第一章機(jī)械運(yùn)動(dòng)第4節(jié)
一檢測物體運(yùn)動(dòng)的平均速率
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?span style="display:none">2Zw物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
測貨車運(yùn)動(dòng)的平均速率
實(shí)驗(yàn)原理
v＝
實(shí)驗(yàn)器材
____刻度尺_(dá)_和__停表__
典型圖例
注意事項(xiàng)
①調(diào)整斜面的斜度適中，使貨車正好從斜面上滑下，不能太快；
②練習(xí)停表的操作：啟動(dòng)、停表、讀數(shù)、回零；
③小車的后端對(duì)齊起始線，由靜止釋放；
④計(jì)時(shí)開始與貨車釋放應(yīng)當(dāng)是同時(shí)的，貨車撞擊金屬片時(shí)立刻停止計(jì)時(shí)
[拓展]用位置傳感測做變速直線運(yùn)動(dòng)物體的平均速率可獲得如圖1－4－2所示的s－t圖像，點(diǎn)擊"選擇區(qū)域"，先后將AD、AC、AB選取為研究區(qū)域，實(shí)驗(yàn)界面下方速率窗口都會(huì)出現(xiàn)速率值，即對(duì)應(yīng)貨車在AD、AC、AB的平均速率。
圖1－4－2
二超聲波測距
典型圖例
測距原理
通過超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播時(shí)遇到障礙物就立刻反射回去，超聲波接收器接收到反射波就立刻停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速率為v，結(jié)合由計(jì)時(shí)器測出發(fā)射和接收雜波的時(shí)間差Δt，就可以估算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離s＝
類型一檢測物體運(yùn)動(dòng)的平均速率
例1[福州高考]在測平均速率的實(shí)驗(yàn)中(如圖1－4－3所示)，斜面應(yīng)保持較小的斜度，這樣設(shè)計(jì)是為了實(shí)驗(yàn)中以便檢測。若停表每格為1s，則該實(shí)驗(yàn)中，貨車通過全程的平均速率是/s。實(shí)驗(yàn)中，貨車通過上半程的平均速率(選填"小于""大于"或"等于")貨車通過下半程的平均速率。
圖1－4－3
[答案]時(shí)間0.2大于
[解析](1)實(shí)驗(yàn)中斜面應(yīng)保持較小的斜度，這是為了易于檢測時(shí)間。
(2)貨車運(yùn)動(dòng)距離s＝0.5m＋0.5m＝1m，t＝5s，貨車通過全程的平均速率：v＝＝＝0.2m/s。
(3)貨車通過上半程的平均速率：v1＝＝≈0.17m/s測量平均速度實(shí)驗(yàn)練習(xí)題，通過下半程的平均速率：v2＝＝＝0.25m/s，v1＜v2，所以貨車通過上半程的平均速率大于貨車通過下半程的平均速率。
[知識(shí)警示]①實(shí)驗(yàn)中要盡量讓物體運(yùn)動(dòng)較長的路程和時(shí)間，這樣檢測更確切。②測出的路程和時(shí)間應(yīng)是對(duì)應(yīng)的。
類型二超聲波測距
例2在海難打撈中，沉沒定位和檢測海深都要用到回聲定位儀，它的工作原理是向海里發(fā)射聲波，接收到回聲訊號(hào)，通過中央處理器進(jìn)行運(yùn)算并顯示檢測結(jié)果。某次向海底垂直發(fā)射超聲波，經(jīng)過4s收到返回的訊號(hào)，海洋中該處的深度是。(聲波在海水中傳播的速率為1500m/s)
[答案]3000
[解析]超聲波在4s內(nèi)傳播的距離：s＝vt＝1500m/s×4s＝6000m，超聲波在4s內(nèi)一去一回，所以海洋中該處的深度：h＝s＝×6000m＝3000m。
[知識(shí)警示]碰到借助聲波測距的問題時(shí)一定要注意：給出或檢測的時(shí)間是聲波來回的總時(shí)間還是聲波一去或一回的時(shí)間，給出的距離是聲波通過的總距離還是聲波發(fā)射點(diǎn)到障礙物之間的距離。
知識(shí)點(diǎn)●1檢測物體運(yùn)動(dòng)的平均速率
