测速度的几种方法..ppt
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1、一、利用打点计时器测速一、利用打点计时器测速【例例 1】如图如图 829 所示,某同学在做所示,某同学在做“研究匀研究匀变速直线运动变速直线运动”的实验中,由打点计时器得到一条表的实验中,由打点计时器得到一条表示小车运动过程的清晰纸带,纸带上两相邻计数点的示小车运动过程的清晰纸带,纸带上两相邻计数点的时间间隔为时间间隔为 T0.10 s,其中,其中s17.05 cm、s27.68 cm、s38.33 cm、s48.95 cm、s59.61cm、s610.26 cm,则,则 A 点处瞬时速度的大小是点处瞬时速度的大小是_m/s,小车运动,小车运动的加速度计算表达式的加速度计算表达式_,加速度的,
2、加速度的大小是大小是_m/s2.(结果保留两位有效数字结果保留两位有效数字)图 829点评:点评:纸带处理方法:用平均速度理方法:用平均速度计算瞬算瞬时速速度,用逐差度,用逐差法计算加速度法计算加速度测测量原理分析:量原理分析:例如:如图所示,是利用频闪照相研究自由例如:如图所示,是利用频闪照相研究自由落体运动的示意图闪光频率为落体运动的示意图闪光频率为10Hz的闪光的闪光器拍摄的照片中器拍摄的照片中A球有四个像,像间距离已在球有四个像,像间距离已在图中标出,单位为图中标出,单位为cm,可以计算出,可以计算出A球在球在3位位置的速度置的速度2m/s测量原理分析:测量原理分析:匀变速直线运动中,
3、中间时匀变速直线运动中,中间时刻刻速度速度等于这段时间内的平均速度。等于这段时间内的平均速度。计算计算测测出出2,3两点速度后还可算出两点速度后还可算出A球下落的加速球下落的加速度,既当地重力加速度度,既当地重力加速度g。二二.频闪照相测速频闪照相测速问题:频闪摄影是研究变速运动常用的手段。频闪摄影是研究变速运动常用的手段。在暗室中照相机的频闪快门处于常开状在暗室中照相机的频闪快门处于常开状态,频闪仪每隔一定时间发出一次短暂态,频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈的闪光,照亮运动的物体,于是的强烈的闪光,照亮运动的物体,于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置
4、。右图置。右图是小球自由落下时是小球自由落下时的频闪照片的频闪照片示意图,频闪仪每隔示意图,频闪仪每隔0.04s闪光一次。如闪光一次。如果要通过这幅照片测量自由落体的加速果要通过这幅照片测量自由落体的加速度,可以采取哪几种方法?(图中数字度,可以采取哪几种方法?(图中数字的单位是厘米)的单位是厘米)00.83.27.112.519.6x1x2x3x4x5例如:例如:“神舟神舟”六号载人飞船发射时,某记者六号载人飞船发射时,某记者为了拍摄飞船升空的美好瞬间为了拍摄飞船升空的美好瞬间,采用照相机的采用照相机的光圈光圈(控制进光量的多少控制进光量的多少)是是16,快门(暴光时,快门(暴光时间)是间)
5、是1/60s拍照,得到照片中飞船的高度是拍照,得到照片中飞船的高度是h,飞船上,飞船上“神舟六号神舟六号”四字模糊部分的高度四字模糊部分的高度是是L,已知飞船的高度是,已知飞船的高度是H。由以上数据可粗。由以上数据可粗略求出拍照瞬间飞船的瞬时速度为略求出拍照瞬间飞船的瞬时速度为。测测量原理分析:量原理分析:该测该测速原理同光速原理同光电测电测速器一速器一样样,由于由于“神舟六号神舟六号”四字模糊部分的高度是四字模糊部分的高度是L L,可以,可以算出算出飞飞船在船在t=1/60st=1/60s内内飞飞行高度行高度为为 ,进进而由瞬而由瞬时时速度定速度定义义式算出,在拍照瞬式算出,在拍照瞬间飞间飞
