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“实验:测平均速度”教学目标
知识目标和能力目标
2.正确观察和测量平均速度.
情感目标
1.通过实验养成认真细致的行为习惯和实事求是的精神.
2.通过实验养成和其他同学合作的意识.
教学建议
"实验:测平均速度"教材分析
教材设计实验来巩固平均速度的知识,练习用钟表测时间,用刻度尺测长度,选用的器材简单,木块、斜面和小车,在斜面的中间放上铁片,用来划分两段路程,在小车或小球撞击到铁片上时能记录时间,两段时间之和就是小车在斜面上的总路程所通过的时间.
教材要求学生计算前半程、后半程、总程的平均速度,应当严格按照平均速度的计算公式计算,在计算中复习物理计算的步骤.
"实验:测平均速度"教法建议
用实验法教学,观察实验仪器,看各部分的在实验中的作用,并分析实验的过程中需要测量的物理量和如何测量该物理量,实验表格中的数据对应着哪步的测量结果.
要分小组做实验,增强学生的合作意识和合作能力,小组可以有发令成员,负责使小组各位预备完善后统一进行实验.有手持小车预备实验的成员,当听到发令后进行实验,有记录成员,当小车到达铁片时,听到撞击声就记录钟表所用的时间,并记录在表格中,三个成员共同完成本实验.
还可以在条件较好的学校、学生中使用其他的方法,例如可以让学生自行设计实验的过程,只要能完成测量平均速度的目的就可以采用.充分发挥学生的创造能力.
教学设计示例
“实验:测平均速度”教学设计示例
【教学单元分析】
实验要求学生会用钟表和刻度尺正确测量时间、距离,并求出平均速度,同时加深对平均速度的理解,对于实验器材可以自行选择.
将数据填入表格中,计算三个阶段的平均速度,假如用停表计时,可以用教材中的表格,假如用钟表计时,应当将运动时间改为三个栏目“计时开始、计时结束、运动时间”,再分别计算出运动时间.
对于时间的测量,应当进行适当的练习,经过几次实验,时间就会测得准确些.
【教学过程分析】
一.实验指导
小车的坡度要很小,小车在斜面的运动时间就会较长,测量时间增长,最后结果的误差就会减小.金属片放在斜面的中间,测量出斜面的总长,则前半程、后半程和全程的距离都可以得到.
二.表格设计
提供一个表格供参考
路程
运动时间
平均速度
计时开始
计时结束
运动时间
s1=
t11=
t12=
t13=
v1=
s2=
t21=
t22=
t23=
v2=
s=
t=
v=
三.实验过程辅导
测量平均速度的原理、实验器材可以让学生说明,指出长度、时间的测量可以用测量工具直接测量,而速度测量需要测量长度和时间再根据速度公式计算,所以实验原理是速度的公式,由公式也可以看出实验器材是钟表和刻度尺.
平均速度测量,实验难点是计时结束以听到撞击声为准,即听到声音的同时记录结束时刻,注重学生区分时刻和时间的概念,时刻是结束或开始时刻在时间轴上的位置,而运动时间是这两个时刻之间的在时间轴上的长度,所以表格中的t13=t12-t11,t23=t22-t21.
平均速度的计算,注重物理量的对应,.而决定不能认为,可以让学生分析两个问题以加深理解:
1.某运动过程中,行驶的路程前半程的速度是10m/s,后半程是20m/s,计算全程的平均速度.
2.某运动过程中,前半段时间行驶的速度是10m/s,后半段时间行驶的速度20m/s,计算全程的平均速度.
对于问题1,全程的平均速度是:
对于问题2:全程的平均速度是:
【板书设计】
探究活动
【课题】
调查在交通规章制度中,对速度的限定
【组织形式】
学生小组
【教师辅导参考方案】
1.我国不同的公路、铁路(两者都分不同的级别)中对速度的要求.
2.对于同一种路面,各个国家的规定是否相同,分析其特点.
3.其他相关的问题,例如某路面超速的处罚是什么.
【评价】
1.从网上学习的小组,列出学习过程.
