1.3 學(xué)生實(shí)驗(yàn) 測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的速度和加速度

1.3學(xué)生實(shí)驗(yàn)

測(cè)量物體的速度與加速度情境引入實(shí)驗(yàn)測(cè)量交流討論拓展延伸當(dāng)乘坐高鐵時(shí)，常常能在車(chē)廂的顯示屏上看到列車(chē)運(yùn)行的實(shí)時(shí)時(shí)速，有沒(méi)有想過(guò)，這一速度是如何得到的？

情境引入一般來(lái)說(shuō),我們可使用秒表和刻度尺直接測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和位移。但當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)較快時(shí),采用以上方法得到的測(cè)量值誤差較大,由此計(jì)算得到的物體運(yùn)動(dòng)速度的誤差也較大。

在實(shí)驗(yàn)室中，我們?nèi)绾螠y(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的速度與加速度？

氣墊導(dǎo)軌測(cè)速系統(tǒng)情實(shí)驗(yàn)儀器介紹為減小測(cè)量過(guò)程中造成的誤差,可以用氣墊導(dǎo)軌測(cè)速系統(tǒng)來(lái)測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)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———?dú)鈮|,滑塊懸浮在導(dǎo)軌上,滑塊在導(dǎo)軌上滑動(dòng)時(shí)摩擦力變得極小,提高了實(shí)驗(yàn)的精確程度。氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計(jì)時(shí)器配合使用,可測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和速度實(shí)驗(yàn)原理測(cè)速原理:利用槽碼帶動(dòng)滑塊在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng),滑塊上安裝有遮光條,遮光條有一定的擋光寬度,稱(chēng)為計(jì)時(shí)寬度?；瑝K運(yùn)動(dòng)時(shí),遮光條的計(jì)時(shí)寬度Δs就是Δt時(shí)間內(nèi)滑塊的位移。用光電門(mén)和數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄時(shí)間Δt。光電門(mén)由光源和光敏元件組成。在有光照和無(wú)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(hào),用來(lái)控制數(shù)字計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)或停止計(jì)時(shí)。測(cè)速原理數(shù)字計(jì)時(shí)器從遮光條遮光開(kāi)始計(jì)時(shí),到遮光條不遮光停止計(jì)時(shí)。當(dāng)滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí),安裝在滑塊上的遮光條會(huì)擋在光電門(mén)的光源和光敏元件之間,光敏元件檢測(cè)到光線(xiàn)強(qiáng)度的變化,將信號(hào)傳遞給數(shù)字計(jì)時(shí)器的主機(jī),數(shù)字計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)。當(dāng)遮光條移開(kāi)時(shí),光線(xiàn)強(qiáng)度恢復(fù)正常,數(shù)字計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí),計(jì)時(shí)時(shí)間即為滑塊通過(guò)遮光條擋光寬度的時(shí)間Δt。

實(shí)驗(yàn)視頻/video/BV1f64y127qV實(shí)驗(yàn)器材：氣墊導(dǎo)軌、氣泵、光電門(mén)(2個(gè))、滑塊及遮光條、滑輪、掛鉤及槽碼、數(shù)字計(jì)時(shí)器、毫米刻度尺、游標(biāo)卡尺等。實(shí)驗(yàn)測(cè)量1.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：(1)打開(kāi)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(dòng)。(2)將兩個(gè)光電門(mén)安裝于導(dǎo)軌的不同位置處,按數(shù)字計(jì)時(shí)器的使用方法,用線(xiàn)纜將兩個(gè)光電門(mén)與主機(jī)相連,連接電源,打開(kāi)開(kāi)關(guān),檢查數(shù)字計(jì)時(shí)器工作是否正常。實(shí)驗(yàn)測(cè)量2.測(cè)量滑塊的速度用游標(biāo)卡尺測(cè)出遮光條的計(jì)時(shí)寬度Δs,槽碼帶動(dòng)滑塊在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng),讓滑塊從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),分別記錄滑塊經(jīng)過(guò)兩個(gè)光電門(mén)的時(shí)間Δt1、Δt2,填入實(shí)驗(yàn)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(cè)量,由v=Δs/Δt可求出滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度。

實(shí)驗(yàn)測(cè)量將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及經(jīng)計(jì)算得到滑塊通過(guò)光電門(mén)的速度和滑塊的加速度填入實(shí)驗(yàn)記錄表中。1.前后幾次實(shí)驗(yàn)中測(cè)出的加速度是否大致相同？你能用速度和加速度的知識(shí)初步解釋這一現(xiàn)象嗎？

2.在實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生哪些實(shí)驗(yàn)誤差？如何減小這些實(shí)驗(yàn)誤差？

3.若在氣墊導(dǎo)軌上安裝多個(gè)光電門(mén)測(cè)量速度，從開(kāi)始釋放滑塊開(kāi)始記錄時(shí)間，作出的v-t圖像是怎樣的？是否過(guò)坐標(biāo)軸原點(diǎn)？交流討論為了測(cè)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(guò)兩個(gè)光電門(mén),配套的數(shù)字毫秒計(jì)記錄了遮光板通過(guò)第一個(gè)光電門(mén)的時(shí)間為Δt1=20ms(1ms=10-3s),