1．小明在"測貨車運(yùn)動(dòng)的平均速率"的實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)了如圖1－4－4所示的實(shí)驗(yàn)裝置：貨車從帶刻度
的斜面頂端由靜止下降，圖中的甲、乙、丙顯示的是貨車抵達(dá)A、B、C三處時(shí)電子表的示數(shù)(數(shù)字分別表示"時(shí)：分：秒")。
圖1－4－4
(1)該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理是。
(2)實(shí)驗(yàn)中為了便捷計(jì)時(shí)，應(yīng)使斜面斜度較(選填"大"或"小")。
(3)貨車通過全過程的平均速率vAC＝/s。若路程s2恰好是全部路程的一半，則貨車通過上半段路程的平均速率vAB＝/s。
(4)實(shí)驗(yàn)前必須學(xué)會(huì)熟練使用電子表，假若讓貨車過了A點(diǎn)才開始計(jì)時(shí)，則會(huì)使所測AC段的平均速率vAC偏(選填"大"或"小")。
[答案](1)v＝(2)小(3)0.180.15
(4)大
[解析](1)該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理是v＝。
(2)斜面斜度越大，貨車沿斜面向上加速運(yùn)動(dòng)越快，過某點(diǎn)的時(shí)間會(huì)越短，計(jì)時(shí)會(huì)越困難，所以為使計(jì)時(shí)便捷，斜面斜度應(yīng)較小。
(3)由圖知，貨車通過的路程s1＝90cm＝0.9m，所用的時(shí)間t1＝5s，
vAC＝＝＝0.18m/s；
通過路程s2用的時(shí)間t2＝3s，s2＝s1＝×0.9m＝0.45m，vAB＝＝＝0.15m/s。
(4)計(jì)時(shí)晚，所計(jì)時(shí)間偏短，用公式v＝算出的速率偏大。
2．圖1－4－5是借助DIS(位置傳感)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測平均速率時(shí)所獲取的筆記本屏幕截圖，圖中用細(xì)虛線框出了三個(gè)區(qū)域，依照?qǐng)D上顯示的實(shí)驗(yàn)信息可知：
圖1－4－5
(1)Ⅰ區(qū)的功能是，Ⅱ區(qū)的功能是。(將符合選項(xiàng)的字母填在相應(yīng)的橫線上)
A．選擇實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法
B．記錄所采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
C．提取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
D．操控實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集
(2)點(diǎn)擊"選擇區(qū)域"后，選擇AD為研究區(qū)域，Ⅲ區(qū)域"速率"窗口中顯示的數(shù)值表示。
[答案](1)BA(2)平均速率
知識(shí)點(diǎn)●2超聲波測距
3．圖1－4－6為上海打撈局的打撈船抵達(dá)南澳海域，對(duì)"南海一號(hào)"明朝船只進(jìn)行打撈的情境。打撈之前，工作人員借助超聲波偵測海底的深度，若海底的深度為30m，則從發(fā)射超聲波到接收超聲波所用的時(shí)間是。(超聲波在海水中傳播的速率為1500m/s)
圖1－4－6
[答案]0.04
[解析]t＝＝＝0.04s。
一、選擇題
1．小軍朋友用下述四種方式測定小球沿桌面滾動(dòng)的平均速率，其中你覺得最好的是()
A．先選取一段較長的路程，測定小球通過這段路程所用的時(shí)間
B．先選取一段較短的路程，測定小球通過這段路程所用的時(shí)間
C．先選取一段較長的時(shí)間，測定小球在這段時(shí)間內(nèi)通過的路程
D．先選取一段較短的時(shí)間，測定小球在這段時(shí)間內(nèi)通過的路程
[解析]A按照平均速率的公式v＝可知，檢測平均速率須要檢測路程和時(shí)間。從理論上講，上述四種方式都能測定小球的平均速率，但要判斷最好的檢測方式測量平均速度實(shí)驗(yàn)練習(xí)題，則要從是否便于操作和檢測是否確切兩個(gè)方面來考慮。B中偏差較大；C中若路程很長則會(huì)使操作不便捷；D項(xiàng)操作不便捷，不易控制實(shí)驗(yàn)路程。故A最好。
