速度?它比这个瞬时度略大些还是略小些? (2)汽车运动的最后1s的平均速度是多少?汽车的末速度是多少? 3.图1.3·6是京九铁路北京西至深圳某一车次运行的时刻表,设犬车在毒个车站郄能 准点到达,准点开出 (1)T107次列车由北京西站开出直至到达聊城站,运行的平均速度是多少? (2)T107次列车由聊城站开出直至到达菏泽站,运行的平均逵度是多少? 章运动的描述 (3)T108次列车在9时30分的瞬时逵度是多少? 实验:用打点计时器测速度 电磁打点计时器电磁打点计时器是一种计时仪器。它使用交流电源,由学生电源供 电,工作电压在6V以下。当电源的频率是50Hz时,它每隔0.02s打一个点。 电磁打点计时器的构遣如图141所示。通电以前, 把纸带穿过限位孔,再把套在轴上的复写纸片压在纸带 线图 的上面。接通电源后①,在线圈和永久磁铁的作用下, 振片 振片便振动起来,带动其上的振针上下振动。这时,如 据针 果纸带运动,振针就通过复写纸在纸带上留下一行小点 永久磁铁 如果把纸带跟运动的物体连在一起,即由物体带动 纸带 纸带一起运动,纸带上各点之间的距离就表示相应时间 复写纸 限位孔 间隔中物体的位移。由这些点的位置,我们可以了解物 图14-1电磁打点计时器 体的运动情况。 电火花计时器电火花计时器的计时原理与电磁打 缩出正脉冲的接线柱 点计时器相同,不过在纸带上打点的不是振针和复写 缩出负脉冲 的接线柱 纸,而是电火花和墨粉。 墨粉纸盘 使用时,墨粉纸盘套在纸盘轴上,把纸带穿过限位 孔。当接通电源、按下脉冲输出开关时,计时器发出的 脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴,产生火花放电 纸带 (图142),于是在运动的纸带上就打出一行点迹。当电 图142电火花计时器 源频率是50Hz时,每隔002s打一次点。 ①打点计时器只能连续工作很短时间,打点之后要立即关闭电源 19
高中物理第c册 这种计时器工作时,纸带运动时受到的阻力比较小,实验误差也就比较小。 电磁打点计时器和电火花计时器打点的时间间隔都是0.02s,所以今后的叙述中不再 区分,统称打点计时器。 练习使用打点计时器打点计时器是高中物理实验中常用的仪器,用它进行实验之前 应该事先熟悉它的使用方法。 1.了解打点计时器的结构,然后把它固定在桌子 2.把纸带装好。 3.启动电源,用手水平地拉动纸带,纸带上就打出 行小点。随后立即关闭电源。 4.取下纸带,从能够看清的某个点开始,往后数出 若干个点。如果数出n个点,这些点划分出来的间隔数 图143用打点计时器 是多少?由此计算出纸带从第一个点到第n个点的运动 测量手拉纸带的速度 时间。 5.用刻度尺测量出第一个点到第n个点的距离。 在进行实际测量之前,自己设计一个表格,用来记录以上测量值。 b:···;· 0.1s 图144这是按实际大小画出的一条纸带。在打出D、G 这两个点的时间间隔中,纸带运动的平均速度是多少? 考与讨论 怎样根据纸带上的点迹计算纸带的平均迷度? 如果纸带上的点迹分布不均匀,那么,点迹密集的地方表示运动的逹度较大还 是较小? 用打点计时器测量瞬时速度在图144的例子中,测量后计算得出的是D、G两点间 的平均速度。如果我们不要求很精确,用这个平均速度粗略地代表E点的瞬时速度,也未尝 不可。然而,如果把包含E点在内的间隔取得小一些,例如图145中的DF,那么根据D、F 两点间的位移Ax和时间A,算出纸带在这两点间的平均速度D=x,用这个平均速度代 表纸带经过E点时的瞬时速度,就会更准确。 20