1.小明坐在天津到北京的动车上,透过车窗看到路边的树木向后移动,他是以__车__为参照物;该车仅用30 min 跑完120 km的全程,其平均速度为__240__km/h。
2.(2013,宜宾)小刚学了长度测量以后,在分组探究活动中,估计教室里所用课桌的高度约为80__cm__(填上合适的长度单位),然后又用刻度尺测量橡皮擦的长度,如图所示,图中橡皮擦的长度是__3.10__cm。
,(第2题图)) ,(第3题图))
3.(2014,合肥模拟)如图所示是拍摄苹果下落过程中的频闪照片,相机每隔0.1 s曝光一次,由此可判断苹果的运动是__变速__(选填“匀速”或“变速”)运动。照片上A与B的间距所对应的苹果的实际运动路程为57 cm,则苹果在这段路程上的平均速度是__1.9__ m/s。
4.(2014,上海)甲、乙两车运动的s—t图象分别如图(a)、(b)所示,以甲为参照物,乙是__运动__(选填“静止”或“运动”)的;甲、乙各运动8 m,所用时间相差__9____s;甲在上坡过程中,其重力势能__增大__(选填“增大”“不变”或“减小”)。
5.(2014,芜湖模拟)甲、乙两人从相距15 km的两地同时出发,相向而行,甲的速度为3 km/h,乙的速度为2 km/h,甲带一条狗,同甲一起出发,狗的速度为4 km/h,狗碰到乙后又往甲方向走,碰到甲后它又往乙方向走,这样持续下去,直到甲、乙相遇时,这条狗一共走了__12__km。
二、选择题
6.(2014,武汉)如图所示,两列火车并排停在站台上,小强坐在车厢中向另一列车厢观望。突然,他觉得自己的列车开始缓缓地前进了,但是,“驶过”了旁边列车的车尾才发现,实际上他乘坐的列车还停在站台上。下列说法正确的是(D)
A.小强感觉自己乘坐的列车前进了是以站台为参照物
B.小强发现自己乘坐的列车还停在站台上是以坐在旁边的小红为参照物
C.小强发现自己乘坐的列车还停在站台上是以坐在旁边列车的车尾为参照物
D.小强先后不同的感觉是因为他选择的参照物不同而造成的
7.(2014,北京)PM2.5是指空气中直径很小的颗粒,其直径还不到人的头发丝粗细的二十分之一。PM2.5中的“2.5”是表示颗粒直径的数值,关于它的单位,下列选项中正确的是(D)
A.米 B.分米 C.厘米 D. 微米
8.(2014,淮北模拟)我们可以用物体经过的路程来描述物体的运动,还可以从初位置到末位置作出一条线段来表示物置的变化。如图所示,某物体分别沿两条路径从A点运动到B点:第一次先从A到D,再从D到B;第二次直接从A到B,则物体的两次运动(B)
A.路程相等,位置的变化相同
B.路程不等,位置的变化相同
C.路程相等,位置的变化不同
D.路程不等,位置的变化不同
9.(2014,南昌)如图所示是一个小球在相同时间间隔里运动情景的物理模型图,对这个小球的运动情景描述正确的是(B)
A.小球从高处自由下落 B.小球沿斜面上下运动
C.小球做匀速圆周运动 D.小球从碗边释放滚下
10.(2014,襄阳)2013年9月29日建成通车的卧龙大桥是襄阳首座斜拉桥,全长4 343.5 m,桥面宽31.5 m,双向六车道。如果一辆大车通过该桥的速度是60 km/h,则所用的时间是(保留整数位)(A)
A.4 min B.6 min C.8 min D.10 min
11.(2014,铜陵模拟)阳光明媚的春天,王爷爷带着三人驾着小汽车一起去春游,行驶途中,同一时刻四人在各自的座位上观察指针式速度表,观察到的数据如下,此时车的实际行驶速度应该是(A)
A.100 km/h B.98 km/h
C.96 km/h D.没有观察到
12.(2014,杭州)短跑运动员在某次百米赛跑中测得5 s末的速度为9.0 m/s,10 s末到达终点的速度为10.2 m/s,则下列说法正确的是(C)
A.在前5 s内运动员的平均速度为4.5 m/s
B.在后5 s内运动员的平均速度为9.6 m/s
C.在本次百米赛跑中运动员的平均速度为10.0 m/s
D.在本次百米赛跑中运动员的平均速度为5.1 m/s
13.(2014,阜阳模拟)沿同一条直线向东运动的物体A、B,其运动相对同一参考点O的距离s随时间t变化的图象如图所示,以下说法正确的是(D)
①两物体由同一位置O点开始运动,但物体A比B迟3 s才开始运动 ②t=0时刻,A在O点,B在距离O点5 m处 ③从第3 s开始,vA>vB,5 s末A、B相遇 ④5 s内A、B的平均速度相等
A.只有①④正确 B.只有③④正确
C.只有①③正确 D.只有②③正确
14.(2014,绍兴)如图是伽利略1604年做斜面实验时的一页手稿照片,照片左上角的三列数据如表格。表中第二列是时间,第三列是物体沿斜面运动的距离,第一列是伽利略在分析实验数据时添加的。根据表中的数据,可以得出的结论是(C)
