研究匀变速直线运动

斜面滑行 · 逐差法 · v-t 图 · 中间时刻法 · 高中力学
高考必考
调节倾斜角 · 开电源 · 释放小车
垫块 50.0Hz 电源 计时器 OFF 点击开启 200g 拖住松手释放 θ = 8.0° 拖拽垫块调节角度 纸带分析 释放小车后,点击纸带上的点选为计数点 0 2 4 6 8 10 cm

实验引导

1调角度:拖拽垫块调节倾斜角(3°~15°)
2开电源:点击电源开关
3释放小车:拖住小车松手,沿斜面下滑
4选计数点:纸带上选 6~7 个等间距计数点
5分析数据:中间时刻法求 v,逐差法求 a

实时参数

加速度 a (逐差法)
m/s²
加速度 a (v-t图)
m/s²
倾斜角 θ8.0°
理论加速度
已选计数点0 个
纸带状态待打点

间距与速度

s(cm)v(m/s)t(s)
选计数点后自动填充

v-t 图

t / s v / (m/s)

逐差法计算

分组方式待选点
逐差法 a待计算
v-t 图斜率 a待拟合
差值

中间时刻法求瞬时速度

某计数点的瞬时速度等于前后两段位移之和除以总时间 2T。

这是匀变速运动的性质:中间时刻的瞬时速度等于该段的平均速度。

考点:中间时刻法是所有纸带类实验的通用方法,必须掌握。

逐差法求加速度

将 n 段间距分成前后两组(各 n/2 段),对应间距相减再取平均。

6 段分法:a = [(s₄-s₁) + (s₅-s₂) + (s₆-s₃)] / (9T²)

4 段分法:a = [(s₃-s₁) + (s₄-s₂)] / (4T²)

考点:逐差法充分利用数据,比只用首末两段求 a 更精确。偶数段才能用!

v-t 图验证匀变速

若 v-t 图上各点近似在一条直线上,则运动为匀变速直线运动。

斜率 = 加速度 a,与逐差法结果应一致。

若 v-t 图不过原点 → 小车有初速度(释放不完美)。

高考考点:v-t 图的斜率含义、截距含义、面积含义。

误差分析

摩擦力:纸带穿过计时器有摩擦 → 实测 a 略小于理论值 g(sinθ - μcosθ)。

计数点间距:应选取等间距的计数点(每隔固定个打点取一个),否则逐差法不适用。

释放不当:推动小车释放会有初速度,v-t 图截距不为零。

考点提醒:为什么纸带前几个点间距很密?因为刚释放速度小。应从间距明显增大处开始选点。

典型例题

题目:纸带上 6 段间距依次为 s₁=2.40, s₂=3.20, s₃=4.00, s₄=4.80, s₅=5.60, s₆=6.40 cm(T=0.04s)。用逐差法求加速度。

a₁ = (s₄-s₁)/(3T²) = (4.80-2.40)/(3×0.04²) = 500 cm/s² = 5.00 m/s²
a₂ = (s₅-s₂)/(3T²) = (5.60-3.20)/(3×0.04²) = 500 cm/s² = 5.00 m/s²
a₃ = (s₆-s₃)/(3T²) = (6.40-4.00)/(3×0.04²) = 500 cm/s² = 5.00 m/s²
ā = (a₁+a₂+a₃)/3 = 5.00 m/s²
或直接用公式:a = (s₄+s₅+s₆-s₁-s₂-s₃)/(9T²) = 7.20/(9×0.0016) = 5.00 m/s²
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