利用视频追踪法测量运动的加速度

赵 霞,张增明

(中国科学技术大学 物理学院,安徽 合肥 230026)

大学物理基础实验通常是指在实验室环境下采用专业的实验仪器完成相关实验内容的课程. 疫情期间，在通过实验室完成实验较为困难的情况下，本着停课不停学，各高校积极开展线上教学[1-4]，利用居家条件指导学生开展各项物理实验. 在非实验室环境下，力学实验比较容易完成. 大学物理实验中，研究物体沿斜面运动的实验通常在气垫导轨上进行. 本文选用常见的居家用品搭建实验装置，利用手机拍摄和视频追踪软件Tracker[5]，研究了物体沿斜面的下滑过程，通过数据拟合，获得了物体运动的加速度，并讨论了物体下滑过程中纯滚动与滑动的临界条件.

1 实验原理和装置

1.1 实验原理

图1 简易的匀加速运动系统

伽利略指出，物体沿斜面运动与物体垂直下落的运动(自由落体)具有相似的特征.所以居家情况下，学生可以利用带有标准刻度的直尺垫在具有一定厚度的支撑物上构造斜面，并选择圆柱形或球形物体沿斜面滚下，从而构成简易的匀加速运动系统，如图1所示. 若要获得物体的运动速度或加速度，需要知道该物体的运动时间和位移的关系. 由于物体下滑的过程很快，所以在实验室里通常采用光电门获得其速度和加速度.

在非实验室的情况下，如何获得具体的时间和相应位移成为了该实验的难点. 如前所述，居家环境下，直尺构造的斜面比较短，所以物体下滑的……