1 1 32
4 2 130
9 3 298
16 4 526
25 5 824
36 6 1 192
49 7 1 600
64 8 2 104
A.物体具有惯性
B.物体做匀速直线运动
C.物体运动的距离与时间的平方成正比
D.物体运动距离的增加量与时间成正比
15.(2014,潍坊)小华同学的家附近有一公共自行车站点,他经常骑公共自行车去上学,某一次从家到学校运动的s—t图象如图所示,则小华从家到学校的平均速度是(C)
A.135 m/s B.168.75 m/s
C.2.25 m/s D.2.81 m/s
三、实验题
16.(2014,河南)在如图所示的斜面上测量小车运动的平均速度。 让小车从斜面的A点由静止开始下滑,分别测出小车到达B点和C点的时间,即可测出不同阶段的平均速度。
(1)图中AB段的路程sAB=__40__cm,如果测得时间tAB=1.6 s,则AB段的平均速度vAB=__25__cm/s。
(2)在测量小车到达B点的时间时,如果小车过了B点才停止计时,测得AB段的平均速度vAB会偏__小__。
(3)为了测量小车运动过程中下半程的平均速度,某同学让小车从B点由静止释放,测出小车到达C点的时间,从而计算出小车运动过程中下半程的平均速度。他的做法正确吗?__不正确__,理由是__这样测得的小车下半程的平均速度会偏小__。
四、计算题
17.(2014,宿州模拟)甲、乙两地的距离是900 km,一列火车从甲地早上7:30出发开往乙地,途中停靠了几个车站,在当日16:30到达乙地。列车行驶途中以144 km/h的速度匀速通过长度为400 m的桥梁,列车全部通过桥梁的时间为25 s。
(1)火车从甲地开往乙地的平均速度是多少?
(2)火车的长度是多少?
解:(1)火车从甲地到乙地所用时间:
t1=16:30-7:30=9 h,
火车的平均速度:
v1=s1t1=900 km9 h=100 km/h
(2)火车匀速通过桥梁的速度:
v2=144 km/h=40 m/s,
火车全部通过桥梁的距离:
s2=v2t2=40 m/s×25 s=1 000 m,
关键词:速度测量;单光幕;FPGA;精度分析
中图分类号:TP21文献标识码:B
文章编号:1004-373X(2009)12-001-03
Design of Velocity Measuring System with Single Light Curtain Based on FPGA
MA Xuelin1,2,YAN Zhongming1,2,DONG Liang1,2,LIAO Wenting1,2,LI Haitao1,2,WANG Yu1,2
(1.MOE Key Lab of Magler Technology and Vehicle,Southwest Jiaotong University,Chengdu,610031,China;
2.Superconductivity R&D Center,Southwest Jiaotong University,Chengdu,610031,China)
Abstract:The popular method of measuring velocity is usually use two light curtains.But the two signals from each light curtain can not be syncsignals for the signals transmit though the different path and the two light curtains can not be parallelled absolutely both cause messuring errors.In this paper the velocity measuring system is designed based on single light curtain,avoiding most of the error mention above and easy to be realized,the result is more accurate in the abstract.The velocity measuring system based on FPGA with virtue of few periphery electric circuit.High intergration and high reliability is modular designed with QUARTUSⅡsoftware and can be displayed with the digital driving circuit.
Keywords:velocity measurement;single light curtain;FPGA;precision analysis
0 引 言
高速运动物体的物理状态检测分析一直以来都是一项重要的研究内容,特别是对于高速运动物体瞬时运动速度的检测。这是瞬态过程及效应物理研究中的一个有待发展的领域,可能会导致极端条件下的新物理效应,在高速碰撞等方面有着直接的应用背景,也给检测和控制技术提出了更高的挑战。
1 测量方法
对于高速运动的物体,常用的速度测量方法按测量原理可分成三类,即瞬时速度测量法、平均速度测量法和多普勒原理测量法。瞬时速度测量法采用弹道摆或微波倾角法,可以换算出物体的瞬时飞行速度,但测试误差较大,目前很难达到高的精度。多普勒测速法是利用波传播中多普勒效应进行测速的方法,也是一种比较有效的测量速度方法。平均速度测量法是在测量目标前进方向放置两道光幕;通过测量两光幕之间的距离S和测量目标通过两光幕之间的时间t;然后利用平均速度公式v=S/t计算测量目标的速度,如图1所示。
图1 双光幕平均测速法原理
但在使用双光幕的平均速度测量法中,由于每个光幕及其后处理电路在工作中的处理速度和延时不可能完全一致,这样就会造成难以避免的误差。在要求高精度的测量中,这些误差会对结果产生附加的负面的影响。另外,两个光幕射出的光要求严格平行,否则测量结果也会产生误差,而严格平行在现实测量中也很难做到。
基于此,这里提出一种单光幕的速度测量系统。在避免两路信号通过光幕及其后的电路时由于处理时间不一致而在产生误差的同时,也避免了因两束光线不平行产生的误差。
2 测量系统原理
该系统采用单光头测量,系统总体结构如图2所示。将光源置于发射器出口处的上方,并在其下方固定光敏器件,使光敏器件可以准确接收到光源所发出的光束。测量开始后,当目标前端挡住光源发出的光时,光敏器件因接收不到光而输出低电压信号;当目标通过后,光敏器件重新接收到光源所发出的光后,输出变回高电压信号。被测目标的长度L可以事先通过矩阵键盘输入到测速度系统,根据电信号的变化触发和停止计数单元,可以记录到目标通过光源下方的时间t,在假设目标运动方向与光束垂直时,可近似取L计算目标在这段时间内的平均速度v=L/t。此时,目标不受运动方向上力的作用,所以速度变化微小,此速度可看作目标的出口速度。
图2 单光幕平均速度测量法原理图
从以上过程可以看出,在保证整套系统具有高精度的同时,对光电转换器件性能的依赖大大降低。同时因为两路信号均经过同一套处理电路,所以信号在路径上的延时几乎完全一致,提高了测量精度。因此,此方法具有测试精度高,灵敏度调节灵活,成本低等特点。
3 系统模型
为了在数据处理和运算时仍能达到更高的精度和更快的处理速度,考虑采用时钟频率较高的FPGA芯片实现此系统。这样做的好处是可以采用先进的Top-Down设计方法,从系统原型入手,在顶层进行功能方框图的划分和结构设计。在功能级进行仿真、纠错,并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述,然后用综合工具将设计转化为具体门电路网表后,将整个系统下载到FPGA芯片中执行。由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的,这不仅有利于早期发现结构设计上的错误,避免设计工作的浪费,而且也减少了逻辑功能仿真的工作量,提高了设计的一次成功率。所以FPGA芯片在理论上更加适合作为此方案的硬件载体。
此系统在FPGA中的数据处理流程如图3所示。
图3 FPGA中的数据处理流程图
根据上述的数据处理过程可以建立系统的顶层功能模块框图如图4所示。主流FPGA的规模和内部结构完全可以满足框图要求,可见在FPGA中实现此速度测量系统完全具有可行性。
图4 顶层功能模块图
4 测量精度分析
