簡(jiǎn)析加速度的實(shí)際測(cè)量方法

對(duì)運(yùn)動(dòng)物體而言，加速度是一個(gè)非常重要的物理量，是連接力和運(yùn)動(dòng)的橋梁。因此，測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的加速度是很有必要的。

同時(shí)，加速度也是高考必定要考查的知識(shí)點(diǎn)之一。在中學(xué)物理中，測(cè)量實(shí)際運(yùn)動(dòng)物體的加速度的方法有很多，而且都源于簡(jiǎn)單的物理模型。本文列舉了兩種方法。

一、分析照片的方法

例1.為了測(cè)定某輛轎車在平直路上啟動(dòng)時(shí)加速度（轎車啟動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)可近似看做勻加速運(yùn)動(dòng)），某人拍攝了一張?jiān)谕坏灼隙啻纹毓獾恼掌?，如圖1所示，如果拍攝時(shí)每隔2s曝光一次，轎車車身總長(zhǎng)為4.5m，那么這輛轎車的加速度約為多少m/s（取一位有效數(shù)字）？

解析：由題意知小轎車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，拍攝時(shí)每隔2s曝光一次，即圖中小轎車位置變換的時(shí)間間隔T=2s。

又因?yàn)檐嚿黹L(zhǎng)4.5m，占標(biāo)尺上的3格，因此每一格代表L0=1.5m。

由圖可以讀出小轎車在第一個(gè)2s內(nèi)位移X1=8L0=12m，第二個(gè)2s內(nèi)位移為X2=13L0=19.5m，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可求得加速度。

設(shè)轎車的加速度為a，由分析知小轎車在連續(xù)兩個(gè)2s內(nèi)位移分別為X1=12m，X2=19.5m.由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律得

X2-X1=aT2

解得a≈2m/s2

在高中物理中，有一個(gè)實(shí)驗(yàn)：研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)。在實(shí)驗(yàn)中，讓紙帶穿過(guò)固定的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并連在小車的后面。當(dāng)小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打上一系列點(diǎn)。我們根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)，選用合適的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，就可以求出小車的加速度。

通過(guò)照片分析小轎車的加速度，正是源于這個(gè)實(shí)驗(yàn)。照片中小車的位置，就相當(dāng)于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一系列點(diǎn)，通過(guò)分析，比較容易的獲悉運(yùn)動(dòng)物體的加速度。

二、分析彈簧形變的方法

例2．慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于彈道式導(dǎo)彈工程中，這個(gè)系統(tǒng)的重要元件之一是加速度計(jì)。加速度計(jì)構(gòu)造原理的示意圖如圖2所示：沿導(dǎo)彈長(zhǎng)度方向安裝的固定光滑桿上套一質(zhì)量為m的滑塊，滑塊兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連；兩彈簧的另一端與固定壁相連，滑塊原來(lái)靜止，彈簧處于自然長(zhǎng)度，滑塊上有指針，可通過(guò)標(biāo)尺測(cè)出滑塊的位移，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行制導(dǎo)。設(shè)某段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運(yùn)動(dòng)，指針向左偏離0點(diǎn)的距離為s，則這段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度為（ ）。

A．方向向左，大小為ks/mB．方向向右，大小為ks/m

C．方向向左，大小為2ks/m

D．方向向右，大小為2ks/m

解析：由題意“沿導(dǎo)彈長(zhǎng)度方向安裝的固定光滑桿”可知，固定桿與滑塊之間無(wú)摩擦力作用。也就是導(dǎo)彈長(zhǎng)度方向，滑塊只受到兩個(gè)彈簧作用于它的彈力。

這樣當(dāng)在某段時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)彈沿水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，固定在滑塊上的指針向左偏離其平衡點(diǎn)o的距離為s時(shí)，與滑塊左方相連的彈簧被壓縮了s長(zhǎng)度，而與滑塊右方相連的彈簧被拉伸s長(zhǎng)度。

因此在此時(shí)段，滑塊受到的彈性力的合力的方向水平向右，大小為2ks。于是由牛頓第二定律就可以得出，在此時(shí)段導(dǎo)彈沿水平運(yùn)動(dòng)的加速度的方向?yàn)樗较蛴遥铀俣鹊拇笮?ks/m。故正確選項(xiàng)為D。

盡管課本中未曾見過(guò)“慣性制導(dǎo)系統(tǒng)”、“彈道式導(dǎo)彈工程”、“加速度計(jì)”等知識(shí)，學(xué)生初見此題可能會(huì)不知所措。但是在中學(xué)物理教材（人教版必修一）的《彈力》一節(jié)，涉及到這個(gè)情境：彈簧發(fā)生形變，使小車受到彈力，從而使小車產(chǎn)生加速度。這正是題目中介紹的加速度計(jì)的基本原理。

高考物理將更加強(qiáng)調(diào)物理學(xué)與技術(shù)的結(jié)合，突出實(shí)踐性和應(yīng)用性，注重考察學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。試題往往從技術(shù)角度展示物理學(xué)，設(shè)置新的物理情境，這也是很多考生感到不適應(yīng)的。因此，要注重挖掘物理模型，題海無(wú)限，模型有限。