测量速度的18种方法
萌到你眼炸
978次浏览
2021年01月24日 18:09
最佳经验
本文由作者推荐
孩子满月祝词-敬业与乐业
测量速度的
18
种方法
新课程改 革的推进和高考改革的不断深入，高考命题更加注重新
课程理念的领航作用，
“考试内容要实现 与高中新课程内容的衔接，进
一步贴近时代、贴近社会、贴近考生实际，注重对考生运用所学知识分析问题、解决问题能力的考查。”
这是适应新课程改革的新考试观的
核心内容， 这更是新高考的命题方向。从近年高考命题来看，试题越来
越体现这一新考试观的核心内容。
而 这一类问题的选材灵活，
立意独特
新颖，要求考生能从物理情境中研究对象和物理过程，建立物 理模型，
利用相应的规律来解决实际问题。
速度是描述物体运动快慢的物理量，在日 常生活、社会实践和科学
实验中，需要对某些物体的速度进行测量，如交通车辆的速度，子弹的
速度，流体的流速，声、光的传播速度等等，那么速度测量方法有几种
方法呢？笔者对此作了归纳总结如 下，
以培养学生创造性思维和发散性
思维能力。
1.
利用计时器测速度
利用电磁打点计时器（电火花计时器）在与运动物体 相连的纸带上
打点（孔）以记录运动物体在不同时刻的位置，用刻度尺测出纸带某点
与相邻点（ 计数点）间的距离，利用
计算得出匀变速直线运动物体的
速度。
例
1
（
09
·广东理基卷
-18
）“研究匀变速 直线运动”的实验中，
使用电磁式打点计时器
(
所用交流电的频率为
50Hz )
，
得到如图
1
所示的
纸带。图中的点为计数点，相邻两计数点间还 有四个点未画出来，下列
表述正确的是
A
．实验时应先放开纸带再接通电源
B
．
(S 6
一
S1)
等于
(S2
一
S1)
的
6倍
C
．从纸带可求出计数点
B
对应的速率
D
．相邻两个计数点间的时间间隔为
0
．
02s
解析：在“研究匀变速直线运动”的实验中
,
实验时应先接通电源再
放开纸带
,A
错
.
根据相等的时间间隔内通过的位移有
,
可知(S6
一
S1)
等于
(S2
一
S1)
的
5
倍
,B
错
.
根据
B
点为
A
与
C
的中间时刻点有
,C
对
.
由于相邻的计数点之间还有< br>4
个点没有画出
,
所以时间间隔为
0.1s,D
错
.
点评：
利用
方法测定匀变速直线运动物体的速度在力学实验中经常
用到，提醒考生要掌握此方法。
2.
利用光电门测速度
光电门测速原理是把物体通过光电门的时间内认为物 体做匀速直线
运动，利用极短时间的平均速度替代瞬时速度，根据
可知，只要测出
物体的宽度和物体通过光电门的时间即可测定物体的速度。
例
2
．（
2009
·全国Ⅰ
-23
）某同学为了探究物体在 斜面上运动时摩
擦力与斜面倾角的关系，
设计实验装置如图
2
所示。长直平板 一端放在
水平桌面上，
另一端架在一物块上。
在平板上标出
A
、B
两点，
B
点处放
置一光电门，用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光 的时间。
实验步骤如下：
①用游标卡尺测量滑块的挡光长度< br>d
，用天平测量滑块的质量
m
；
②用直尺测量< br>AB
之间的距离
s
，
A
点到水平桌面的垂直距离
h1
，
B
点到水平桌面的垂直距离
h2
；
③将滑块从
A
点静止释放，由光电计时器读出滑块的挡光时间
t
；
④重复步骤③数次，并求挡光时间的平均值
；
⑤利用所测数据求出摩擦力
f
和斜面倾角的余弦值
cos
α
；< br>
⑥多次改变斜面的倾角，重复实验步骤②③④⑤，做出
f-cos
α
关系曲线。
用测量的物理量完成下列各式
(
重力加速度为
g)
：
（
1
）斜面倾角的余弦
cos
α
=
；
（
2
）滑块通过光电门时的速度
υ
=
；
（
3
）滑块运动时的加速度
a=
；
（
4
）滑块运动时所受到的摩擦阻力
f=
。
解析：（
1
）根据三角形关系，解直角三角形得
。（
2
）根据光电门
测速原理得，
。（
3
）物块在斜面上做初速度为零的匀加速直线运动，
根据运动学公式
,
有
,
解得
。
(4)
根据牛顿第二定律
,
解得
.
点评：利用光电门测定速度的原理和利用打点计时器测定速度的 方
法是相同的，
都是利用的近似法，
利用一小段时间内的平均速度替代瞬
时速 度。
3.
利用频闪照相测速度
利用频闪照相拍摄运动物体在不同 时刻的位置，再根据照片和实物
的比例推算出照片中不同时刻物体位置间的位移，
根据运动学公 式测得
物体的速度。
此种方法不仅适用于测匀速直线运动的物体速度，也适用
于测匀变 速曲线运动的物体速度。
例
3.
两木块自左向右运动，
现用高速摄 影机在同一底片上多次曝光，
记录下木块每次曝光时的位置，如图
3
所示，
连 续两次曝光的时间间隔
是相等的，由图可知
A
．在时刻
以及时刻
两木块速度相同
B
．在时刻
两木块速度相同
C
．在时刻
和时刻
之间某瞬间两木块速度相同
D
．在时刻
和时刻
之间某瞬时两木块速度相同
解析：正确的选项为
C
。设连续两次曝 光的时间间隔为
t
，记录木块
位置的直尺最小刻度间隔长为
l
，由图可以看出下面木块间隔为
4l
，木
块做匀速直线运动，速度
。上面的木块在相等的时间内木块的间隔分
别为
2l
、
3l
、4l
、
5l
、
6l
、
7l
，相邻相等时间间隔 内的位移之差为
恒
量，
所以上面的木块做匀变速直线运动，
利用
计算得出木块在
时刻的
瞬时速度分别为
、
、
、
，可见速度
介于
、
之间。
点评：利用频闪照相测速度的关键是抓住相等的时间间 隔，根据物
体的运动性质选择恰当的规律求出被测物体的速度。
4.
