高中物理《运动快慢的描述》素材 教科版必修1.doc

运动快慢的描述速度自主探究激光线速度检测仪激光线速度检测仪是一种高精度的非接触式光电测量传感装置，广泛应用于过程和制造行业的速度和长度测量。测速仪测量精度高，安装距离大，结构紧凑，一体化的防热、防撞、防震和保护设计，以及经济合理的价格，使得系统在整个热轧和冷轧过程中都是理想的测量设备。它可以用于： 1）长度测量； 2）秒流量agc控制； 3）延伸量控制的差速检测； 4）剪切优化系统中的带钢跟踪； 5）表面检测系统中的带钢跟踪； 6）连铸过程控制； 7）带钢的成像（与测宽仪结合）； 8）自动宽度控制（awc）中的速度跟踪。 激光线速度检测仪同样也可以应用于钢管轧制，棒线材轧制，型钢轧制，中厚板轧制，处理线以及其他金属轧制以外的工业应用领域。多种多样的雷达测速仪器1basic型警用测速雷达basic型警用雷达分为固定型（stationary）和移动 型（moving）两种型号。其中移动型（moving）包含了固定型的全部功能，并且可以在测量者处于运动状态时进行测量。2 ual型车载测速雷达三窗三色可分离式显示单元同时显示最强信号、最快和巡逻车的速度。3斯德克sport型测速雷达斯德克运动型测速雷达可以用于网球，棒球,高尔夫球，雪橇，赛艇，赛车以及其他运动的速度测量。4斯德克lidar型测速雷达lidar 是新一代警用激光测速仪，可以精确瞄准超速车辆。既可用有线手柄，亦可用电池手柄（便携）进行操作友好的操作界面：idar操作简单，lidar上面的多功能按钮都带有后背灯光照明和清楚的标示，使用简单明了。雷达测速与激光测速的原理与比较 多卜勒效应和雷达测速你一定有这样的经验，当你站在马路旁边，即使没有去注视路面上车辆的行驶的情况，单凭耳朵的听觉判断，你能感到一辆汽车正在驶过来，或者离你而去。这里面当然依靠汽车行驶的声间是渐强还是渐弱，但细细想想，主要还是根据汽车行驶的车轮声或剌叭声调的变化。原来，车辆驶近时，声音要变尖，也就是说，音调要高些；开过以后，远离的时候，声音会越来越低。为什么会这样呢？原来，声音的形成，首先是由于发声体的振动，然后在它周围的空气中形成了一会疏一会密的声波，传到耳朵里，使耳膜随着它同样地振动起来，人们就听到了声音。耳膜每秒钟振动的次数多，人就感到音调高；反之，耳膜每秒钟振动的次数少，人就感到音调低。照这样说，声源发出什么声，我们听到的就是什么调。问题的关键在于汽车在怎样的运动。汽车匀速驶来，轮胎与地面摩擦产生的声波传来时“疏”、“密”、“疏”、“密”是按一定规律，一定距离排列的，可当汽车向你开来时，它把空气中声波的“疏”和“密”压得更紧了，“疏”、“密”的问题更近了，人们听到的音调也就高了。反之，当汽车离你远去时，它把空气中的疏密拉开了，听到的声音频率就小了，音调也就低了。汽车的速度越高，音调的变化也越大。在科学上，我们把这种听到音调与发声体音调不同的现象，称为“多卜勒效应”。有趣的是，雷达测速计也正是根据多卜勒效应的原理研制出来的。我们知道，小汽车可以开得很快，可是为了保证安全，在某些路段上，交通警察要对车速进行限制。那么，在汽车快速行进时，交通警察是怎样知道它们行驶的速度呢？最常用的测速仪器叫雷达测速计，它的外形很象一支大型信号枪，它也有枪筒，手柄、板机等部件，在枪的后面有一排数码管。把枪口对准行驶的车辆，一扣板机，一束微波就射向行驶中的车辆。微波是波长很短的无线电波，微波的方向性很好，速度等于光速。微波遇到车辆立即被反射回来，再被雷达测速计接收。这样一来一回，不过几十万分之一秒的时间，数码管上就会显示出所测车辆的车速。它所依据的原理依然是“多卜勒效应”。雷达测速计发出一个频率为1000兆赫的脉冲微波，如果微波射在静止不动的车辆上，被反射回来，它的反射波频率不会改变，仍然是1000兆赫。反之，如果车辆在行驶，而且速度很快，那么，根据多卜勒效应，反射波频率与发射波的频率就不相同。通过对这种微波频率微细变化的精确测定，求出频率的差异，通过电脑就可以换算出汽车的速度了。当然，这一切都是自动进行的。