逐差法求加速度的應用分析

2022-10-13 20:12:03 字數 2097 閱讀 1325

應用逐差法求加速度

物理實驗中,準確記錄及有效利用測量資料,具有非常重要的意義。在實驗「利用打點計時器測定勻變速直線運動的加速度」,為儘量減少偶然誤差帶來的影響,一般採取多次測量而後取平均值的方法,在處理資料時用到「逐差法」。

一、由於勻變速直線運動的特點是:物體做勻變速直線運動時,若加速度為a,在各個連續相等的時間t內發生的位移依次為x1、x2、x3、……xn,則有x2-x1=x3-x2=x4-x3=……=xn-xn-1=at2即任意兩個連續相等的時間內的位移差相等,可以依據這個特點,判斷原物體是否做勻變速直線運動或已知物體做勻變速直線運動,求它的加速度。

例1:某同學在研究小車的運動的實驗中,獲得一條點跡清楚的紙帶,已知打點計時器每隔0.02s打乙個計時點,該同學選a、b、c、d、e、f六個計數點,對計數點進行測量的結果記錄在下圖中,單位是cm。

試計算小車的加速度為多大?

解:由圖知:x1=ab=1.50cm x2=bc=1.82cm x3=cd=2.14cm x4=de=2.46cm x5=ef=2.78cm

可見:x2-x1= x3-x2= x4-x3= x5-x4=

即位移差的平均值

又則說明:該題提供的資料可以說是理想化了,實際中不可能出現x2-x1= x3-x2=x4-x3=x5-x4,因為實驗總是有誤差的。

例2:如下圖所示,是某同學測量勻變速直線運動的加速度時,從若干紙帶中選出的一條紙帶的一部分,他每隔4個點取乙個計數點,圖上註明了他對各計算點間距離的測量結果。試驗證小車的運動是否是勻變速運動?

解:x2-x1= x3-x2= x4-x3= x5-x4= x6-x5=

故可以得出結論:小車在任意兩個連續相等的時間裡的位移之差,在實驗誤差允許的範圍內相等,小車的運動是勻加速直線運動。

上面的例2只是要求我們判斷小車在實驗誤差內做什麼運動。若進一步要我們求出該小車運動的加速度,應怎樣處理呢?此時,可以應用逐差法處理資料。

由於題中條件是已知x1、x2、x3、x4、x5、x6共六個資料,應分為3組。

即加速度

全部資料都用上,這樣相當於把2n個間隔分成前n個為第一組,後n個為第二組,這樣起到了減小誤差的目的。

而如若不用逐差法而是用: ,再求加速度有:

相當於只用了x6與x1兩個資料,這樣起不到用多組資料減小誤差的目的。

很顯然,若題目給出的條件是偶數段

都要分組進行求解,分別對應 :

二、若在練習**現奇數段,如3段、5段、7段等。這時我們發現不能恰好分成兩組。考慮到實驗時中間段的數值較接近真實值,應分別採用下面求法:

三、另外,還有兩種特殊情況,說明如下:

①如果題目中資料理想情況,發現x2-x1=x3-x2=x4-x3=……此時不需再用逐差法,直接使用即可求出。

②若題設條件只有像

此時又如此時鞏固練習

1. 物體從靜止開始做勻加速直線運動,已知第4s內與第2s內的位移之差是12m,則可知:( )

a. 第1 s內的位移為3 m b. 第2s末的速度為8 m/s

c. 物體運動的加速度為2m/s2 d. 物體在5s內的平均速度為15 m/s

2.在做「研究勻速直線運動」實驗時,所用電源頻率為50hz,取下一段紙帶研究,如圖所示。設0點為記數點的起點,相鄰兩記數點間還有四個點,則第乙個記數點與起始點間的距離x1=_______cm,物體的加速度am/s2,物體經第4個記數點的瞬時速度為 v= m/s。

3.一質點做勻變速直線運動。第2s和第7s內位移分別為2.4m和3.4m,則其運動加速度a為________m/s2.

4.如圖所示,某同學在做「研究勻速直線運動」實驗中,由打點計時器得到表示小車運動過程的一條清晰紙帶,紙帶上兩相鄰計數點的時間間隔為t=0.10s,其中x1=7.05cm、x2=7.

68cm、x3=8.33cm、x4=8.95cm、x5=9.

61cm、x6=10.26cm,則a點處瞬時速度的大小是________m/s,小車運動的加速度計算表示式為加速度的大小是_________m/s2。

5. 一物體做勻變速直線運動,從某時刻開始計時,即,在此後連續兩個2內物體通過的位移分別為8和16,求:

(1)物體的加速度大小。

(2)時物體的速度大小。

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