利用平抛运动测速度
利用平抛运动的规律，由
、
，可测量平抛物体运动的初速度
。
例4.
（
09
·上海物理
-18
）利用图
4
（< br>a
）实验可粗略测量人吹气产
生的压强。两端开口的细玻璃管水平放置，管内塞有潮湿小 棉球，实验
者从玻璃管的一端
A
吹气，棉球从另一端
B
飞出，测得玻 璃管内部截面
积
S
，
距地面高度
h
，
棉球质量m
，
开始时的静止位置与管口
B
的距离
x
，
落 地点
C
与管口
B
的水平距离
l
。
然后多次改变x
，
测出对应的
l
，
画出
l2-x
关系图线， 如图
4(b)
所示，并由此得出相应的斜率
k
。
（
1
）
若不计棉球在空中运动时的空气阻力，
根据以上测得的物理量
可得，棉 球从
B
端飞出的速度
v0
＝
________
。
（
2
）
假设实验者吹气能保持玻璃管内气体压强始终为恒定值，
不计
棉球与管壁的摩擦，重力加速度
g
，大气压强
p0
均为已知，利用图
(b)
中拟合直线的斜率
k
可得，管内气体压强
p
＝
________
。
解析：（
1
）小球从
B
点飞出后做平抛运动，则有
，
联立解得
。
（
2
）在吹小球的过程中，由动能定理可得：
化简得：
，可知直线
的斜率可得
，即有
。
点评：本题考查了平抛运动的基本规律，考查了化曲为直的思想方
法和利 用图象处理实验数据的方法。
5.
利用运动轨迹测速度
利用运动 物体留下的运动轨迹，通过分析轨迹特点和运动规律，从
而测定物体运动的速度。
例
5.
（
09
·全国Ⅱ
-23
）某同学得用图< br>5
所示装置做“研究平抛运
动”
的实验，根据实验结果在坐标纸上描出了小球水 平抛出后的运动轨
迹，
但不慎将画有轨迹图线的坐标纸丢失了一部分，剩余部分如图
6
所
示。
图
6
中水平方向与竖直方向每小格的长度均代表
0. 10m
，
、
和
是
轨迹图线上的
3
个点，
和
、
和
之间的水平距离相等。
完成下列填
空：（重力加速度取
9.8m/s2
）
（
1
）设
、
和
的横坐标分别为
、
和
，纵坐标分别为
、
和
，
从图
6
中可读出
=____m
，
=______m
，
=_______m
（保留两位小数）
（< br>2
）若已测知抛出后小球在水平方向上做匀速运动。利用（
1
）中
读取 的数据，
求出小球从
运动到
所用的时间为
______ _s
，
小球抛出后
的水平速度为
__________m/s
（均可 用根号表示）。
解析：
本题考查研究平抛运动的实验
.
由图可知< br>P1
到
P2
两点在竖直
方向的间隔为
6
格
, P1
到
P3
两点在竖直方向的间隔为
16
格所以有
=0.60m
，
=1.60m.
到
两点在水平方向的距离为
6
个格
.
则有
=0.60m.
(2)
由水平方向的运动特点可知，
到
与
到
的时间相等
,
根据
,
解得时间
T=0. 2s,
则有
点评：利用运动物体留下的轨迹 测定物体的速度，关键是分析轨迹
特点，建立运动模型，利用模型规律得出被测物体的速度。
6.
利用生活经验估测速度
例
6.
火车在两站正常行驶时 ，一般可看作匀速运动，某位同学根据
车轮通过两段铁轨交接处时发出的响声来估测火车的速度，
他从车轮的
某一次响声开始计时，并从此之后数着车轮响声次数，
他
90s
内共听到
60
次响声，已知每段轶轨长
25m
，根据这些数据，你能估测出火 车的速
度是多少吗？
解析：根据题意，火车在
90s
内通过的位移为
km
，则火车的平均速
度为
km/h
，也就是说，在
90s
内（
1.5min
）听到多少次响声，火车的
速度就是多少千米每小时。
点评：铁路工人常常利用此种方法来估测火车在这种铁轨
上运行的速度。
7.
利用速度计测速度
例
7.
如图
7
所 示，某一汽车上的速度计原理示意图，该速度计是一
种磁转速表，试简述其工作原理。
解析：它的原理是通过测量旋转磁场跟它在金属感应罩内产生的电
流间的相互作用力测出车速的，在速度计转轴下端通过一系列传动机构
成同汽车的驱动轮相连，
转轴随驱动旋转而旋转，< br>在转轴的上端铆接一
个永久磁铁，磁铁外面罩着铝罩，铝罩固定在指针轴上，当磁铁随驱动
轮旋转时，铝罩中就产生感应电流，根据楞次定律，感应电流的磁场与
磁铁磁场相互作用，
要 阻碍磁铁与铝罩的相对旋转，于是铝罩克服游丝
弹簧的弹力扭转一个角度，这个角度与磁铁转动的角度成 正比，也就是
与驱动轮的每分钟转数成正比，因此，在表盘上用均匀的刻度标出车速
值，从指针 的示数就直接读出车速。