定在小車的后面。先讓小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)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5—3 2. 取下紙帶，找一個(gè)比較合適的點(diǎn)做為起點(diǎn)0，然后每間隔4個(gè)點(diǎn)選取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.1秒，如圖5－2所示。 3. 用刻度尺間接測量各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離，由計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距S，求加速度的大小。 4. 計(jì)算各點(diǎn)的瞬時(shí)速度，可以通過坐標(biāo)紙畫出V—t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(shí)驗(yàn)的小車是否做勻加速直線運(yùn)動(dòng)， 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5—4是某次實(shí)驗(yàn)打出的一條紙帶，其中0，1，2，3，4為依次選定的計(jì)數(shù)點(diǎn)，根據(jù)圖中標(biāo)出的數(shù)據(jù)，求第二個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度？ 28.80 0 1 2 3 4 3.20 12.80 d4 (cm) 圖5－4