纸带求加速度的方法主要基于匀变速直线运动的位移公式,通过测量相邻相等时间间隔内的位移差来计算加速度。以下是具体方法及例题解析:
一、核心公式
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位移差公式
$a = \frac{\Delta s}{T^2}$
其中,$\Delta s$为相邻相等时间间隔$T$内的位移差,$T$为时间间隔(需保证相等)。
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中间时刻瞬时速度
某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度,即 $v_{\text{mid}} = \frac{s_1 + s_2}{2T}$。
二、实验数据处理方法
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计数点选取
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每隔相等时间$T$取一个计数点(如每5个点取1个),相邻计数点时间间隔为$T$。
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若采用逐段测量法,需计算每段位移差(如$x_2 - x_1, x_3 - x_2, \cdots$)。
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误差分析
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采用逐段测量法时,位移差更稳定,误差较小。
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中间时刻速度法适用于计算瞬时速度,而非加速度。
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三、例题解析
例题1:利用纸带测重力加速度
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数据 :相邻计数点间距$x_1, x_2, x_3, x_4, x_5, x_6$,时间间隔$T=0.04s$。
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方法A :取$x_2 - x_1, x_4 - x_3, x_6 - x_5$计算加速度,平均值为$g \approx 9.767m/s^2$。
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方法B :取$x_4 - x_1, x_5 - x_2, x_6 - x_3$计算加速度,平均值为$g \approx 9.873m/s^2$。
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结论 :方法A更合理,因位移差更稳定。
例题2:计算匀加速运动的加速度
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数据 :时间间隔$T=0.02s$,相邻计数点间距$OA=1.50cm, AB=1.90cm, BC=2.30cm, CD=2.70cm$。
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计算 :
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采用逐段测量法,$\Delta s = (AB - OA) + (BC - AB) + (CD - BC) = 0.40cm + 0.40cm + 0.40cm = 1.20cm$。
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代入公式$a = \frac{1.20 \times 10^{-2}m}{(0.02s)^2} = 1.50m/s^2$。
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四、注意事项
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确保时间间隔相等,避免测量误差。
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优先使用逐段测量法计算加速度,中间时刻速度法仅适用于瞬时速度计算。