2．在"測物體運(yùn)動(dòng)的平均速率"的實(shí)驗(yàn)中，假如測出物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)間比實(shí)際值偏大，則檢測出的物體的平均速率()
A．跟實(shí)際值相同B．比實(shí)際值偏大
C．比實(shí)際值偏小D．不能確定
[答案]C
圖1－4－1
3．用斜面和滑塊做"測物體運(yùn)動(dòng)的平均速率"實(shí)驗(yàn)，當(dāng)滑塊自頂端滑下時(shí)開始計(jì)時(shí)，滑至斜面底端時(shí)停止計(jì)時(shí)，如圖1－4－1所示。在此過程中，滑塊運(yùn)動(dòng)的平均速率是()
A．10cm/sB．9cm/s
C．8cm/sD．7cm/s
[答案]B
4．[福州高考]如圖1－4－2所示為小明做"檢測物體運(yùn)動(dòng)的平均速率"的實(shí)驗(yàn)過程，圖中的停表(停表每格為1s)分別表示貨車通過斜面A、B、C三點(diǎn)的時(shí)刻，B點(diǎn)是全程AC的中點(diǎn)，關(guān)于貨車通過上、下半段路程所用的時(shí)間和平均速率的關(guān)系，正確的是()
圖1－4－2
A．tAB＜tBCB．tAB＝tBC
C．vAB＞vBCD．vAB＜vBC
[解析]D由圖中停表示數(shù)可知，tAB＝5s，tBC＝3s，所以tAB＞tBC。故A、B錯(cuò)誤。由題意知sAB＝sBC，貨車在上半段的平均速率vAB＝，在下半段的平均速率vBC＝，所以vAB＜vBC，所以C錯(cuò)，D正確。
二、填空題
5．某學(xué)校的朋友在數(shù)學(xué)課外活動(dòng)上檢測騎單車的速率，活動(dòng)須要的檢測工具有和。若某同事騎單車運(yùn)動(dòng)40m用時(shí)8s，則他騎單車的平均速率是/s。
[答案]卷尺表(腕表或停表)5
6．兩個(gè)朋友做"探究貨車沿斜面下降時(shí)速率變化的情況"實(shí)驗(yàn)，如圖1－4－3所示是貨車下降過程的示意圖。
圖1－4－3
(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)用檢測物體運(yùn)動(dòng)的路程，用檢測物體通過這段路程所用的時(shí)間。實(shí)驗(yàn)中，斜面應(yīng)保持(選填"很小"或"很大")的斜度，這是為了易于檢測時(shí)間。
(2)下表是她們未完成的實(shí)驗(yàn)記錄，請(qǐng)你將表填完整。
路程s/cm
運(yùn)動(dòng)時(shí)間t/s
平均速率v/(cm·s－1)
s1＝80.0
t1＝2.8
v1≈28.6
s2＝40.0
t2＝2.0
v2＝20.0
s3＝s1－s2＝40.0
t3＝t1－t2＝0.8
v3＝
(3)由表中數(shù)據(jù)可知貨車速率變化的特征是：
。
[答案](1)刻度尺停表很小(2)50.0
(3)貨車沿斜面下降的過程中，速率越來越大
[解析](1)實(shí)驗(yàn)中要檢測路程須要用刻度尺，檢測時(shí)間須要用停表；為了使貨車下降速率不至于太快，以免下降時(shí)間過短不便檢測，故在實(shí)驗(yàn)時(shí)，斜面應(yīng)保持很小的斜度，以易于檢測時(shí)間。
(2)表中v3＝＝≈50.0cm/s。
(3)比較v2、v3可知：貨車沿斜面下降的過程中，速率越來越大。
7．已知高鐵旁的電纜線桿每兩根間的距離為30m。小亮在列車上觀察路旁的電纜線桿，從某一根電纜線桿在眼前經(jīng)過算起，經(jīng)過1min時(shí)間，共有31根電纜線桿從眼前經(jīng)過，小亮因而計(jì)算出列車行駛的速率為/s。
[答案]15
[解析]從第1根到第31根電纜線桿，中間經(jīng)過了30個(gè)間隔，距離為s＝30×30m＝900m，時(shí)間為1min＝60s，因而列車行駛的速率：v＝＝＝15m/s。
三、實(shí)驗(yàn)探究題
