1.3 位置变化快慢的描述——测量速度的方法 导学案 -2024-2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

高一物理必修一第一章第三节测量速度的其他方法 一.测量速度的其他方法 图1-3-25 1．利用数字计时器测速度 如图1所示，当滑块在导轨上运动通过光电门时，光线被遮光板遮挡，数字计时器开始计时，当滑块及遮光板离开光线时停止计时，这样就记录了遮光板通过光电门的短暂时间.而遮光板的长度Δx已知，并且非常小.由于滑块通过光电门的时间Δt非常短，在这段时间内滑块的运动可以近似看作匀速直线运动，所以遮光板通过光电门时的瞬时速度等于遮光板通过光电门时的平均速度 v=Δx/Δt 1．工字钢底座 2．底脚螺丝 3．滑轮 4．光电门 5．导轨 6．遮光板 7．滑块 8．缓冲弹簧 9．进气嘴 10．数字计时器 2．借助传感器测速度图1 图1-3-24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．将红外线发射器、超声波发射器A盒固定在小车上，接收传感器B盒固定在某一位置并调整其高度与A等高，使小车上A盒发射器对着接收传感器B，并处在同一直线上.将接收传感器B探测到的红外线、超声波到达的时间差等数据输入计算机，利用专门软件可以分析出小车所处的位置，即A与B的距离.设小车在某两个位置的距离差（即位移）为Δx，两位置间运动的时间为Δt，则小车速度v＝Δx/Δt 3．利用频闪照相法分析计算物体的速度 频闪照相法是一种利用照相技术，每间隔一定时间曝光一次，从而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0.1s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所到达的位置．通过这种方法拍摄的照片称为频闪照片，如图1-3-25所示，用频闪照片计算速度的方法与利用纸带求速度的方法是同一原理，将影像视为点痕进行处理即可. 二.几种方法练习举例 考法①利用超声波测量速度 例1（多选）如图甲所示是一种速度传感器的工作原理图，在这个系统中B为一个能发射超声波的固定小盒子，工作时小盒子B向被测物体发出短暂的超声波脉冲，脉冲被运动的物体反射后又被B盒接收，从B盒发射超声波开始计时，经时间Δto再次发射超声波脉冲，图乙是连续两次发射的超声波位移一时间图像，则下列说法正确的是 （ ） 甲 A超声波的速度为 B超声波的速度为 C物体的平均速度为 D物体的平均速度为 例2图甲是超声波测速示意图，测速仪发射并能接收所发出的脉冲信号，图乙中的、、是固定的测速仪每隔时间发出的脉冲信号，足够小，、、是、、经汽车反射回来的信号，各信号之间的时间间隔如图乙所示．则（　　） A．汽车正在远离测速仪且速度保持不变 B．汽车正在远离测速仪且速度逐渐变大 C．汽车正在靠近测速仪且速度保持不变 D．汽车正在靠近测速仪且速度逐渐变大 例3：如图所示是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪能发出和接收超声波脉冲信号，根据发出和接收到的信号之间的时间差，测出被测物体的速度，、是测速仪发出的超声波信号，、分别是、由汽车反射回来的信号。设测速仪匀速扫描，、之间的时间间隔，超声波在空气中传播的速度是。若汽车是匀速行驶的。求： （1）汽车在接收到、两个信号之间的时间内前进的距离； （2）汽车的速度。 考法②利用光电计时器测量速度 例4：光电计时器是一种常用计时仪器，其结构如图所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有滑块从a、b间通过时，光电计时器就可以显示出物体的挡光时间．现有某滑块在斜面上滑行，先后两次通过光电门1和2，计时器显示的挡光时间分别是t 1 ＝2×10－2 s、t 2 ＝1×10－2 s，从光电门1到光电门2所经历的总时间Δt＝0.20 s，用分度值为1 mm的刻度尺测量小滑块的长度d，示数如图所示。 (1)读出滑块的长度d为__________cm； (2)滑块通过光电门的速度v 1 、v 2 分别为_________m/s;__________m/s。 考查③利用气垫导轨测速度 例5：如图所示，气垫导轨上滑块经过光电门时，其上的遮光条将光遮住，电子计时器可自动记录光源遮光时间Δt，测得遮光条的宽度为Δx近似代表滑块通过光电门时的瞬时速度，为使Δx/Δt更接近瞬时速度，正确的措施是（ ） A．换用宽度更窄的遮光条 B．提高测量遮光条宽度的精确度 C．使滑块的释放点更靠近光电门 D．增大气垫导轨与水平面的夹角 例6：如图1-3-33所示，在气垫导轨上安装有两个光电门 A 、 B , A 、 B 间距离为 L =30 cm ．为了研究滑块的运动情况，在滑块上安装了一宽度为 d =1 cm 的遮光条．现让滑块依次通过光电门 A 、 B ，并记录了遮光条通过两光电门 A 、 B 的时间分别为0.010s、0.005 s ，滑块从光电门 A 到 B 的时间为0.200s．则下列说法正确的是 （ ） A ．滑块经过 A 的速度为1 cm / s B ．滑块经过 B 的速度为2 cm / s C ．滑块在 A 、 B 间的平均速度为1.5m/ s D ．滑块在 A 、 B 间的平均速度为3 m / s 答案： 例题1解析：超声波做匀速直线运动，由题图乙可知超声波在时间内位移为x₁,可得选项A正确；超声波在时间内位移为x可得选项B错误；由题图乙可知物体通过位移x₂-x₁所用时间为,则物体的平均速度为 选项C错误，D正确 . 答案：AD 例题2答案：汽车接收脉冲信号时距离测速仪的距离 汽车接收脉冲信号时距离测速仪的距离 汽车接收脉冲信号时距离测速仪的距离 可知汽车距离测速仪越来越远，汽车接收到、两个信号之间的时间内前进的距离与接收到、两个信号之间的时间内前进的距离相等，均为且汽车每次接收信号的时间间隔均为，即相同时间通过的路程相同，则汽车正在远离测速仪且做匀速运动。故选A。 例3答案（1）；（2） （1）根据题意，结合图（b）可知，、间的刻度值为30个小格，时间间隔为，发出信号到接收到反射信号间的刻度值为12个小格，则时间为 可知，汽车在发出后接收到信号，则汽车在接收到后，经时间 发出，发出信号到接收到反射信号间的刻度值为9个小格，则时间为 则汽车在发出后接收到信号，则汽车在接收到、两个信号之间行驶的时间为 汽车行驶的距离为 （2）根据题意，由公式可得，汽车的速度为 例题4：刻度尺的读数要在最小刻度1mm的基础上向下估读一位,所以挡光片的宽度1=1.70cm-0.50cm=1.20cm.由速度的定义式可得即小车通过光电门时的速度v=0.6m/s 答案1.20 0.6 例题5答案： A 。 A 、平均速度近似等于瞬时速度，应用了极限思想，时间越短，平均速度越接近瞬时速度，换用宽度更窄的遮光条合理，故 A 正确； BCD 、提高测量遮光条宽度的精确度，使滑块的释放点更靠近光电门，增大气垫导轨与水平面的夹角这三种方式对提高精确度没有作用，故 BCD 错误。故选 A 。 解析：理解题意，回忆瞬时速度与平均速度的关系，光电门的工作原理等相关知识； 明确平均速度代替瞬时速度的条件：时间越短，平均速度越接近瞬时速度； 例题6答案c 滑块经过A 的速度为 滑块经过B 的速度为 滑块在A、B 间的平均速度为 滑块在A、B 间的加速度为 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $$