超声波测速

•1、如图1所示的是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收到的信号间的时间差，测出被测物体的速度.图2中P1、P2是测速仪发出的超声波信号，n1、n2是P1、P2由汽车反射回来的信号.设测速仪匀速扫描，P1、P2之间的时间间隔Δt=1.0s，超声波在空气中传播的速度是v=340m/s.若汽车是匀速行驶的，则根据图2求：

（1）汽车在接收到P1、P2两个信号之间的时间内前进的距离；

（2）汽车的速度.

答案 1、见分析【试题分析】

【解析】从题中的图2可以看出，发出超声波信号P1到接收到反射信号n1的时间为：t1=12×s=0.4s，此时汽车离测速距离为x1=

vt1=68m；同样可求得信号P2到接收到反射信号n2的时间为: t2=9×s=0.3s，x2=vt2=51m，所以汽车接收到P1、P2两个信号之间的时间内前进的距离为

Δx1=x1-x2=17m

设汽车运行17m的时间为t，也就是汽车接收到P1与P2两个信号之间的时间间隔，图2可知为t=Δt-t1+t2=0.95s，所以汽车行驶速度v==17.9m/s.

超声波测速

超声波测速

适合作流动物质中含有较多杂质的流体的流速测量，超声多普勒法只是其中一种，还有频差法和时差法等等。

时差法测量沿流体流动的正反两个不同方向发射的超声播到达接收端的时差。需要突出解决的难题是这种情况下，由于声速参加运算（作为分母，公式不好写，我积分不够没法贴图），而声速收温度的影响变化较大，所以不适合用在工业环境下等温度变化范围大的地方。

频差法是时差法的改进，可以把分母上的声速转换到分子上，然后在求差过程中约掉，这就可以避开声速随温度变化的影响，但测频由于存在正负1误差，对于精度高的地方，需要高速计数器。

还有就是回鸣法了，可以有效改进由于计数器正负1误差带来的测量误差。

以上这些东东都是关于流体的流速的超声测量方法。对于移动物体的速度测量多采用超声多谱勒法。

根据声学多普勒效应，当向移动物体发射频率为F的连续超声波时，被移动物体反射的超声波频率为f，f 与F服从多普勒关系。如果超声发射方向和移动物体的夹角已知，就可以通过多普勒关系的v,f,F,c表达式得出物体移动速度v。

设超声波速度为V两次发出超声波的时间间隔为T第一次用时为T1第二次为T2则车速为V1=V×（T2-T1）/T（以上数据均可测出）

超声波测速仪测量车速，图B中P1、P2是测速仪发出的超声波信号，n1，n2...

如图所示，图A是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收到的信号间的时间差测出被测物体的速度。图B中P1、P2是测速仪发出的超声波信号，N1、N2分别是P1、P2由汽车反射回来的信号。设测速仪匀速扫描，

P1、P2 之间的时间间隔为1s ，超声波在空气中传播的速度是340m/s。若汽车是匀速行驶的，则根据图B可知，汽车在接收到N1、N2两个信号的时间内前进的距离是（）m，汽车的速度是（）m/s.（写出过程，在线答题）

测速仪匀速扫描，p1、p2之间的时间间隔△t＝1.0s，由图B可知p1、p2间有30小格，故每一格对应的时间间隔

t0＝＝ s，p1、n1间有12小格，说明p1、n1之间的

时间隔t1＝12 t0＝12× s＝0.4s. 同理，可求得p2、n2之间的时间间隔 =0.3s因此汽车接受到p1、p2信号时离测速仪的距离分别为：s1＝υ•，s2＝υ• .汽车在此段时间内前进的距离为s＝s1－s2＝υ•－υ•＝ (t1－t2)＝ ×（0.4s－0.3s）=17m汽车接收到p1、p2两个信号的时刻应分别对应于图1（B），p1 n1的中点和p2 n2的中点，其间有28.5小格，即汽车接收到p1、p2两个信号的时间间隔为t＝28.5t0＝28.5× s＝0.95s，所以，汽车的速度为υ车＝＝≈17.9m/s.

某地用超声波测速仪测车的形式速度。某次检测时，第一次发出至收到超声波信号用时0.4秒，第二次发出至收到超声波信号用时0.3秒，两次信号发出的时间间隔是1秒，则被测汽车速度是多大？（假设超声波的速度为340米/秒，且保持不变）

设第一次发射到接受所需的时间为t1 t1=0.4s 则汽车第一次接受到超声波时测速仪距离汽车的距离为s1 s1= ×340=68m 第二次发射到接受所需的时间为t2 t2=0.3s 汽车第二次接受到超声波时测速仪距离汽车的距离为s2 S2= ×340=51m 则两次汽车接受到超声波时相互之间的距离为S1- S2=68m-51m=17m 两次汽车接受到超声波时的时间间隔为t t=1.0s-0.2s+0.15s=0.95s 所以汽车的速度为v V= =17.9m/s

超声波测速

适合作流动物质中含有较多杂质的流体的流速测量，超声多普勒法只是其中一种，还有频差法和时差法等等。

时差法测量沿流体流动的正反两个不同方向发射的超声播到达接收端的时差。需要突出解决的难题是这种情况下，由于声速参加运算（作为分母，公式不好写，我积分不够没法贴图），而声速收温度的影响变化较大，所以不适合用在工业环境下等温度变化范围大的地方。

频差法是时差法的改进，可以把分母上的声速转换到分子上，然后在求差过程中约掉，这就可以避开声速随温度变化的影响，但测频由于存在正负1误差，对于精度高的地方，需要高速计数器。

还有就是回鸣法了，可以有效改进由于计数器正负1误差带来的测量误差。

以上这些都是关于流体的流速的超声测量方法。对于移动物体的速度测量多采用超声多谱勒法。

根据声学多普勒效应，当向移动物体发射频率为F的连续超声波时，被移动物体反射的超声波频率为f，f与F服从多普勒关系。如果超声发射方向和移动物体的夹角已知，就可以通过多普勒关系的v,f,F,c表达式得出物体移动速度v。

计时与测速问题分类赏析

一、以传统实验为原型的计时与测速

以打点计时器为原型是利用这些装置的等时性，不断推陈出新，旨在考查基础知识及基本原理的灵活应用。

1．【原型】打点记时器问题

例1（2004 上海）用打点计时器研究物体的自由落体运动得到如图1所示一段纸带，测得，

。已知交流电频率为则打B点时的瞬时速度为________，如果实验测得的重力加速度的

值比真实值偏小，可能的原因是________。

解析由匀变速直线运动的规律，中间时刻的速度等于一段时间的平均速度，所以

，不考虑自由落体运动物体所受空气阻力，则得

，若考虑空气阻力，则，阻力做负功，可见加速度变

小的原因可能是没有考虑空气阻力。

点评：本题较为传统，其难点是误差分析。例2、例3均属于本题迁移得到的。

2．【迁移一】单摆与振子测速

例2如图2所示，有一块涂有碳黑的玻璃板质量为，在拉力的作用下在竖直向上做匀变速直线运动，一个装有指针的振动频率为的电动音叉，在玻璃板上画出如图所示的曲线，量得，，，则外力F的大小是多少？