采用单光源测量运动目标速度的测量原理虽然简单,但想要满足所有的理想测量条件却非常困难,如果要进行详细的精度分析则更为复杂。在图1所示的原理中,理想测量的前提条件是:
(1) 配套器件工作速度足够稳定;
(2) 目标运动方向与光束严格垂直;
(3) 光源发出的光束无限细;
(4) 计数器不存在计数误差;
(5) 被测目标的长度测量准确。
但在实际情况中,上述条件都无法完全满足,正是这些微小的改变造成了最终测量结果与实际速度的误差。所以精度的分析需要从这几个方面的误差源头入手。可以将上述的(1)、(3)、(4)归为时间上的误差,而将(2)、(5)归为长度上的误差。
4.1 配套器件的影响
一般高速光电器件产生信号的延迟时间为3~5 μs,但由于采用单束光获取信号,使得在一次测量过程中的开始和结束两次信号传输都经过相同的路径,器件的延时可以绝大部分抵消;但还是会存在由于器件精度引起的两次延时的微量不同,取1/10最大延迟时间得出Δt1=0.5 μs。
4.2 目标运动方向偏差的影响
在目标运动速度与光束的方向垂直时,可近似取目标长度L,计算运动目标速度,但当目标并没有严格垂直于光束而有θ的偏转时,L是与目标运动方向相关的量,L′=Lcos θ。假设目标在出口处最大偏差角为1°,则可计算出长度误差ΔL1=L-L′=L(1-cos θ)=1.523×10-4L,若取长度L=0.1 m计算,则ΔL1=1.523×10-5 m。
4.3 光点直径的影响
由于光束不是无限细,所以无法确定目标挡住多少光束时光敏器件会产生信号,假设光束直径(d)为1 mm,目标速度(v)为1 000 m/s时,最大时间误差Δt2=d/v=1 μs。
4.4 计数误差的影响
该设计中采用40 MHz的晶振,定时步长为25 ns,由于无法确定计数开始时的时钟状态,所以在计数的开始和结束时均可能产生最大一个时钟周期的计数误差,最大误差为Δt3=25×2=50 ns。
4.5 目标测量精度的影响
被测目标的长度L在测量过程中,由于测量工具的限制,得到的被测目标长度值也不可避免地会存在误差,假设用高精度的游标卡尺测量,测量精度可以达到0.01 mm,ΔL2=0.01 mm。通过分析,目标运动距离测量总误差为:
ΔL=ΔL1+ΔL2=0.0152 3+0.01=0.025 23 mm
Δt=Δt1+Δt2+Δt3=1.55 μs
当L=1 000 mm,t=1 ms时:
v=L/t=1 000 m/s
根据误差传递公式:
(Δv/v)×100%=(ΔL/L+Δt/t)×100%=
[(ΔLt+ΔtL)/tL]×100%=0.157%
通过以上计算,系统的总体误差为0.157%,达到较高的精度。
5 结 语
本文在充分调查了当前针对高速运动目标的速度测量方法的基础上,提出利用单光幕平均速度测量法测量高速运动目标的速度。避免了使用双光幕平均速度测量法时由于两路信号时延不同和两光幕不平行而产生的误差;同时减少一个光幕的使用,降低了系统成本。采用高时钟频率的FPGA作为主要实现芯片,在进一步减小系统误差的同时保证了系统的工作速度和稳定性,是一套较为理想的速度测量方案。
参考文献
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(1)实验误差大.当挡光片宽度减小到一定程度时,受气垫导轨中不稳定气流等因素的影响,会产生一定的误差.
(2)实验准备难.一些条件差的学校不一定会置办气垫导轨.即使有仪器,将其搬至教室也很费力.
为了最大化发挥实验在物理课堂中的作用,本文提出了一个新的方案――在视频中测量瞬时速度,简便而又能满足教学要求,还可从中衍生出一系列拓展实验,发展许多重要的课程资源.
1 设计原理与实现
当每秒连续的图像变化在24帧画面以上时,画面看上去会是平滑连续的,这就是视频.视频的拍摄过程则与视频放映相反,是由摄影设备每秒拍摄数十帧照片,然后整合成视频.通过摄像机捕捉物体运动图像,将运动过程以多媒体视频形式导出至计算机,就可以在视频中分析运动规律.
