1.3 学生实验 测量物体运动的速度和加速度

1.3学生实验

测量物体的速度与加速度情境引入实验测量交流讨论拓展延伸当乘坐高铁时，常常能在车厢的显示屏上看到列车运行的实时时速，有没有想过，这一速度是如何得到的？

情境引入一般来说,我们可使用秒表和刻度尺直接测量物体运动的时间和位移。但当物体运动较快时,采用以上方法得到的测量值误差较大,由此计算得到的物体运动速度的误差也较大。

在实验室中，我们如何测量物体运动的速度与加速度？

气垫导轨测速系统情实验仪器介绍为减小测量过程中造成的误差,可以用气垫导轨测速系统来测量物体运动的时间和速度等信息。气垫导轨利用从导轨表面的小孔中喷出的压缩空气,在导轨表面和滑块之间形成一层很薄的气膜———气垫,滑块悬浮在导轨上,滑块在导轨上滑动时摩擦力变得极小,提高了实验的精确程度。气垫导轨和数字计时器配合使用,可测量物体运动的时间和速度实验原理测速原理:利用槽码带动滑块在导轨上运动,滑块上安装有遮光条,遮光条有一定的挡光宽度,称为计时宽度。滑块运动时,遮光条的计时宽度Δs就是Δt时间内滑块的位移。用光电门和数字计时器记录时间Δt。光电门由光源和光敏元件组成。在有光照和无光照的环境下,光敏元件的电阻值有明显差异,将电阻的变化转化为电压信号,用来控制数字计时器开始计时或停止计时。测速原理数字计时器从遮光条遮光开始计时,到遮光条不遮光停止计时。当滑块经过光电门时,安装在滑块上的遮光条会挡在光电门的光源和光敏元件之间,光敏元件检测到光线强度的变化,将信号传递给数字计时器的主机,数字计时器开始计时。当遮光条移开时,光线强度恢复正常,数字计时器停止计时,计时时间即为滑块通过遮光条挡光宽度的时间Δt。

实验视频/video/BV1f64y127qV实验器材：气垫导轨、气泵、光电门(2个)、滑块及遮光条、滑轮、挂钩及槽码、数字计时器、毫米刻度尺、游标卡尺等。实验测量1.实验准备：(1)打开气源,调整气垫导轨使其水平,让滑块可以在导轨上自由滑动。(2)将两个光电门安装于导轨的不同位置处,按数字计时器的使用方法,用线缆将两个光电门与主机相连,连接电源,打开开关,检查数字计时器工作是否正常。实验测量2.测量滑块的速度用游标卡尺测出遮光条的计时宽度Δs,槽码带动滑块在导轨上运动,让滑块从静止开始运动,分别记录滑块经过两个光电门的时间Δt1、Δt2,填入实验记录表中。保持滑块每一次都从同一位置释放,重复多次测量,由v=Δs/Δt可求出滑块经过光电门时的速度。

实验测量将实验数据及经计算得到滑块通过光电门的速度和滑块的加速度填入实验记录表中。1.前后几次实验中测出的加速度是否大致相同？你能用速度和加速度的知识初步解释这一现象吗？

2.在实验时会产生哪些实验误差？如何减小这些实验误差？

3.若在气垫导轨上安装多个光电门测量速度，从开始释放滑块开始记录时间，作出的v-t图像是怎样的？是否过坐标轴原点？交流讨论为了测定气垫导轨上滑块的加速度,滑块上安装了宽度为5mm的遮光板。滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门,配套的数字毫秒计记录了遮光板通过第一个光电门的时间为Δt1=20ms(1ms=10-3s),