同學們,我們之前研究過勻速直線運動的規律。后來,來到實驗室打點計時器加速度公式,大家看到了新穎的打點計時器,興奮地用清晰的點打出了幾個音符。如何才能準確計算出汽車在打印紙帶上某一點的速度呢?
如圖所示,一名學生在實驗室里用紙膠帶打字。圖中從1到7共有七個計數點??。已知每兩個計數點之間有4個未標記點。可以看出,每兩個計數點之間的時間間隔為T=0.10s。根據紙帶打印計數點4時如何求小車的瞬時速度?
根據瞬時速度的定義公式
,t越小,瞬時速度越準確。如果我們使用
近似求出第4點的速度,雖然時間比較短,但是這樣算出的速度比第4點的真實速度要小;如果我們使用
通過近似計算點4的速度。這樣算出的速度比第4點的真實速度要大,不準確。如果我們使用
,即對上述兩種方法計算出的速度進行平均,這樣計算出的速度就會更接近點4的真實速度。有同學可能會問點2到點6的距離是否可以除以時間間隔?由于時間間隔較長,該方法的準確性較差。因此,求出紙帶上某一點的瞬時速度的最佳方法是用該點前后兩個相鄰點之間的距離除以相應的時間。現在:
等等。
2、想想如何利用打點定時器打印的紙帶來尋找加速度?
如何更客觀地計算紙帶上的加速度?根據勻變速直線運動的特殊定律,相鄰等時間間隔之間的位移差為常數,即:
。對于上面的紙膠帶,如果我們使用
然后求平均值:
帶入即可得到:
。
同學們,你們覺得這個方法怎么樣?科學嗎?從最終結果來看,該方法只取了6段位移中的2段,無法反映整個過程的平均加速度,浪費了中間數據。這樣做會導致計算結果誤差較大,這并不是最好的。方法。
3.想想是否還有更好的辦法?是的,方法就是逐差法!
如果用線段4的位移減去線段1的位移,可以得到:
將線段5的位移減去線段2的位移,可得:
, 等等,
然后求平均值:
,該方法考慮了全部6個位移打點計時器加速度公式,可以有效減少偶然誤差。我們稱這種方法為逐差法。哈哈,逐一區別法,來啦!
同學們,仔細想一想,逐差法其實可以看成是把紙帶分成時間間隔相等的兩段進行處理:
留學之路,(n為位移段數的一半),但這種處理只是便于數學上記憶和計算,但并沒有改變通過平均來減少實驗誤差的物理思想!
問題:求速度所需的時間趨于0,但每段位移都用來求加速度。理念有什么不同?
關于逐差加速的方法,請關注我們后續的討論。