瞬时加速度力学实验中“三种测量瞬时速度方法”的对比分析 _瞬时速度

物理是一门以实验为基础的学科，力学中的很多实验都需要测量瞬时速度，如研究匀变速直线运动、研究平抛运动、探究动能定理、验证机械能守恒定律、验证动量守恒定律等，即很多力学实验中都存在一个共性问题----测量瞬时速度。
瞬时速度是运动物体在某一时刻或某一位置的速度，能精确地描述物体在某时刻或某位置时的运动快慢。但在实验操作中，没有仪器能直接准确地测出瞬时速度，因此，我们要根据相关的物理知识把瞬时速度的测量转化为能直接测量的物理量来间接测量。中学物理教材中主要介绍了三种测量瞬时速度的方法：光电计时器、打点计时器、平抛运动装置。对这三种方法的对比分析，有利于加深对瞬时速度测量原理的理解，也有利于对其他测量瞬时速度方法的理解，如利用频闪照相测速、利用超声波测速、利用多普勒效应测速等。能更好地解决近几年高考试题中与测量瞬时速度有关的力学综合问题。
一. 用光电计时器测瞬时速度
由平均速度公式
可知，当
趋近于零时，平均速度就等于瞬时速度，因此，可把瞬时速度的测量转化为求物体在很短时间内的平均速度来测量。
高中物理必修1(教科版)第15页介绍的利用“光电门传感器”测定瞬时速度的方法就是这个原理。物体带着宽度
很小的遮光板通过光电门时测得遮光时间
，求出极短时间内的平均速度就可以认为是所测物体运动到光电门位置时的瞬时速度。
例1. 光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图甲所示。
a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以精确地把物体从开始挡光到挡光结束的时间记录下来．现利用图乙所示的装置测量滑块和长木板间的动摩擦因数，图中MN是水平桌面， Q是长木板与桌面的接触点瞬时加速度， 1和2是固定在长木板适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出，长木板顶端P点悬有一铅锤．实验时，让滑块从长木板的顶端滑下，光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为
和
．用精度为0.05 mm的游标卡尺测量滑块的宽度d ，其示数如图丙所示．
(1)滑块的宽度d＝_____ cm.
(2)滑块通过光电门1时的速度
＝____ m/s ，滑块通过光电门2时的速度
_____ m/s.(结果保留两位有效数字)
(3)由此测得的瞬时速度
和
只是一个近似值，它们实质上是通过光电门1和2时的____ ，要使瞬时速度的测量值更接近于真实值，可将____的宽度减小一些．
[答案] (1)1.010(2)1.02.5(3)平均速度滑块
[解析] 本题用光电计时器测量物体运动过程两确定位置的瞬时速度。由图丙游标卡尺可读出d=1.010cm 。根据光电计时器测速原理，
；
。滑块宽度越小，其挡光时间越短，求出的平均速度越接近瞬时速度。
例2（2008四川卷）一水平放置的圆盘绕过其圆心的竖直轴匀速转动。盘边缘上固定一竖直的挡光片。盘转动时挡光片从一光电数字计时器的光电门的狭缝中经过，如图1所示。图2为光电数字计时器的示意图。光源A中射出的光可照到B中的接收器上。若A、B间的光路被遮断，显示器C上可显示出光线被遮住的时间。

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