对运动过程的分析,最重要的是获取时间及位移的信息.若摄像机录制视频时每秒拍摄的帧数为n帧,便可以知道每帧之间的时间间隔为1/n秒.而每一帧又都是一个静态的图像,图像中恰恰记录了物体在这个时刻所处的位置.若能在拍摄时让物体沿着一根合适的刻度尺运动,那么每隔1/n秒的位置信息就可以从视频中读取,如图1所示.
运动的时间信息可以通过一个普通的播放器获取,如迅雷看看(上图).通过播放器上的时间条,我们可以定位到任何时刻.然而时间条上的时间最小只能显示至秒,为了精确提取时间信息,还需要用到视频播放器中自带的视屏截取功能.右键单击视频图像,选择“视频截取”即可开启视频截取模式.该模式后,时间条可显示至10-3秒,基本满足我们的需求(见图2).
拖动时间条至相应位置,从播放器右下角可以直接获得小球在该位置的时刻t1.在位置的测量上,可以打开任意一个windows窗口,让窗口一边与视频中的小球相切,记录下窗口与刻度尺交点的读数,作为该时刻小球位置x1,如图2.为避免所录制视频中小球的影像模糊,实验环境应尽量明亮.
拖动时间条,或者单击微调键,至另一时刻t2,记录位置x2,即可测量测量出物体从t1时刻至t2时刻的平均速度v,即
规定式中[(t2-t1)×n]表示取最接近(t2-t1)×n的整数,n为视频每秒拍摄帧数.这是因为时间条所显示的时刻值略有误差,我们需要根据这个值计算所取两个时刻的相距帧数,再得出真实的时间间隔.
视频中可选取的最小时间间隔为录制视频时每帧之间的时间间隔.若以最常见的每秒30帧的模式录制视频,则最短时间间隔可取到1/30秒,与打点计时器两个点之间的时间间隔0.02秒已较为接近,可以满足测量需求.
2 瞬时速度视频测量的教学实验开发
2.1 教学开发一:课堂演示“瞬时速度”
录制物体沿倾斜刻度尺运动的视频并导出至计算机中,利用视频播放软件定位到某两帧并记录各自时刻与位置值,可测得小球在这两帧的时间内的平均速度.逐步减小所选取的两帧之间的时间间隔,直至最小,在此过程中展示平均速度的变化情况,可得平均速度将趋向于某个固定值,可课堂模拟“瞬时速度”这一概念.
取一根合适刻度尺靠近墙面或其他板面并倾斜放置(或可直接将两块小磁铁固定在刻度尺两端,再吸于黑板上),调节摄像机至合适位置,按下摄像机录制键,把小球放置于刻度尺顶端,让其沿刻度尺下滑.在小球下滑滚出轨道后停止录制,并将视频导出至计算机,即可进行实验分析.
本次实验记录数据如下(表1):
所取的时间从初始的0.3秒减小至0.033秒时,速度v的大小变化、波动越来越小.若将结果保留两位小数,随着时间间隔的越来越小,v的值趋向于0.59 m/s.这就“模拟”出了瞬时速度这一极限的概念.
2.2 教学开发二:探究小球沿倾斜刻度尺下滑速度随时间变化规律
在人教版必修①课本上,有探究小车速度随时间变化规律这一实验,而这个实验也可以通过视频手段实现.
方法同瞬时速度演示实验,将所拍摄到的小球运动视频导出至计算机并用迅雷看看播放器打开,开启视频截取模式.由上述实验可知,当时间间隔非常小,仅为一两帧时,所测得平均速度可作为该时间间隔内任意一点的瞬时速度.为减小测量误差,可采用下图(图3)模式,依次测得5至8个速度值.
针对小球沿斜面下滑的视频,实验所测得每两个速度值所对应的时间间隔为拍摄2帧的时间,即1/15秒,测量结果v-t图象如下:
很明显,所描出的点大至都分布在一条直线上,小球运动的v-t图象是一条倾斜的直线.这就是小球沿倾斜刻度尺下滑速度随时间变化规律,也说明了小球是做匀变速直线运动.
2.3 教学开发三:验证匀变速直线运动位移随时间变化规律
根据2.2中的实验,小球沿倾斜刻度尺下滑可看作匀加速直线运动,故可以分析2.2中录制的视频,探索匀变速直线运动的位移与时间的关系.
