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第一章 运动的世界
4 测量：物体运动的速度
1.能用刻度尺测出物体运动的路程，能用停表测出物体通过这段路程所用的时间，根据公式v=s/t计算出物体在这段时间内运动的平均速度。
2.能写出简单的实验报告.
一、创设情景，引入新课
随着我国的高速公路和高等级公路的飞速发展，公路上出现了许多速度监测设备，其中一种测速设备采用的是区间测速的方法(如图)，即通过测算车辆在两个监测点之间的平均速度，判断车辆在该路段是否超速。这种测速设备是如何测算出车辆的平均速度的
从公式v=s/t可知，测算平均速度一般需要测量路程和时间两个物理量。在公路一段固定距离的路段两端分别放置一个摄像头，当车辆经过这两个摄像头时都会被拍照。系统根据这两张照片的拍摄时刻就能算出车辆通过这段距离的时间，从而算出车辆的平均速度。这就是区间测速的原理。
请你想一想：应该怎样测量物体的速度 下面我们来实际测量一个沿斜面下滑的小车的平均速度。
二、实验：测量小车运动的平均速度
实验思路
我们可以用刻度尺测量小车运动的路程s，用秒表测量小车通过这段路程所用的时间t，依据公式v= s/t，就可以算出小车在这段时间内运动的平均速度。
我们可以将长木板的一端用木块垫起，搭建一个斜面，使它保持很小的坡度。实验装置如图所示，小车可在这个斜面上运动。
实验目的：会用刻度尺和停表测量小车的平均速度。
实验原理：v= s/t 。
实验器材：刻度尺、停表、长木板、小车、木块、金属片。
实验步骤：
（1）如图所示，将长木板的一端用小木块垫起，形成一个坡度很小的斜面；
注意：斜面的一端用木块垫起，使它保持比较小的坡度（目的是使小车由静止释放后下滑的速度适当，并且不会从斜面上滑落）。
使小车从静止释放，测量的是小车前端到金属片的距离。
（2）将小车放在斜面顶端，金属片放在斜面底端，用刻度尺测出小车要通过的路程s1，把和后面测得的数据填入实验记录表格中；
（3）用停表测量小车从斜面顶端滑下到撞击金属片的时间t1；
（4）根据测得的s1、t1，利用公式v1= s1/t1算出小车通过斜面全程的平均速度v1。
（5）将金属片移至斜面的中部，测出小车到金属片的距离s1；
（6）测出小车从斜面顶端滑过斜面上半段s2所用的时间t2，算出小车通过上半段路程的平均速度v2。
实验记录表格
分析论证
（1）计算全程、上半段的平均速度：
全程的平均速度
v1=s1/t1=70cm/2.5s ＝28cm/s
上半段的平均速度
v2=s2/t2 =35cm/1.6s ＝22cm/s
（2）计算下半段的平均速度：
下半段路程 s3=35cm，小车通过下半段路 程所用时间 t3=t1-t2=2.5s-1.6s=0.9s
下半段的平均速度
v3=s3/t3=35cm/0.9s ＝39cm/s
（3）三次平均速度的大小依次是 v3＞v1＞v2。
实验结论:
小车沿斜面由顶端运动到底端的过程中，它的速度越来越大。
交流与评估:
（1）实验成功的关键是测时间。小车开始运动的同时开始计时，小车撞击金属片的同时停止计时。正式实验之前应该多练习几次，熟练之后会使测量数据更准确。
（2）斜面垫起的一端不要太高，也不要太低（过高会使小车速度过大，不易记录时间，过低时可能会使测出的平均速度太接近）。
（3）误差分析（实验误差主要来自于时间测 量的误差）
①当小车过了起始位置才开始计时或小车未达终点就停止计时，会导致测量时间偏小，平均速度偏大；
②当小车到达终点后才停止计时或小车未开始运动提前计时，会导致测量时间偏大，平均速度偏小；
③小车没有从静止开始下滑，所测平均速度偏大。
请同学们分析误差产生的原因有哪一些？
某同学想测出小车在下半段路程的平均速度，提出可以把不车从斜面的中部开始释放，进行测量。
想一想：这样测得的平均速度与上面的实验中小车在下半路程的平均速度是否相等 说明原因。
小组讨论：
分析：小车在下滑过程中，到达中部的速度并不为零，所以让小车从中部由静止释放，到达底端的时间，并不等于下半程的时间，这样测得的平均速度与上面的实验中小车在下半路程的平均速度不相等。
视频演示——《测量小车运动的平均速度》
例：如图是“测量小车平均速度”的实验装置。实验时让小车从斜面的A点由静止滑下，分别测出小车到达B、C点的时间，即可求出不同路段的平均速度。
（1）小车所放的斜面应保持较_____的坡度，这样小车在斜面上运动时间会 ___（选填“长”或“短”）些，便于测量时间。
（2）小车从斜面顶端运动到底端的过程中，小车做的是 _____（选填“匀速”或“变速”）直线运动。
（3）小车在AC段的平均速度vAC＝_____m/s。
（4）若小车经过A点后才开始计时，vAC的
测量值与真实值相比会_____（选填
“偏大”、“偏小”或“相等”）。
小
长
变速
0.16
偏大
三、拓展实验：用传感器测量物体运动的速度
实验目的：
（1）测量小车在斜面上运动的速度。
（2）测量人的手掌移动时速度的变化情况。
实验器材：
位置传感器、小车、斜面、计算机等。
【实验原理】
如图所示，A为可在斜面上自由移动的小车，B为固定在斜面一端的传感器。传感器利用超声波可以测出在不同时刻小车与它的距离，然后计算机再根据时间就可以算出运动的小车在不同位置时的速度。
如果将传感器放置在合适的位置，实验者面对传感器，前后行走，就可以在计算机屏幕上观察实验者行走的速度。
进行实验：
（1）调节传感器的位置，使传感器的激光对准小车，让小车从斜面上滑下，观察计算机显示速度波形的变化情况如图所示。
（2）将手掌放在位置传感器前，来回移动手掌，观察计算机显示速度波形的变化情况。
实验结论
通过速度变化图像，我们发现小车的速度不断变大，后减为零。通过速度变化图像，我们发现手掌移动的速度在不断变化.