6、船的速船的速度度为为 练习练习:如图所示为一小球作平抛运动的闪光照片的一部如图所示为一小球作平抛运动的闪光照片的一部分,图中背景方格的边长均为分,图中背景方格的边长均为5cm5cm,g=10m/sg=10m/s2 2,求:,求:(1 1)闪光频率;)闪光频率;(2 2)小球运动的初速度的大小;)小球运动的初速度的大小;(3 3)小球经过)小球经过B B点时的速度大小点时的速度大小(4)4)抛点坐标。抛点坐标。解:设闪光的周期为解:设闪光的周期为T,小球在竖直方向做自由落体小球在竖直方向做自由落体运动且运动且AB间竖直高度为间竖直高度为3格格,BC间竖直高度是间竖直高度是5格格,时时间间隔相等的
7、相邻两端位移之差间间隔相等的相邻两端位移之差:s=gT2,即即0.055-0.053=10T2T=0.1s频率频率f=1/T=1/0.1=10Hz又又A、B间的水平距离是间的水平距离是3格,所经时间是格,所经时间是T,且,且x=v0T初速度初速度测测量原理分析:量原理分析:三三.光电门测速光电门测速sLh光电门光电门光电门光电门测出物体经过光电门处时的速度?测出物体经过光电门处时的速度?v=d/t用光电门测量物体速度的方法还能用光电门测量物体速度的方法还能用于哪些实验?用于哪些实验?0.20.5测测量原理分析量原理分析:小物快通小物快通过过光光电门时挡电门时挡光光时间时间极短极短,根据瞬根据瞬
8、时时速度定速度定义义式,小物式,小物块块通通过过光光电门电门1的速度的速度,过过光光电门电门2的速度的速度.若若还还已知已知当地的重力加速度当地的重力加速度g和两个光和两个光电门电门之之间间的距离的距离L以以及木板与水平面及木板与水平面夹夹角角,则还则还可可测测木板表面木板表面动动摩摩擦因数。擦因数。像打点计时器一样,光电计时器也是一种研究物体运动情况像打点计时器一样,光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器,其结构如图的常用计时仪器,其结构如图9所示,所示,a、b分别是光电门的分别是光电门的激光发射和接收装置,当有物体从激光发射和接收装置,当有物体从a、b间通过时,光电计时间通过时,
9、光电计时器就可以显示物体的挡光时间。从而求出物体经过这一位置器就可以显示物体的挡光时间。从而求出物体经过这一位置时的速度时的速度 。现利用图。现利用图10所示装置测量滑块和长所示装置测量滑块和长lm左右左右的木块间的动摩擦因数,图中的木块间的动摩擦因数,图中MN是水平桌面,是水平桌面,Q是木板与是木板与桌面的接触点,桌面的接触点,1和和2是固定在木板上适当位置的两个光电门,是固定在木板上适当位置的两个光电门,与之连接的两个与之连接的两个光电计时器设有画出。光电计时器设有画出。光电计时器 光电门显示屏00.0ab图9 N N12LdPQM 1011567cm05101520此外在木板顶端的此外在
10、木板顶端的P点还悬挂着一个铅锤,让滑块从木板的顶点还悬挂着一个铅锤,让滑块从木板的顶端滑下,光电门端滑下,光电门l、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为各自连接的计时器显示的挡光时间分别为5.010-2s和和210-2s。用游标卡尺测量小滑块的宽度。用游标卡尺测量小滑块的宽度d,卡尺数,卡尺数如图图如图图11所示。所示。(1)读出滑块的宽度)读出滑块的宽度d cm。(2)滑块通过光电门)滑块通过光电门1的速度的速度v1=m/s,滑块通过光电门,滑块通过光电门2的速度的速度v2=m/s。光电计时器 光电门显示屏00.0ab图9 N N12LdPQM 105.0151.02.5四四.用平抛运动测
11、速用平抛运动测速例例 2.某一平抛的部分某一平抛的部分轨轨迹如迹如图图4所示,所示,已知已知求得求得例如:1.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。练练习习5.(955.(95年年高高考考)在在研研究究平平抛抛物物体体运运动动的的实实验验中中,用用一一张张印印有有小小方方格格的的纸纸记记录录轨轨迹迹,小小方方格格的的边边长长ll1.25cm1.25cm,若若小小球球在在平平抛抛运运动动中中先先后后经经过过的的几几个个位位置置如如图图中中的的a a、b b、c c、d d所所示示,则则小小球球平平抛抛的的初