△x 006s 章 图145可以大欧表示E点的时速度,D.、F两点离E越近,算出的平均速度越接近E 动 点的附时速度。然面D、F两点距离过小则测量误差增大。应该根据实际情况选取这两个点。 的 下面测量你自己用手拉纸带的速度。为了描述速度变化的情况,请你根据纸带上的点, 每隔0.1s(或更短些的时间)计算一次速度。先在纸带上用数字0,1,2,…,5标出这些计数 点,然后仿照图145的办法,测量包含这个点的一段位移Ax,记录在表1中,同时记录对应 的时间M 表1手拉纸带在几段时间中的位移和平均运度 位置 △xm △/s (ms-) 从器材上直接读取的数 上表中算出的v是0,1,2,…,5各点附近的平均速 据是原始数据。原始数据是 度,把它们当做计时器打下这些点时的瞬时速度,抄入表2。 宝贵的实验资料,要整齐地 点0作为计时的开始,【=0 录、妥瓣保存 表2手拉纸带在几个时刻的瞬时速度 位置 通过表2可以看出手拉纸带运动速度的变化情况。 用图象表示速度许多变化过程,如气温的变化、股票的跌涨、传染病发病人数的增 减……可以用图象展示,目的是更直观地反映变化的规律。图象是表示变化规律的好方法。 物体的运动也可以用图象描述。以速度υ为纵轴、时间t为横轴在方格纸上建立直角坐 标系,根据表2中的D、t数据,在坐标系中描点。图1.46甲是根据某同学的实测数据所描 的点,从这些点的走向能够大致看出纸带速度的变化规律。为了更清晰些,可以用折线把这 21
高中物理第c册 些点连起来(图146乙)。然而,速度的实际变化总是比较平滑 在作线“批合”坐标系 的,所以,如果用一条平滑曲线来“拟合”坐标系中描出的点, 中的点时,要注“顺”“平 曲线反映的规律会与实际情况更接近(图146丙)。 君,如果向些点难以在曲 线上,应该使它们大致均句 如图1.46丙那样描述速度与时间t关系的图象,叫做 地分布在曲线两侧,为了使 运度一时间图象或vr图象( D-f graph) 拟合曲线能较好地反映客观 看一看你得到的t图象,你的手的运动速度是怎样变化 规律、根据买验数据作出的 的? 点不能木少,至少要得.6个 (ms1) w(m-s) 图146某间学手拉纸带运动的0t图象 说一说 百米赛跑时运动员的速度从始至终不变吗?如果有变化、你估计是怎样变化的?某位运动员百米 赛跑的成绩是10.57s.按照你的估计画出他在这段时间的vt图象的草图。 如果是没有受过训练的同学跑百米,他的vt图象的形状可能有什么不同? 一敞 借助传感器用计算机测速度 随着信息技术的发展.中学物理的实验手段也在不断进步。用“运动传感器”把物体在木板上或 导轨上运动的位移、时问转换成电信号,经过计算机的运算,可以立刻在荧光屏上显示物体运动的速 度,甚至能在几秒内自动绘出运动的 U图象。这样,同学们就可以减少重 连接到 复性操作,用更多的时间和精力对物计算机 理过程进行分析 图147是一种运动传感器的原理 图,这个系统由A、B两个小盒子组成 图1A-7用传感器测速度的原理 A盒装有红外线发射器和超声波发射 22
器,B盒装有红外线接收器和超声波接收器。A盒固定在被测的运动物体上,B金固定在桌面上或滑 轨上。测量时A向B同时发射一个红外线脉冲和一个超声波脉冲(即持续时间很短的一東红外线和 束超声波),B盒收到红外线脉冲时,开始计时,收到超声波脉冲时计时停止。根据两者的时差和空 气中的声速,计算机自动算出A与B的距离(红外线的传播时间可以忽略)。雷雨时可以根据闪电与 雷声的时差来计算雷电发生地的距离.与这里计算A、B间距离的道理是一样的。 经过短暂的时间△后,传感器和计算机系统自动进行第二次测量,得到物体的新位置。算出两 个位置差,即物体运动的位移Ax.系统按照U=算出速度,显示在黄光屏上。所有这些操作都可 章运动的描述 在不到1s的时间内自动完成 还有另外一种运动传感器。如图149.这个系统 只有一个不动的小盒子B。工作时小金B向被测物体发 出短暂的超声波脉冲,脉冲被运动物体反射后又被B 盒接收。根据发射与接收超声波脉冲的时间差可以得 到B盒与运动物体的距离。这个道理与雷达测距的道 理一样 有条件的学校应该试一试 图148实验室用来测速度的运动传感器 连接到 计算机 防方间 图149另一种运动传感器的工作原理 料学技步 气垫导轨和数字计时器 研究物体的运动时,除了使用打点计时器计时 外,还常用到数字计时器。 数字计时器常与气垫导轨配合使用(图1410)。 气垫导轨上有很多小孔,气系送来的压缩空气从小孔 喷出,使得滑块与导轨之问有一层薄薄的空气,两者 不会直接接触。这样,滑块运动时受到的阻力很小 图14-10气垫导轨 实验的精确度能大大提高。 23