研究步行的运动
如果你在一条直线上行进,并且保持最均匀的步伐,例如一秒钟跨两步,那么你一定认为你是在做匀速直线运动,是这样的吗?做了下面的实验,你就可能有更深的认识。
请一个同学协助你共同完成这一实验。把一条5米的纸带别在你的腰带上,纸带穿过桌上的打点计时器的带孔,启动打点计时器电源,你从背靠桌边开始均匀向前运动,如图2.1-1所示。在行进中,纸带随同你前进,留下了一系列打点的痕迹。 实验后取下纸带,以前面清楚可辨的一点作为计数零点,每隔10点圈一个计数点,标上计数点序号n,再用直尺测出各计数点到计数零点的距离dn。计数周期T=0.02×10=0.2(秒)。 某一点n的即时速度可以这样来计算:测出某计数点n到其后0.02秒的另一点间的距离△sn(注意:这一点并非计数点),求出其间的平均速度△sn/△t(△t=0.02秒),由于所取的时间很短,可以把这个平均速度看作是第n点的即时速度。用这样的方法逐一算出各计数点的即时速度。 再由公式am=(vn-vn-1)/T求出相邻计数点区间的加速度an。将上述测量数据记录在表格中。 根据上述测量数据作位移dn、即时速度vn和加速度an随时间t的变化图象。
计数点序号n |
离计数零点的位移dn(cm) |
△sn(cm) |
即时速度vn=△sn/△t(cm/s) |
加速度an=(vn-vn-1)/T(cm/s2) |
1 |
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2 |
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3 |
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6 |
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…… |
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| 根据你画出的图象思考下列问题: (1)在什么条件下可以把上述运动看成是匀速直线运动?在什么条件下不能把它看成是匀速直线运动? (2)是否速度越大,加速度也就越大?是否速度的变化越大,加速度也就越大?请根据实验结果说明加速度这个概念与速度、速度的变化有什么区别和联系。 (3)产生上述运动变化的原因是什么? 对这个问题可以通过仔细的观察寻求答案。人在走路的时候,是靠后脚对地面的作用而获得地面对人的推力的,从而产生向前的加速度。随着重心的前移,推力的大小在变化,加速度大小也就变化了。当人的前脚着地的时候,地面对人的作用是阻碍其向前运动的,因此会使人产生负的加速度,即使人做减速运动。人在不断地迈步前进的过程中,力在作周期性的变化,加速度也就作周期性的变化。
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