12、初速速度度的的计计算算式式为为v v0 0(用用ll、g g表示表示),其值是,其值是 (g(g取取9.8m9.8ms s2 2)dabc解析:由平抛运动规律解析:由平抛运动规律y=gT 2=lx=v0 T v0=x/T=2l/T=代入数字代入数字 l=1.25cm=1/80 m得到得到 v0=0.70m/s 0.70m/s如图如图1所示的是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示所示的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信号间的时间差,测出被测物体的速度到的信号间的时间差,测出被测物
13、体的速度.图图2中中P1、P2是是测速仪发出的超声波信号,测速仪发出的超声波信号,n1、n2是是P1、P2由汽车反射回来由汽车反射回来的信号的信号.设测速仪匀速扫描,设测速仪匀速扫描,P1、P2之间的时间间隔之间的时间间隔t=1.0s,超声波在空气中传播的速度是,超声波在空气中传播的速度是v=340m/s.若汽若汽车是匀速行驶的,则根据图车是匀速行驶的,则根据图2求:求:(1)汽车在接收到)汽车在接收到P1、P2两个信号之间的时间内前进的距离;两个信号之间的时间内前进的距离;(2)汽车的速度)汽车的速度.五、超声波测速五、超声波测速S1-s2超声波测速仪测量车速测测量原理分析:量原理分析:所以
14、汽车接收到所以汽车接收到P1、P2两个信号之间的时间内前进的两个信号之间的时间内前进的距离为:距离为:【解析】从题中的图【解析】从题中的图2可以看出,发出超声波信号可以看出,发出超声波信号P1到接收到到接收到反射信号反射信号n1的时间为:的时间为:此时汽车离测速此时汽车离测速器器距离距离为同样可求得信号同样可求得信号P2到接收到反射信号到接收到反射信号n2的时间为的时间为:,设汽车运行设汽车运行17m的时间为的时间为t,也就是汽车接收到,也就是汽车接收到P1与与P2两个两个信号之间的时间间隔,图信号之间的时间间隔,图2可知为可知为所以汽车行驶速度所以汽车行驶速度.由于波源和观察者之间有相对运动
15、,使观察者接收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,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。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例如:一个观察者站在铁路附近,测得迎面匀速而来测得迎面匀速而来的火车汽笛声的频率为的火车汽笛声的频率为f1=440Hz,当火车驶过他身旁当火车驶过他身旁后后,测得汽笛声的频率降为测得汽笛声的频率降为f2=392Hz.运用多普勒效应运用多普勒效应可求出火车的速率。可求出火车的速率。(空气中的声速空气中的声速v=330m/s)六、六、多普勒效应测速法多普勒
16、效应测速法测测量原理分析:量原理分析:设设汽笛原来的汽笛原来的频频率率为为f f,火,火车车的速的速率率为为u u,根据多普勒效,根据多普勒效应应当火当火车驶车驶近近观观察者察者时时,观观察者接收到的察者接收到的频频率率为为 ,当火,当火车驶车驶离离观观察者察者时时,观观察者接收到的察者接收到的频频率率为为 ,由上述两式解得火由上述两式解得火车车的速率的速率。例例6(2005年高考年高考上海)一水平放置的圆盘绕竖直固定上海)一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动。在圆盘上沿半径开有一条宽度为轴转动。在圆盘上沿半径开有一条宽度为2mm的均匀狭缝。的均匀狭缝。将激光器与传感器上下对准,使二者间连线与转轴
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