求解纸带问题由于方法多、误差大等因素的影响,致使思路不清晰,方法不明确,结果不精确。现从通常所求的四个物理量着手,分别介绍所用方法,形成一套完整的解决此类问题的路子,遇到此类问题时就会游刃有余。
1.物体的运动情况判断:常用位移差法判断物体的运动情况,即纸带上的任意两计数点间的距离是否满足关系式
。设相邻点之间的位移分别为
(1)若
,则物体做匀速直线运动。
(2)若
,则物体做匀变速直线运动。
2.位移x:指两个计数点之间的距离,一般可用刻度尺测量得到。
3.瞬时速度v:求某一计数点(或计时点)的瞬时速度v,一般利用平衡速度法。即
,或由匀变速直线运动规律:中间时刻的瞬时速度等于相邻时刻的速度的平均值,即
。
4.加速度:一般有两种方法
(1)利用逐差法求加速度,若为偶数段,设为6段,则
,
,
,然后取平均值,即
或由
直接求得;若为奇数段,则中间段往往不用,如5段,则不用第三段,则
,然后取平均值,即
;或由
直接求得。这样所给的数据充分得到利用,提高了准确程度。
(2)先求出第n点时纸带的瞬时速度
(一般要5点以上),然后作出
图象,用
图象的斜率求物体运动的加速度。
例.在测定匀变速直线运动的加速度的实验中,用打点计时器记录纸带运动的时间,计时器所用电源的频率为50Hz,如图1所示为小车带动的纸带上记录的一些点,在每相邻的两点中间都有四个点未画出。按时间顺序取0、1、2、3、4、5六个点,用米尺量出1、2、3、5点到0点的距离如图1所示。试求:
图1
(1)小车做什么运动?
(2)当打第3个计数点时,小车的速度为多少?
(3)若小车做匀变速直线运动,小车的加速度为多少?
解析:
(1)因为电源频率为50Hz,则打点周期
,每相邻两个点之间有四个计数点未画出,所以得到相邻计数点间的时间间隔为
。
设相邻计数点之间的位移间隔为
由图可得相邻计数点间的位移
分别为:
;
。
所以相邻两计数点间的位移差分别为:
;
同理,
。
在误差允许的范围内,可近似认为
,即连续相等的时间内的位移差相等,所以小车做匀减速直线运动。
(2)根据匀变速直线运动的规律可得:
(3)①利用逐差法
负号表示加速度方向与初速度方向相反
或用
求得。
②利用图象法
同理
由
得
同理得
作出图象如图2所示,求出斜率即为加速度大小值。
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