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实验名称:关于水火箭发射高度计算及仰角器的制作

2014-05-18 10:56阅读:
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时间:2014.4.5
实验过程:
根据a(t)图象推出<span
lang=EN-US>s(t)图象 该方法要利用压力传感器测出水火箭每一时刻的加速度,得到一个a(t)的函数图象。根据<span
lang=EN-US>s'(t)=v(t) v'(t)=a(t) 的导函数关系可得s(<span
lang=EN-US>t)图象。
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style='font-size:12.0pt;font-family:微软雅黑;mso-bidi-font-family:宋体;mso-font-kerning:
0pt'>初中的物理中学到过,水火箭内部的水将会在高压下产生巨大的动能,从而推动水火箭向上运动。因此,水火箭在上升过程中会有一个向上的加速度,当然,这个加速度是随时间变换而变化的,每一时刻都不相同。比如她的图象是这样的:<span
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style='font-size:12.0pt;font-family:微软雅黑;mso-bidi-font-family:宋体;mso-font-kerning:
0pt'>加速度的变换是不均匀的。
高中知识,路程关于时间的图象的导函数是速度关于时间的图。速度关于时间的图的导函数是加速度关于时间的图。因此知道加速度关于时间的图倒推回去,就可以知道要用到积分思想。<span
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高中物理中,要求匀加速直线运动的vt图,就是把<span
lang=EN-US>a(t)图不断细分成一小段一小段,然后求出每一个小段的面积(近似长方形),累加得到速度的图象。<span
lang=EN-US>
同样,如图所示,如果把这个图细分成多个小长方形,比如分成<span
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-US>10个那么每个小长方形的宽是0.25,高就是对应的加速度,相乘得到在这个时刻的水火箭的速度,然后依次算好其他的点,最后在坐标图上画出这些点,并连起来,得到速度关于时间的图。当然,分成十个太少了,会很不准确。因此,要将其分为∞个长方形。<span
lang=EN-US>
同理,v(<span
lang=EN-US>t)积分后得s(t)图<span
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知道s(<span
lang=EN-US>t)图就可以知道水火箭飞行的高度,依照上面方法算出来的只是水火箭有动力,也就是有向上的加速度时的图象。最后还有一段距离是依靠惯性向上飞行的,所以要算出水火箭在向上的加速度等于<span
lang=EN-US>0时那一时刻的速度,然后依照机械能守恒算出后面一段依靠惯性飞行的路程,再加上前面的路程,最后得到总路程。<span
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误差:
如果按照上面的方法,则水火箭必须竖直向上飞,也就是说要采集竖直向上的加速度。当然,水火箭发生偏斜是一定的,所以要采集竖直方向的加速度数据,所以要保证加速度传感器一直处于竖直向上的状态。所以,我是这样想的:让加速度传感器置于一个不稳定结构内,无论水火箭怎么倾倒,加速度传感器将一直保持竖直位置,就如水面上一个浮球,下面连接重物,无论水波怎么变,浮球一直是竖直位置。<span
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仰角测量器:
上次提到关于仰角的测量高度,如果直接用肉眼观察的话,很难得到准确数值,所以需要借助仰角测量器这一工具这个工具很简单,完全可以自己做。<span
lang=EN-US> 用量角器或者自己用硬纸板画一个刻度盘。
将一个重物挂在量角器上,要挂在中间,使其自由悬挂后和量角器的刻度盘上的九十度重合。一般量角器的下边都会有一个洞,这样可以很方便的悬挂重物。<span
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<span
style='font-size:12.0pt;font-family:微软雅黑;mso-bidi-font-family:宋体;mso-font-kerning:
0pt'>在量角器上加一个卡口,当重物绕原点转动时,卡口也随摆线移动,这样就可以记录仰角最大值。
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style='font-size:12.0pt;font-family:微软雅黑;mso-bidi-font-family:宋体;mso-font-kerning:
0pt'>把这个装置粘在一根管子前端,管子的长度要适中,直径不能太小一般直径在3厘米左右就行。<span
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仰角器便做好了。当水火箭起飞后,眼睛透过管子扑捉水火箭的位置,最后得到最大仰角值记录下来就行<span
lang=EN-US>
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style='font-size:12.0pt;font-family:微软雅黑;mso-bidi-font-family:宋体;mso-font-kerning:
0pt'>风筝线测高度
我想到一个最简单的方法测高度就是将风筝线绑在瓶子上,让后释放水火箭,最后测得风筝线长得高度。这不失为一个好方法,一般的水火箭可以很方便的测量,并且物美价廉便于操作<span
lang=EN-US>.大型的水火箭竖直高度及水平偏差较大,不适合用这方法测量.

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