速度的测量专题精选.doc

第四章 速度测量专题实验 从人类开始研究物体运动，速度就成为人们测量的对象. 随着科学技术的不断发展，测量速度的科技手段也在日新月异，为人类的研究自然带来更大的自由. 本实验专题采用了几种不同的方法来测量速度并使大家了解速度测量的重要意义。 速度是物理学中的一个重要的概念。在运动学中速度是描述物体运动快慢的物理量，定义为位移随着时间的变化率。通过对平均速度和瞬时速度的测定，可以了解物体的运动状态和运动规律；在波动学中波速指的是波在空间中传递的速度，依照波不同特征所定义而有不同的意涵，分相速度和群速度等不同波速，一般不特别指定时，所提的波速是指相速度。声波是一种在弹性媒质中传播的纵波。对超声波（频率超过2×104Hz的声波）传播速度的测量在超声波测距、测量气体温度瞬间变化等方面具有重大意义。超声波在媒质中的传播速度与媒质的特性及状态因素有关。因而通过媒质中声速的测定，可以了解媒质的特性或状态变化。声速测定在工业生产上具有一定的实用意义。预习提要常见速度的方法，并进行比较。实验内容 1、测量滑块运动的瞬时速度V 物体做直线运动时，其瞬时速度定义为： (1) 根据这个定义瞬时速度实际上是不可能测量的。因为当(t(0时，同时有(S(0，测量上有具体困难。我们只能取很小的(t及相应的(S，用其平均速度来代替瞬时速度V，即 (2) 尽管像这样用平均速度代替瞬时速度会产生一定误差，但只要物体运动速度较大而加速度又不太大，这种误差也不会太大。 2、测量滑块运动的加速度a 图1 滑块下滑示意图 如图1所示，如果将气垫导轨的一端垫高，形成斜面，滑块下滑时将作匀变速直线运动，有三个基本运动公式： （3） (4) (5) 式中s0和s以及V0和V分别为t0和t时刻滑块的位置坐标和相应的瞬时速度。在实验中使用的毫秒计只能从t0＝0时刻开始计时，所以运动方程变为： (6) (7) (8) 此时t为滑块从s0处到s处的运动时间， S＝s－s0为两光电门之间的距离。 实验时，使滑块由导轨最高端（或某一固定位置）静止自由下滑，即可测得不同位置s0、s1、s2．．．．．处各自相应的速度和加速度值，如图2－2。 图2 位置和速度对应图 二、实验内容与步骤 1．检查光电门，使存储式数字毫秒计处于正常工作状态。给气垫导轨通气。 2．观察匀速直线运动——测量速度 轻轻推动滑块，观察滑块在气轨上的运动，包括和气轨两端的缓冲弹簧的碰撞情况。分别记下滑块经过两个光电门时的速度V1和V2，试比较V1和V2的数值，若V1和V2之间的差别小于V1（或V2）的1％时，则导轨接近水平，此时可近似认为滑块作匀速直线运动；若V1和V2相差较大，可通过调节导轨底座螺钉使导轨水平。 3．测量滑块在倾斜导轨上作匀加速直线运动时任一位置处的瞬时速度V。 在倾斜导轨上任一位置处放置一光电门。 使滑块从导轨最高处（或某一固定位置）静止自由下滑，由存储式数字毫秒计测出滑块经过光电门的速度，至少反复五次，取平均值，将数据填入表1； 改变滑块的位置，再自由释放，然后重复步骤（2） 4．加速度的测量 在倾斜气轨上任意两个位置处放置两个光电门。 使滑块从导轨最高处（或某一固定位置）静止自由下滑，由存储式数字毫秒计测出滑块在两个光电门之间经过时的加速度a，至少重复五次，取平均值。 改变滑块位置，再自由释放，然后重复步骤（2）。将数据填入表2。 三、数据记录及处理 表1 表2 四、注意事项 1.导轨使用前，须用丝绸蘸酒精将导轨表面和滑块内表面清洗干净，防止小孔堵塞。 2.导轨轨面和滑块内表面均经过精细研磨加工，高度吻合，配套使用，不得任意更换。 3.使用中注意保护好导轨轨面和滑块内表面，防止划伤。安放光电门时，应防止光电门支架倾倒而损坏导轨脊梁。导轨未通气时，不得将滑块放在导轨上来回滑动。调整或更换遮光片时，应将滑块从导轨上取下。实验完毕，先将滑块从导轨上取下，再关闭气源。 实验二 磁悬浮导轨测量运动物体的速度 随着科技的发展，磁悬浮技术的应用成为技术进步的热点，例如磁悬浮列车。永磁悬浮技术作为一种低耗能的磁悬浮技术，也受到了广泛关注。本实验使用的永磁悬浮技术，是在磁悬导轨与滑块两组带状磁场的相互作斥力之下，使磁悬滑块浮起来，从而减少了运动的阻力，来进行多种力学实验。通过实验，学生可以接触到磁悬浮的物理思想和技术