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速度是指平均速度还是瞬时速度(如何区分是平均速度还是瞬时速度)

来源:原点资讯(www.yd166.com)时间:2022-12-03 06:20:36作者:YD166手机阅读>>

1.实验步骤

(1)把电磁打点计时器固定在水平桌面上,纸带穿过限位孔,把复写纸套在定位轴上,并且压在纸带上面;

(2)把电磁打点计时器的两个接线柱接到8 V的低压交变电源上;

(3)接通电源,用手水平拉动纸带,使纸带在水平方向上运动,纸带上就打下一系列点,随后立即关闭电源。

2.数据处理

(1)测量平均速度

①选取纸带上一点为起始点0,后面每5个点取一个计数点,分别用数字1,2,3,…标出这些计数点;

②测量各计数点到起始点0的距离x,记录在表1中;

③计算两相邻计数点间的位移Δx,同时记录对应的时间Δt;

④根据Δx和Δt计算纸带在相邻计数点间的平均速度v。

(2)测量瞬时速度

①从纸带起始点0算起,后面每3个点取一个计数点;

②测量各计数点到起始点0的距离x,记录在表2中;

③计算两相邻计数点间的位移Δx,同时记录对应的时间Δt;

④根据Δx和Δt算出的速度值就可以代表在Δx这一区间内任意一点的瞬时速度。将算出的各计数点的速度值记录在表2中。

3.误差分析

(1)利用平均速度来代替计数点的瞬时速度造成误差。为减小此种误差,应取以计数点为中间时刻的较近的两点间的位移Δx来求平均速度。

(2)测量计数点间的位移Δx带来误差。减小此误差的方法:一是取计数点时,相邻两计数点间的距离不能过小;二是一次测出各计数点到起始计数点的距离,再分别计算出各相邻计数点间的距离。

测瞬时速度的其他方法

1.借助传感器与计算机测速度

(1)如图1所示,是利用位移传感器测量速度的示意图。这个系统由发射器A与接收器B组成,发射器A能够发射红外线和超声波信号,接收器B可以接收红外线和超声波信号。发射器A固定在被测的运动物体上,接收器B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束红外线和一束超声波)。B接收到红外线脉冲开始计时,接收到超声波脉冲时停止计时。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)。

速度是指平均速度还是瞬时速度,如何区分是平均速度还是瞬时速度(1)

经过短暂的时间Δt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Δx,系统按照v=Δx/Δt算出速度v,显示在屏幕上。所有这些操作都可以在不到1 s的时间内自动完成。这样测出的速度是发射器A在时间Δt内的平均速度。然而Δt很短,通常设置为0.02 s,所以Δx与Δt之比可以代表此刻发射器A(即运动物体)的瞬时速度。

(2)另一种位移传感器,如图2所示。这个系统只有一个不动的小盒C,工作时小盒C向被测物体D发出短暂的超声波脉冲,脉冲被运动物体反射后又被小盒C接收。根据发射与接收超声波脉冲的时间差和空气中的声速,可以得到小盒C与运动物体D的距离x1、x2以及Δx和Δt,从而系统就能算出运动物体D的速度v。

速度是指平均速度还是瞬时速度,如何区分是平均速度还是瞬时速度(2)

2.利用光电门测瞬时速度

实验装置如图3所示,使一辆小车从一端垫高的木板上滑下,木板旁装有光电门,其中A管发出光线,B管接收光线。当固定在车上的遮光板通过光电门时,光线被阻挡,从记录仪上可以直接读出光线被阻挡的时间。这段时间就是遮光板通过光电门的时间。根据遮光板的宽度Δx和测出的时间Δt,就可以算出遮光板通过光电门的平均速度(v=Δx/Δt)。由于遮光板的宽度Δx很小,可以认为这个平均速度就是小车通过光电门的瞬时速度。

速度是指平均速度还是瞬时速度,如何区分是平均速度还是瞬时速度(3)

3.利用频闪照相法计算物体的速度

速度是指平均速度还是瞬时速度,如何区分是平均速度还是瞬时速度(4)

频闪照相法是一种利用照相技术每间隔一定时间曝光,从而在胶片上形成间隔相同时间的影像的方法。在频闪照相中会用到频闪灯,它每隔相等时间闪光一次,例如每隔0.1 s闪光一次,即每秒闪光10次。当物体运动时,利用频闪灯照明,照相机可以拍摄出该物体每隔相等时间的像,从而记录物体每隔相等时间所到达的位置。通过这种方法拍摄的照片称为频闪照片。图4中是采用每秒闪光10次拍摄的小球沿斜面滚下的频闪照片示意图,照片中每两个相邻小球的影像间隔的时间都是0.1 s,这样便记录了物体运动的时间。物体运动的位移则可以用尺子量出。与打点计时器记录信息相比,频闪灯的闪光频率相当于打点计时器交变电源的频率,而相同时间间隔出现的影像则相当于打点计时器打出的点迹。因此,运动物体的频闪照片既记录了物体运动的时间信息,又记录了物体运动的位移信息。至于求平均速度和瞬时速度,与分析打点计时器打出的纸带时所用的方法相同。

处理实验数据时的注意事项

(1)平均速度可由v=Δx/Δt求出。求瞬时速度时,应当取包含该点的尽可能短的时间间隔,由平均速度代替瞬时速度,同时要注意两点间距离过小带来的测量误差。

(2)注意相邻两计数点之间的时间间隔,明确周期与频率的关系T=1/f。

(3)注意纸带中涉及的字母、数据,以及数据的含义、单位,不是国际单位制的,要换算成国际单位制。

(4)注意题干要求,明确有效数字的保留规则。从左侧第一个不为零的数字起到最末一位数字止,共有几个数字,就是几位有效数字。

速度是指平均速度还是瞬时速度,如何区分是平均速度还是瞬时速度(5)

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