21-2瞬时速度测量方法

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1、专题21-2六种瞬时速度测量方法一、运用“物体运动规律”测速方法的研究依据物体运动规律，结合瞬时速度的定义式可以测出物体的瞬时速度。1、瞬时速度定义瞬时速度是精确反映物体在任一时刻的运动快慢与方向的物理量。它是一个矢量。等于位矢的导数，也就是时，平均速度的极限，即，它的方向即运动路径在该点的切线方向。2、测速原理根据瞬时速度的定义，测速的关键是测出物体在微小时间内发生的微小位移。然后便可由，求出物体在该位置的瞬时速度。这样瞬时速度的测量便转化成为微小时间和微小位移的测量。3、测速方法依据以上测速原理，笔者设计了三种测速方法。方法一：直接测微小位移和微小时间法对运动物体我们可

2、采用光电计时器、照相机、超声波测速仪等工具来记录物体在微小时间内的位移。具体如下：1）、光电计时器测速例如：光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间，图中MN是水平桌面，Q是木板与桌面的接触点，1和2是固定在木板上适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出，让滑块d从木板的顶端滑下，光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为和，小滑块d的宽度为0.5cm。可测出滑块通过光电门1的速度v1=_____m/s，滑块通过光电门2的速度v2

3、=_____m/s。2）、照相机拍照测速例如：“神舟”六号载人飞船的发射时，某记者为了拍摄飞船升空的美好瞬间,采用照相机的光圈(控制进光量的多少)是16，快门（暴光时间）是1/60s拍照，得到照片中飞船的高度是h，飞船上“神舟六号”四字模糊部分的高度是ΔL，已知飞船的高度是H。由以上数据可粗略求出拍照瞬间飞船的瞬时速度为。3）、超声波反射测速例如、下图是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收到的时间差，测出汽车的速度。图中是测速仪发出的超声波信号，n1、n2分别是由汽车反射回来的信号。设测速仪匀速扫描，p1、、p2之间的时

4、间间隔Δt＝1.0s，超声波在空气中传播的速度是V＝340m/s，若汽车是匀速行驶的，则根据图可知，汽车在接收到p1、、p2两个信号之间的时间内前进的距离是m，汽车的速度是_______m/s3以上三种不同的测速仪器在具体使用过程中各有优缺点。光电门测速精度高，但对环境要求高，且使用麻烦，适合实验室使用。直接拍照和超声波适合粗略测速，但使用方便。实际操作中要根据具体情况灵活运用。方法二：测匀变速直线运动位移时间法物体作匀变速直线运动时有如下规律：在其运动时间中点，瞬时速度的大小等于其在该段时间内平均速度大小。应用此原理，瞬时速度的测量也转化成为位移和时间的测量。打点计

5、时器和频闪照片可作为此法测量的工具。具体如下：1）、打点计时器测速例如：用打点计时器研究小车的匀变速直线运动。将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上，实验时得到一条纸带。在纸带上便于测量的地方选取第一个计时点，在这点下标明A，第六个点下标明B，第十一个点下标明C，第十六个点下标明D，第二十一个点下标明E。测量时发现B点已模糊不清，于是他测得AC长为14.56cm、CD长为11.15cm，DE长为13.73cm，则打C点时小车的瞬时速度大小为__m/s，小车运动的加速大小为__m/s2（保留三位有效数字）。2）、频闪照片测速例如：如图所示，是利用频闪照相研究自由落体运动的

6、示意图．闪光频率为10Hz的闪光器拍摄的照片中A球有四个像，像间距离已在图中标出，单位为cm，可以计算出A球在3位置的速度2m/s．测量原理分析：速度计算原理同打点计时器测速，测出2，3两点速度后还可算出A球下落的加速度，既当地重力加速度g。方法三：测平抛运动水平位移竖直位移法．平抛运动因其水平做匀速直线运动，竖直做自由落体运动，可由其竖直高度算出其运动时间。其规律便常用来进行速度测量。例如：利用平抛运动求初速度，实验装置如图所示。根据下述数据验证动量守恒定律。球落地点与抛出点水平距离为d，平抛高度为H。那么初速度为。[例]某一平抛的部分轨迹如图4所示，已知，，，求。3二、

7、运用“特殊物理规律”测速方法的研究例。自己设计利用秒表来测量玩具小的出口速度，并写出表达式例。带电粒子在匀强磁场中的圆周运动。表达式为方法四：多普勒效应测速法由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者接收到频率发生变化的现象叫做多普勒效应。依据此原理，速度的测量便转化成了频率的测量。例如：一个观察者站在铁路附近,测得迎面匀速而来的火车汽笛声的频率为f1=440Hz,当火车驶过他身旁后,测得汽笛声的频率降为f2=392Hz.运用多普勒效应可求出火车的速率。(空气中的声速v=330m/s)。方法五：电磁感应规律测速法依据