首先我們看這樣一個題目:

題目

在這樣的題目中,重點考察的是,如何從紙帶上的點所在的位置刻度,得到勻變速直線運動的物體的加速度。在打點計時器實驗中,物體在保持不變的某個重力的作用下,做勻加速直線運動。打點計時器是一個以固定頻率在紙帶上打點的設備。現在的問題是,如何從紙帶上的點之間的距離,求出物體運動的加速度呢?

(1)首先我們需要瞭解速度-時間(v-t)曲線的物理意義,如下圖所示:

v-t 曲線的意義

如圖所示,縱坐標是物體的瞬時速度(即時速度),橫坐標是時刻(時間點,或者說是表示距離時間原點的時間跨度),那麼根據這兩個變量繪制出來的曲線就是 v-t 曲線。曲線在某點的斜率是物體在該點的瞬時加速度 a,曲線下方和橫軸之間圍成的圖形面積,是物體在這個時間段中走過的路程(距離)。對於勻變速直線運動來說,加速度 a 是恒定的,v-t 曲線是一條傾斜的直線。

紙帶上相鄰兩點的距離,就是物體在這個時間段內走過的距離,且我們已經知道,紙帶上點和點之間的時間跨度是已知的,根據打點計時器的頻率就可以得到。因此,根據 v-t 曲線的含義,我們就可以很容易得到,紙帶點距的變化和加速度的關系,如下圖所示:

紙帶點距變化量和加速度的關系

我們可以從圖中看到,做勻變速直線運動的物體,在相同的時間間隔(Δt)內走過的距離的變化量,就是上圖中相鄰兩個梯形面積的差,也就是圖中紅色的矩形小方塊的面積,小方塊的水平邊是 Δt,小方塊的豎直邊是物體在這段時間裡增加的速度,即 a Δt ,因此兩個邊長的乘積就是小方塊的面積:a Δt²。這樣我們就得出瞭重要的結論:

紙帶上相鄰的點距離變化量 = a Δt²
其中:a 是加速度,Δt 是相鄰兩點之間的時間間隔。