1.3 學(xué)生實驗 測量物體運動的速度和加速度

1.3學(xué)生實驗

測量物體的速度與加速度情境引入實驗測量交流討論拓展延伸當乘坐高鐵時，常常能在車廂的顯示屏上看到列車運行的實時時速，有沒有想過，這一速度是如何得到的？

情境引入一般來說,我們可使用秒表和刻度尺直接測量物體運動的時間和位移。但當物體運動較快時,采用以上方法得到的測量值誤差較大,由此計算得到的物體運動速度的誤差也較大。

在實驗室中，我們?nèi)绾螠y量物體運動的速度與加速度？

氣墊導(dǎo)軌測速系統(tǒng)情實驗儀器介紹為減小測量過程中造成的誤差,可以用氣墊導(dǎo)軌測速系統(tǒng)來測量物體運動的時間和速度等信息。氣墊導(dǎo)軌利用從導(dǎo)軌表面的小孔中噴出的壓縮空氣,在導(dǎo)軌表面和滑塊之間形成一層很薄的氣膜———氣墊,滑塊懸浮在導(dǎo)軌上,滑塊在導(dǎo)軌上滑動時摩擦力變得極小,提高了實驗的精確程度。氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計時器配合使用,可測量物體運動的時間和速度實驗原理測速原理:利用槽碼帶動滑塊在導(dǎo)軌上運動,滑塊上安裝有遮光條,遮光條有一定的擋光寬度,稱為計時寬度?；瑝K運動時,遮光條的計時寬度Δs就是Δt時間內(nèi)滑塊的位移。用光電門和數(shù)字計時器記錄時間Δt。光電門由光源和光敏元件組成。在有光照和無光照的環(huán)境下,光敏元件的電阻值有明顯差異,將電阻的變化轉(zhuǎn)化為電壓信號,用來控制數(shù)字計時器開始計時或停止計時。測速原理數(shù)字計時器從遮光條遮光開始計時,到遮光條不遮光停止計時。當滑塊經(jīng)過光電門時,安裝在滑塊上的遮光條會擋在光電門的光源和光敏元件之間,光敏元件檢測到光線強度的變化,將信號傳遞給數(shù)字計時器的主機,數(shù)字計時器開始計時。當遮光條移開時,光線強度恢復(fù)正常,數(shù)字計時器停止計時,計時時間即為滑塊通過遮光條擋光寬度的時間Δt。

實驗視頻/video/BV1f64y127qV實驗器材：氣墊導(dǎo)軌、氣泵、光電門(2個)、滑塊及遮光條、滑輪、掛鉤及槽碼、數(shù)字計時器、毫米刻度尺、游標卡尺等。實驗測量1.實驗準備：(1)打開氣源,調(diào)整氣墊導(dǎo)軌使其水平,讓滑塊可以在導(dǎo)軌上自由滑動。(2)將兩個光電門安裝于導(dǎo)軌的不同位置處,按數(shù)字計時器的使用方法,用線纜將兩個光電門與主機相連,連接電源,打開開關(guān),檢查數(shù)字計時器工作是否正常。實驗測量2.測量滑塊的速度用游標卡尺測出遮光條的計時寬度Δs,槽碼帶動滑塊在導(dǎo)軌上運動,讓滑塊從靜止開始運動,分別記錄滑塊經(jīng)過兩個光電門的時間Δt1、Δt2,填入實驗記錄表中。保持滑塊每一次都從同一位置釋放,重復(fù)多次測量,由v=Δs/Δt可求出滑塊經(jīng)過光電門時的速度。

實驗測量將實驗數(shù)據(jù)及經(jīng)計算得到滑塊通過光電門的速度和滑塊的加速度填入實驗記錄表中。1.前后幾次實驗中測出的加速度是否大致相同？你能用速度和加速度的知識初步解釋這一現(xiàn)象嗎？

2.在實驗時會產(chǎn)生哪些實驗誤差？如何減小這些實驗誤差？

3.若在氣墊導(dǎo)軌上安裝多個光電門測量速度，從開始釋放滑塊開始記錄時間，作出的v-t圖像是怎樣的？是否過坐標軸原點？交流討論為了測定氣墊導(dǎo)軌上滑塊的加速度,滑塊上安裝了寬度為5mm的遮光板?；瑝K在牽引力作用下先后通過兩個光電門,配套的數(shù)字毫秒計記錄了遮光板通過第一個光電門的時間為Δt1=20ms(1ms=10-3s),