视频演示——《用位置传感器测量速度 》
四、超声波测距、测速
1. 超声波测距
（1）超声波
在日常生活、生产中，我们常用刻度尺、卷尺等来测量物体的长度。在工业生产和科学研究中还会用到超声波测距来测量距离。
超声波在空气中的传播速度约为340m/s。超声波的指向性强，因而经常用于距离的测量、汽车倒车防撞、智能机器人等领域。
超声波测试仪
汽车倒车雷达
智能扫地仪
送餐机器人
（2）超声波测距原理
如图所示，发射器向被测物发射超声波，在发射的同时开始计时。超声波传播过程中遇到被测物会被反射，接收器收到反射波就停止计时。根据计时器记录的时间t及超声波传播的速度v，仪器就能自动计算出发射点与被测物之间的距离 s=vt/2。
如果被测物是运动的物体，超声波测量仪还可测出物体移动的速度。
超声波测距仪
2. 超声波测速
（1）区间测速
“区间测速”，就是在两监测点安装监控和测速探头，测出一辆车通过两个监测点的时间，再根据两点间的距离算出该车在这一区间路段的平均车速，如果这个平均车速超过了该路段的最高限速，即被判为超速。
（2）测速仪（定点测速）
其原理如下图所示，汽车向测速仪的方向匀速驶来，测速仪向汽车发出两次短促的（超声波）信号，超声波信号遇见汽车前面板，反射回测速仪。
测速仪根据汽车在两次遇到信号之间所通过的路程及所用的时间，由速度公式v=s/t可得出汽车的平均速度。
如图所示是在高速公路上常见的测速装置，其主要部分是一个测速仪。
观看视频：动画讲解-《超声波测距、测速》
例：高速公路实现“区间测速”全覆盖。就是测算出汽车在某一区间行驶的平均速度，如果超过了该路段的最高限速，即被判为超速。若监测点A、B相距15km，全程限速，一辆轿车通过两个监测点的时间如图所示。求：
（1）通过计算说明，采用“区间测速”，这辆轿车在该路段会不会被判超速？
（2）若要确保通过AB路段区间测速不会被判超速，则通过AB路段时间最短用时多少s？
解:（1）轿车通过两个监测点所用的时间为
t=10h41min-10h31min=10min=h/6
速度为:
v=s/t=15km/h/6 = 90km/h＜120km/h
（2）确保通过AB路段区间测速不会被判超速，此时最大速度v′=120km/h，则通过AB路段时间最短时间
t′=s/v′=15km/120km/h
= 0.125h=450s
练习：如图所示是高速公路上的区间测速提示牌。其中“100”的含义是:此路段______________，在遵守交通规则的前提下，汽车通过该区间的时间不能少于__________s。
长度8km
限速100 km/h
288
所以这辆轿车在该路段不会被判超速。
课
堂
总
结
速度的测量
测量小车平均速度
① 测量原理：v=s/t
② 测量的物理量：长度 s、时间 t
③ 实验器材：刻度尺、停表、长木板、小车、木块、金属片等
④ 实验结论：小车在斜面上做加速直线运动
用传感器测量速度
① 测量原理：利用传感器和计算机测出小车在不同位置时的速度
② 实验结论：小车的速度不断变大，后减为零
超声波测距与测速
① 超声波测距原理：s=vt/2
② 超声波测速：区间测速；定点测速
③ 速度表直接测速
课堂练习：
1.有些公路旁每隔1 km就立着一个里程碑。如何利用里程碑估测自行车的速度？写出你的估测方法。
（可以从一个里程碑处开始计时并骑着自行车往前行，到另一个里程碑处停止计时，算出经过两个里程碑所用的时间t，再用速度公式v=s/t算出自行车在两个里程碑之间行驶的平均速度。）
2．在测量平均速度的实验中，下列说法正确的是（　　）
A．测量小车下半程的平均速度时，要让小车从斜面中点由静止下滑
B．当启动停表后再把小车放开，观察到它撞击金属片时立即停止，读出的就是小车运动所用的时间
C．小车在全程的平均速度不等于上半程的平均速度和下半程的平均速度的平均值
D．用刻度尺测出的斜面长就是小车通过的路程
C
3.如图是“区间测速”示意图。若监测点A、B相距30km；一辆轿车通过监测点A的速度为100km/h，通过监测点B的速度为110km/h，通过两个监测点的时间如图所示，该路段最高限速120km/h。
（1）原来检测的方法是监控探头判断通过监测点时的车速。如果按原来的方法，该轿车通过监测点A、B时_______判为超速；（选填“会”或“不会”）
（2）这辆轿车在这个区间测速路段的平均车速是__________，采用“区间测速”，这辆轿车________超速。（选填“是”或“不是”）
不会
150km/h
是
监测点A
监测点B
时间10:31
时间10:43
下 课

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