同学们,我们之前研究过匀速直线运动的规律。后来,来到实验室打点计时器加速度公式,大家看到了新颖的打点计时器,兴奋地用清晰的点打出了几个音符。如何才能准确计算出汽车在打印纸带上某一点的速度呢?
如图所示,一名学生在实验室里用纸胶带打字。图中从1到7共有七个计数点。已知每两个计数点之间有4个未标记点。可以看出,每两个计数点之间的时间间隔为T=0.10s。根据纸带打印计数点4时如何求小车的瞬时速度?
根据瞬时速度的定义公式
,t越小,瞬时速度越准确。如果我们使用
近似求出第4点的速度,虽然时间比较短,但是这样算出的速度比第4点的真实速度要小;如果我们使用
通过近似计算点4的速度。这样算出的速度比第4点的真实速度要大,不准确。如果我们使用
,即对上述两种方法计算出的速度进行平均,这样计算出的速度就会更接近点4的真实速度。有同学可能会问点2到点6的距离是否可以除以时间间隔?由于时间间隔较长,该方法的准确性较差。因此,求出纸带上某一点的瞬时速度的最佳方法是用该点前后两个相邻点之间的距离除以相应的时间。现在:
等等。
2、想想如何利用打点定时器打印的纸带来寻找加速度?
如何更客观地计算纸带上的加速度?根据匀变速直线运动的特殊定律,相邻等时间间隔之间的位移差为常数,即:
。对于上面的纸胶带,如果我们使用
然后求平均值:
带入即可得到:
。
同学们,你们觉得这个方法怎么样?科学吗?从最终结果来看,该方法只取了6段位移中的2段,无法反映整个过程的平均加速度,浪费了中间数据。这样做会导致计算结果误差较大,这并不是最好的。方法。
3.想想是否还有更好的办法?是的,方法就是逐差法!
如果用线段4的位移减去线段1的位移,可以得到:
将线段5的位移减去线段2的位移,可得:
, 等等,
然后求平均值:
,该方法考虑了全部6个位移打点计时器加速度公式,可以有效减少偶然误差。我们称这种方法为逐差法。哈哈,逐一区别法,来啦!
同学们,仔细想一想,逐差法其实可以看成是把纸带分成时间间隔相等的两段进行处理:
留学之路,(n为位移段数的一半),但这种处理只是便于数学上记忆和计算,但并没有改变通过平均来减少实验误差的物理思想!
问题:求速度所需的时间趋于0,但每段位移都用来求加速度。理念有什么不同?
关于逐差加速的方法,请关注我们后续的讨论。