测量速度的18种方法

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．(S6一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d，用天平测量滑块的质量m；

②用直尺测量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cosα；

⑥多次改变斜面的倾角，重复实验步骤②③④⑤，做出f-cosα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cosα= ；

（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（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。