雷达测速计的测速范围大约在每小时24公里到199公里之间，测速范围比较大，精确度也相当高，车速在每小时100公里时，误差不会超过1公里/小时。测速雷达朝向公路，可以测量车速，如果指向天空，就可以测云层的高度，测云层的速度。当然，要测几十公里外，甚至上百公里外的飞机，也是这个原理，只不过要向它扫描的空间连续发射微波束，这些微波束遇到飞机再反射回来，已经极其微弱了，要想把它接收到，分辨清并计算出来，就很困难了，这就需要一个庞大的灵敏的雷达。雷达测速与激光测速的比较目前，国际上所采用的流行的“流动电子警察”或“可搬移电子警察”主要由：激光测速仪、雷达测速仪与摄像机或照相机的组合而成。一、激光测速仪 激光测速仪是采用激光测距的原理。激光测距（即电磁波，其速度为30万公里/秒），是通过对被测物体发射激光光束，并接收该激光光束的反射波，记录该时间差，来确定被测物体与测试点的距离。激光测速是对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距，取得在该一时段内被测物体的移动距离，从而得到该被测物体的移动速度。因此，激光测速具有以下几个特点： 1、由于该激光光束基本为射线，估测速距离相对于雷达测速有效距离远，可测1000m外。 2、测速精度高，误差1公里。 3、鉴于激光测速的原理，激光光束必须要瞄准垂直与激光光束的平面反射点，又由于被测车辆距离太远、且处于移动状态，或者车体平面不大，而导致激光测速成功率低、难度大，特别是执勤警员的工作强度很大、很易疲劳。 4、鉴于激光测速的原理，激光测速器不可能具备在运 动中使用，只能在静止状态下应用；因此，激光测速仪不能称之为“流动电子警察”。在静止状态下使用时，司机很容易发现有检测，因此达不到预期目的。 5、价格昂贵，现在经过正规途径进口的激光测速仪（不 含取景和控制部分）价格至少在一万美金左右。二、雷达测速仪 雷达测速的原理是应用多谱勒效应，即移动物体对所接收的电磁波有频移的效应，雷达测速仪是根据接收到的反射波频移量的计算而得出被测物体的运动速度。因此，具有以下特点： 1、雷达波束较激光光束（射线）的照射面大，因此雷达测速易于捕捉目标，无须精确瞄准。 2、雷达测速设备可安装在巡逻车上，在运动中的实现检测车速，是“流动电子警察”非常重要的组成部分。 3、雷达固定测速误差为1 km/h，运动时测误差为2 km/h，完全可以满足对交通违章查处的要求。 4、雷达发射的电磁波波束有一定的张角，固有效测速距离相对于激光测速较近，最远测速距离为800 m（针对大车）。 5、雷达测速仪因技术成熟，价格适中。因此，广受欢迎。 6、雷达测速仪发射波束的张角是一个很重要的技术指标。张角越大，测速准确率越易受影响；反之，则影响较小。 教材详解1 速度物理学中用位移与发生这个位移所用时间的比值表示物体运动的快慢，这就是速度，通常用字母v代表。如果在时间t内物体的位移为x，它的速度就可表示为：。速度是描述物体运动快慢和方向的物理量。它是矢量，既有大小又有方向。其大小表示物体运动的快慢，方向表示物体运动的方向。单位是“米/秒”，符号是m/s。2 平均速度一般说来，物体在某段时间间隔内，运动的快慢不一定是时时一样的，所以用求得的速度，表示的只是物体在时间间隔t内运动的平均快慢程度，所以称为平均速度。有时也用表示。平均速度只能粗略地描述物体运动的快慢。3 瞬时速度为了更加精确的描述物体运动的快慢，在描述物体从t到tt的时间间隔内的运动时，若使t非常小，小到趋于零时，此时用算得的平均速度就是物体在时刻t的速度，这个速度叫做瞬时速度。注意：速度的大小叫速率，日常生活中和物理学中说到的“速度”，有时是指速率。“速度”一词有时指平均速度，有时指瞬时速度，要根据上下文加以判断和区分。在匀速直线运动中，平均速度和瞬时速度相等。合作学习例题1：某地铁的自动扶梯与地面的夹角为53，地铁车站在地面下60 m深处，游客用50 s由地铁车站乘自动扶梯到达地面。则自动扶梯的平均移动速度为多少？60m530解析：对于本题要求得平均速度，关键是求得游客的位移。