新教材高中物理人教版學(xué)案學(xué)科素養(yǎng)培優(yōu)微課堂思想方法三

eq\o(\s\up7(),\s\do5(學(xué)科素養(yǎng)培優(yōu)精品微課堂,——思想方法系列三))借助現(xiàn)代科技儀器測(cè)速度開講啦1.借助傳感器用計(jì)算機(jī)測(cè)速度下圖是一種運(yùn)動(dòng)傳感器的原理圖，這個(gè)系統(tǒng)由A、B兩個(gè)小盒子組成．固定在運(yùn)動(dòng)物體上的A盒中裝有發(fā)射器，可同時(shí)發(fā)射紅外線脈沖(光速c＝3×108m/s)和超聲波脈沖(常溫下聲速v＝340m/s)，固定的B盒中裝有接收裝置，利用接收的時(shí)間差確定A、B間的距離，由兩次測(cè)得的距離Δx和兩次發(fā)射脈沖的時(shí)間間隔Δt可求出A的速度．c?v，則x1＝vt1，x2＝vt2，Δx＝x2－x1，Δt＝t2－t1，vA＝eq\f(Δx,Δt)，如圖所示．另一種運(yùn)動(dòng)傳感器由固定盒發(fā)射超聲波脈沖，被運(yùn)動(dòng)物體反射后仍由原盒接收，由發(fā)射和接收的時(shí)間差確定兩者間的距離x1＝eq\f(1,2)vt1，x2＝eq\f(1,2)vt2，由發(fā)射脈沖的時(shí)間間隔Δt確定速度v＝eq\f(x2－x1,Δt＋\f(t2,2)－\f(t1,2))，如圖所示．2．光電門測(cè)速度實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，使一輛小車從一端墊高的木板上滑下，木板旁裝有光電門，其中A管發(fā)出光線，B管接收光線．當(dāng)固定在車上的遮光板通過(guò)光電門時(shí)，光線被擋住，記錄儀上可以直接讀出光線被擋住的時(shí)間Δt.這段時(shí)間就是遮光板通過(guò)光電門的時(shí)間．根據(jù)遮光板的寬度Δx和測(cè)出的時(shí)間Δt，就可以算出遮光板通過(guò)光電門的平均速度eq\x\to(v)＝eq\f(Δx,Δt).由于遮光板的寬度Δx很小，因此可以認(rèn)為，這個(gè)平均速度就是小車通過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度．3．利用頻閃照相分析計(jì)算物體的速度頻閃照相法是一種利用照相技術(shù)，每間隔一定時(shí)間曝光，從而形成間隔相同時(shí)間的影像的方法．在頻閃照相中會(huì)用到頻閃燈，它每隔相等時(shí)間閃光一次，如每隔0.1s閃光一次，即每秒閃光10次．當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，利用頻閃燈照明，照相機(jī)可以拍攝出該物體每隔相等時(shí)間所到達(dá)的位置．通過(guò)這種方法拍攝的照片稱為頻閃照片．右圖是采用每秒閃光10次拍攝的小球沿斜面滾下的頻閃照片，照片中每?jī)蓚€(gè)相鄰小球的影像間隔的時(shí)間就是0.1s，這樣便記錄了物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，而物體運(yùn)動(dòng)的位移則可以用尺子量出．與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄的信息相比，頻閃燈的閃光頻率相當(dāng)于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器交變電源的頻率，而相同時(shí)間間隔出現(xiàn)的影像則相當(dāng)于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)跡．因此，運(yùn)動(dòng)物體的頻閃照片既記錄了物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間信息，又記錄了物體運(yùn)動(dòng)的位移信息．至于求平均速度和瞬時(shí)速度，兩者都是一樣的．[例]像打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一樣，光電計(jì)時(shí)器也是一種研究物體運(yùn)動(dòng)情況的常用計(jì)時(shí)儀器，其結(jié)構(gòu)如圖甲所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射、接收裝置，當(dāng)有物體從a、b間通過(guò)時(shí)，光電計(jì)時(shí)器就可以顯示物體的擋光時(shí)間．現(xiàn)利用圖乙所示裝置測(cè)量，圖中MN是水平桌面，PQ是長(zhǎng)1m左右的木板，Q是木板與桌面的接觸點(diǎn)，1和2是固定在木板上適當(dāng)位置的兩個(gè)光電門，與之連接的兩個(gè)光電計(jì)時(shí)器沒有畫出．讓滑塊從木板的頂端滑下，光電門1、2各自連接的計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為5.0×10－2s和2.0×10－2s．用游標(biāo)卡尺測(cè)量滑塊的寬度d＝5.015cm.則：(1)滑塊通過(guò)光電門1的速度v1的大小是多少？(2)滑塊通過(guò)光電門2的速度v2的大小是多少？[解析]由于滑塊通過(guò)兩光電門的時(shí)間極短，故可用滑塊通過(guò)光電門的平均速度代替其通過(guò)的瞬時(shí)速度．故v1＝eq\f(d,t1)＝eq\f(5.015×10－2,5.0×10－2)m/s＝1.003m/s；v2＝eq\f(d,t2)＝eq\f(5.015×10－2,2.0×10－2)m/s≈2.508m/s.[答案](1)1.003m/s(2)2.508m/s總結(jié)提能求速度的方法很多，借助現(xiàn)代科技儀器求速度是近年來(lái)出現(xiàn)的一些特殊方法．常用的求速度方法有圖象法、利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打紙帶法等．不管用什么方法，利用速度公式求出相應(yīng)的位移和時(shí)間是關(guān)鍵．[變式訓(xùn)練]用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計(jì)時(shí)器更能精確地測(cè)量物體的瞬時(shí)速度．如圖所示，滑塊在牽引力作用下先后通過(guò)兩個(gè)光電門，配套的數(shù)字毫秒計(jì)記錄了遮光板通過(guò)第一個(gè)光電門的時(shí)間Δt1＝0.29s，通過(guò)第二個(gè)光電門的時(shí)間Δt2＝0.11s，已知遮光板的寬度為3.0cm，分別求滑塊通過(guò)第一個(gè)光電門和第二個(gè)光電門時(shí)的速度大?。馕觯河捎诨瑝K經(jīng)過(guò)光電門時(shí)遮光板的擋光時(shí)間較短，所以滑塊經(jīng)過(guò)光電門的速度可用遮光板擋光時(shí)間內(nèi)的平均速度表示．經(jīng)過(guò)光電門1的速度v1＝eq\f(d,Δt1)＝eq\f(3.0×10－2