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球從斜面滑下的紙帶打點實驗是物理學中研究運動規律的經典實驗。實驗中,小球沿著斜面向下滑動,同時打點計時器在紙帶上每隔固定時間間隔打下一個點。通過測量和分析紙帶上相鄰點之間的距離變化,我們可以研究小球的運動特性,包括速度變化和加速度大小。
打點計時器的工作原理基於電磁振動。計時器內部的振動片在交流電的驅動下以50赫茲的頻率振動,每秒振動50次,即每0.02秒振動一次。振動片帶動複寫紙在紙帶上打點,形成等時間間隔的點跡。這種精確的時間記錄為我們分析物體的運動提供了可靠的數據基礎。
紙帶數據分析是實驗的關鍵步驟。我們首先測量相鄰點之間的距離,這些距離代表小球在每個時間間隔內的位移。利用中點時刻的平均速度公式,可以計算出小球在各個時刻的瞬時速度。進一步地,通過相鄰時刻速度的變化,我們可以求出小球的加速度,從而驗證勻加速直線運動的規律。
速度時間圖像是分析運動規律的重要工具。將實驗測得的各時刻速度數據在坐標系中標出,我們發現這些點基本上分布在一條直線上,這證實了小球確實在做勻加速直線運動。直線的斜率就是加速度的大小,通過計算可以得出小球沿斜面滑下的加速度約為5米每二次方秒。