这便需要分析游客的运动过程，建立正确地空间位置关系，从而正确地求得位移，进而求得平均速度。答案：空间位置关系如右图示，因而游客的位移为s=60/sin53=75m，所以自动扶梯的平均速度为vs/t=75/50m/s=1.5m/s例题2：上海到南京的列车已迎来第五次大提速，速度达到v1=180 km/h。为确保安全，在铁路与公路交叉的道口处需装有自动信号灯。当列车还有一段距离才到达公路道口时，道口应亮出红灯，警告未越过停车线的汽车迅速制动，已越过停车线的汽车赶快通过。如果汽车通过道口的速度v2=36km/h，停车线距道口栏木的距离s0=5 m，道口宽度s26 m，汽车长l15 m（如图示），把火车和汽车的运动都看成匀速直线运动。问：列车离道口的距离l为多少时亮红灯，才能确保已越过停车线的汽车安全驶过道口？解析：本题不仅考查了匀速直线运动的相关知识，还考查了两个运动之间的关系。两运动之间的等时性是解答本题的关键。同时还要能够据题目的描述，正确地建立两车的运动图景，从而能够正确地求得所需距离。要通过该题强化运动图景的建立能力的培养。ls0s汽车停车线栏木道口高速列车l答案：为确保行车安全，要求列车驶过距离l的时间内，已越过停车线的汽车的车尾必须能够通过道口，则有：汽车越过停车线至车尾通过道口，汽车的位移s=l+s+s0=（15526）46m汽车以v2=36km/h10m/s通过这段位移所需时间t=s/ v24.6s。高速列车在这段时间内以v1=180km/h50m/s的速度行驶的距离lv1t230m。因而，最小距离为230m。例题3：把纸带的下端固定在重物上，上端用手提着，纸带穿过打点计时器。接通电源后将纸带释放，重物便拉着纸带下落，纸带被打出一系列点，其中有一段如图所示。（1）图中所示纸带，哪端与重物相连？说出你的道理。（2）怎样计算纸带上打a点时重物的瞬时速度？说出你的道理。解析：解决本题的关键是明确打点的过程，由生活实践知道重物的下落为加速过程，从而得到点的大体分部情况，然后再进行解答。答案：（1）图中所示纸带，左端与重物相连。因为，物体下落过程中为加速运动，因而相邻两点间的距离应不断增大，间距大的点应为离重物较远的点。所以重物应与纸带左端相连。（2）取与点a相邻的左右两个点，测量两点间的距离s，则va=s/0.04。因为打a点时重物的瞬时速度等于与点a相邻的左右两个点间的平均速度。师生互动1测得某短跑运动员在100 m竞赛中，5s末的速度为10.4 m/s，在10 s末到达终点的速度是10.2m/s，此运动员在这100 m中的平均速度为a.10.4 m/s b.10.3 m/s c.10.2 m/s d.10.0 m/s2在变速运动中，对瞬时速度大小的理解，正确的是a.表示物体在某一时刻运动的快慢程度 b.表示物体在某段时间内运动的快慢程度c.表示物体经过某一位置的运动快慢程度 d.表示物体经过某段位移的运动快慢程度3一个朝某方向作直线运动的物体，在时间t内的平均速度是，紧接t/2内的平均速度是 /2，则物体在这段时间内的平均速度是（ ）a. b. c. d. 4大白鲨在水中的速度约为43 km/h，某优秀运动员在男子50 m自由泳比赛中的成绩是21.81 s，谁的速度快？5一辆汽车从你身边经过时的速度是25 m/s。“十五”期间将要建成的京沪铁路的某些路段上，火车的时速将高达330 km/h，那个速度是平均速度？那个速度是瞬时速度？谁运动的快？课后习题解答1答案：（1）1光年3.0108365243600m9.46081015m(2)所用时间ts1.33108s2答案：（1）汽车前1s、前2s、前3s、前4s和全程的平均速度分别为：9m/s、8m/s、7m/s、6m/s、5m/s。这五个速度中，前1s内的平均速度最接近汽车关闭油门时的瞬时速度，它比这个瞬时速度略些。（2）汽车运动的最后1s的平均速度是1m/s；汽车的末速度是零。3答案：（1）由列车时刻表可知，t107此列车由北京西站开出直至到达聊城站，所走的位移s350 km，所用时间t=3小时54分钟，所以平均速度vs/t24.9