2020年11月23日,周一,24小時安全值班。利用當班中午的時間,微主在創客空間測試了自閃爍發光二極管在勻加速運動中的效果,結果還比較滿意。
將小車放置在傾斜的軌道上,將自閃爍發光二極管和紐扣電池構成頻閃光源,放置在小車上。將智能手機的照相機調整到“流光快門”模式,啟動快門,放開小車,相機就記錄下了實驗的全過程。
照片中果然出現了預料中的拖影,頻閃光源呈現的是不連續的亮線,而不是一系列的圓點。考慮到自閃爍發給二極管在一個周期的發亮時間與發暗時間相等,如果以半周期為時間間隔,將亮區和暗區依次測量,不就得到了小車在連續的半周期內的運動位移了嗎?
說干就干。將實驗照片復制到幾何畫板軟件中,用線段MN比對米尺,用線段AB、BC、CD、DE、EF分別比對五段在相等的半周期內發生的位移。然后在幾何畫板中一次計算AB、BC、CD、DE、EF與MN的比值,就得到了對應的五段位移。
測量可得,小車在相等的五個半周期內的位移分別為
SAB=0.0494m
SBC=0.0833m
SCD=0.1183m
SDE=0.1519m
SEF=0.1854m
小車在連續相等的時間間隔內的兩段相鄰的位移的差值為
SBC-SAB=0.0328m
SCD-SBC=0.0360m
SDE-SCD=0.0336m
SEF-SDE=0.0334m
觀察時間間隔相等的兩段相鄰的位移的差值可以發現,小車在連續相等的時間間隔內位移的遞增量在誤差允許的范圍內可視為相等。
在先前的實驗中,已經測量出了自閃爍發光二極管閃爍周期為0.6056秒,則其半周期為0.3028秒,利用逐差法,可以計算出得到小車的加速度為0.1132m/s^2。
需要指出的是,拖影的左端和右端都是圓點,但是圓點和拖影重疊在一起,需要小心地確定出拖影兩端的圓點的圓心位置。
實驗心得
在本實驗中,由于自閃爍發光二極管的發亮時間與發暗時間相等,自閃爍發光二極管在流光快門中形成亮線與形成暗線的時間恰好也相等,這一點正是利用自閃爍發光二極管研究勻變速直線運動的理論依據。
本實驗遺憾的地方是,閃爍周期還是相對較長,如果閃爍周期再短些,獲取的實驗數據就會更多些,也就可以用來研究快速運動物體的規律了。
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