8．檢測貨車運(yùn)動(dòng)的平均速率須要的檢測工具有、。如圖1－4－4所示是某次測平均速率時(shí)的實(shí)驗(yàn)過程，圖中停表的設(shè)置是"時(shí)：分：秒"，甲、乙、丙分別對(duì)應(yīng)了貨車在起點(diǎn)、路程中點(diǎn)、終點(diǎn)位置的時(shí)刻。貨車通過全程的平均速率v＝/s；路程s1剛好是全部路程的一半，貨車通過上半段路程的平均速率v1＝/s。
圖1－4－4
[答案]停表刻度尺0.240.2
9．[山東高考]如圖1－4－5所示，在斜面上檢測貨車運(yùn)動(dòng)的平均速率。讓貨車從斜面A點(diǎn)由靜止開始下降，分別測出貨車抵達(dá)B點(diǎn)和C點(diǎn)的時(shí)間，即可測出不同階段的平均速率。
圖1－4－5
(1)圖中AB段的路程sAB＝，假如測得時(shí)間tAB＝1.6s，則AB段的平均速率vAB＝/s。
(2)在檢測貨車抵達(dá)B點(diǎn)的時(shí)間時(shí)，假若貨車過了B點(diǎn)才停止計(jì)時(shí)，測得AB段的平均速率vAB會(huì)偏。
(3)為了檢測貨車運(yùn)動(dòng)過程中下半程的平均速率，某同事讓貨車從B點(diǎn)由靜止釋放，測出貨車抵達(dá)C點(diǎn)的時(shí)間，因而估算出面包車運(yùn)動(dòng)過程中下半程的平均速率。他的做法正確嗎？，理由是：。
[答案](1)40.025.0(2)小
(3)不正確所測時(shí)間不是運(yùn)動(dòng)過程中下半程的時(shí)間
[解析](1)貨車運(yùn)動(dòng)距離sAB＝80.0cm－40.0cm＝40.0cm，tAB＝1.6s，貨車通過AB段的平均速率：v＝＝＝25.0cm/s。
(2)若果讓貨車過了B點(diǎn)才停止計(jì)時(shí)，會(huì)造成時(shí)間的檢測結(jié)果偏大，由公式v＝知，平均速率會(huì)偏小。
四、計(jì)算題
10．一位朋友以3m/s的速率跑完全程的一半后，立刻又以5m/s的速率跑完全程的另一半。問該朋友跑完全程的平均速率是多大？
[答案]假定全程的路程為s，則：跑完前一半路程所用的時(shí)間為t1＝＝，跑完后一半路程所用的時(shí)間為t2＝＝，所以跑完全程所用的時(shí)間為t＝t1＋t2＝＋；跑完全程的平均速率為v＝＝＝3.75m/s。
1．一位朋友對(duì)變速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了興趣，他查閱資料后曉得了"勻變速直線運(yùn)動(dòng)"是最簡單的變速運(yùn)動(dòng)。
物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的速率隨時(shí)間均勻變化，在某段時(shí)間內(nèi)的平均速率等于開始時(shí)刻的速率和結(jié)束時(shí)刻的速率的平均。已知某物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，開始時(shí)刻的速率為2m/s，路程隨時(shí)間變化的數(shù)目關(guān)系為s＝2t＋t2，則物體在4s內(nèi)運(yùn)動(dòng)的路程為，在第4s末的速率為/s。
[答案]2410
2．下課了，小宇想估測自己上樓的速率，他沒有腕表，但他靈機(jī)一動(dòng)，用心跳的跳動(dòng)測時(shí)間。他的心跳在平淡時(shí)每分鐘跳動(dòng)72次，他從教學(xué)樓2層正常走到4層，數(shù)出自己的心跳跳動(dòng)18次。相鄰兩層樓之間的走道高4m。請(qǐng)你幫助他估算一下上樓的速率。假如考慮他上樓過程中身體的運(yùn)動(dòng)引起脈搏推進(jìn)這個(gè)誘因，則他用這些技巧測出的速率比實(shí)際速率偏大還是偏小？
[答案]0.53m/s偏小
3．如圖1－4－6所示，小紅想曉得一盤蚊香燃燒的時(shí)間，請(qǐng)你自選器材，幫助小紅較快地測出一盤蚊香能燃燒的時(shí)間，并強(qiáng)調(diào)對(duì)檢測結(jié)果的確切性有影響的誘因。
圖1－4－6
[答案]步驟：(1)用絲線和刻度尺配合測出一盤蚊香的全長L；(2)用點(diǎn)火機(jī)燃起蚊香，并用電子表測出蚊香燃燒1cm所用的時(shí)間t0，則燃燒速率v＝；(3)一盤蚊香燃燒的總時(shí)間t＝＝＝。
這些技巧測出的時(shí)間的確切性受蚊香的粗細(xì)均勻、風(fēng)速等誘因的影響。