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瞬时速度的理解和测量下 [复制链接]

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三、实验中常见的测速方法

测量段越短,平均速度与段内某一点的瞬时速度就越接近。

但随之而来的问题是:时间这么短,如何测量?

用秒表?

不存在的,运动总时间也就0.1s,但你按表的反映时间却有0.2s,这会给测量带来巨大的误差。

所以,高中物理大大教了我们2个“神器”:打点计时器、数字计时器(光电门)。

(一)打点计时器测速

电磁计时器

打点计时器是一种能够按照相同的时间间隔,在纸带上连续打点的仪器。打点频率由交流电源的频率决定:若电源频率为50Hz,则1s内打点50次,即每隔0.02s打一个点(若频率为40Hz,则1s内打点40次,即每隔0.s打一个点)。

使用打点计时器时,将纸带与运动的物体相连。接通电源后,在物体的牵引下,打点计时器便能在纸带上打下一行小点,各点之间的距离就表示相应时间间隔中物体的位移。

如图3所示,是实验得到的一条纸带,A、B、C、...是打点计时器(频率50Hz)依次打出的点,相邻点间的时间间隔为T=0.02s。

如果我们想知道D点的瞬时速度,可以用CE段的平均速度近似代表。先用刻度尺测量CE之间的距离xCE,则

虽然D点的瞬时速度与CE段的平均速度还是有差异的,但由于CE间的时间只有0.04s,所以这个差异是非常小的。大家无论是真做实验,还是做实验题,这样计算瞬时速度的方法都是完全正确的。

(二)数字计时器(光电门)测速

数字计时器可以自动记录物体运动的时间,需要与光电门相连使用(图4)。

光电门的光源和光敏管相对而放(图5),当有不透明的物体从中间通过,挡住电源射向光敏管的光时,与光敏管相连的电子电路会自动记录遮光时间的长短,并通过计时器的数码屏显示出来。

如图6所示,在遮光时间Δt内,遮光物前进的距离为d,所以遮光过程的平均速度为:

因为遮光物的宽度d通常较小,所以用该平均速度代替物体到达光源时的瞬时速度,是可以的。

如图甲所示,斜面上A、B两个位置分别放置了光电门,并与数字计时器相连(图中未画出)。

图甲

固定有挡光片的小车从斜面顶端滑下,小车经过光电门A时,计时器上显示0.05s;经过光电门B时,计时器上显示0.02s。已测得小车的长度d=4.85cm,挡光片的宽度x=0.38cm、高度h=2.00cm。

则小车到达A位置时的瞬时速度v=_______m/s。

为了更准确地测量小车的瞬时速度,应该选用_______(选填:高、矮、宽、窄)一些的挡光片。

你认为本实验为什么不直接用小车,而要把挡光片固定在小车上再做实验?

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