打开视频,拖动时间条让小球一帧一帧地动,可大致看出每次的位置变化程度是越来越大的.同样通过视频影像中的刻度尺,可以定量测量匀变速直线运动物体的位移.选取右端一个合适的点为初始点,记为零时刻.拖动时间条,记录下每一帧小球的位置,算出位移,其时间间隔均为1/30秒.拟合图象,结果见图5.
在实验结果中,除去误差项,可以看出位移随时间变化规律为一条抛物线.这与匀变速直线运动位移随时间关系公式吻合,从实验角度验证了位移与时间的规律.
2.4 教学开发四:自由落体运动研究
将一米尺竖直放置并利用重锤校准,使之与小球下落轨迹相平行,这样就能准确的从视频中测量下落物体的位置.调整摄像机位置,让其能拍摄到刻度尺上约0.5米的区域(从起点开始),见图6.
按下摄像机拍摄键,将小球由刻度尺顶端静止释放,把所拍摄的视频导出至计算机进行自由落体运动规律的分析.方法同2.2,测量每一帧小球瞬时速度,再将结果用v-t图象呈现.所测数据见图7.
第二章第一节动与静答案
1、参照物位置
2、地面
3、列车地面
4、静止南
5、向下向上
6B10D
7B11B
8B12D
9A
13、(1)以飞机为参照物,地面是运动的
(2)以云为参照物,月亮是运动的
14、在交接棒时,若不能做到交棒队员与接棒队员的相对静止,则容易出现掉棒现象,会影响成绩;在交棒过程中,运动员在跑动中接棒比在静止中接棒后再跑的平均速度要大些
15、《刻舟求剑》这则寓言比喻拘泥囤执,不知变通,做事机械刻板,求剑者的问题就出在“舟行而剑不行”,求剑者以船为参照物,认为刻下的记号没有运动,可是剑与船之间的位置发生了变化,自然就找不到剑了
第二章第二节长度与时间的测量答案
1、测量单位米m秒s
2、长度光在真空中传播一年的距离
3、误差校准测量工具改进测量方法
选用精度高的测量工具多次测量取平均值
4、mcmmmssmin
5、0.099×10⁴
6、(1)2.5x10⁸
(2)1.7×10⁴
(3)4216
(4)15
7、B
8、B
9、A
10、C
11、D
12、1mm0.0280
13、B2.44(2.41~2.49均对)
14、73.0
15、(1)a、c有问题,改正:a.应去掉精装小说的封面、封底,量出
其中小说纸的总厚度,记为l;d.去掉精装小说的封面、封底后,小说书的页数
为灯,则小说书纸的张数为n´=n/2,每张纸厚度为l/n´=2l/n
(2)bacd
16、甲:所绕的圈数太少;
乙:①铜丝应紧密缠绕在铅笔上;
②应多次测量
17、方法一:用两个直角三角板和刻度尺将硬币夹住,可测出硬币的直径;
方法二:将硬币在刻度尺上滚一圈,或用棉线绕一圈,测出硬币周长,
根据d=c/π计算出周长
第二章第三节快与慢答案
1、物体在单位时间通过的路程的多少
2、路程时间3.6
3、36
4、5600
5、27795.52
6B9C
7C10C
8C11C
12、猎豹的速度大,可以将30m/s换算成108km/h,
也可以将72km/h换算成20m/s,然后进行比较
13、(a)图:比较相同时间内跑过的路程;
(b)图:比较跑过相同的路程所用的时间
14、由于该女士不明白速度的物理意义,60km/h指的是汽车行驶的速度,而不是7min所通过的路程,60km/h大于40km/h,所以被罚款
15、3m/s10.8km/h
16、(1)91.17km/h没有
(2)3.65min
17、100km
第二章第四节科学探究:速度的变化答案
1、0.5汽车
2、0.75
3、30020
4、(1)运动
(2)0.08
(3)慢
5、D
6、D
7、A
8、D
9、(1)
小车由甲至乙小车由乙至丙小丰由甲至丙
路程s/cm6490
时间//s26
平均速v/cm.
1316
(2)不是,分析表中数据可知小车前段路程运动慢,后段路程运动快
10、(1)
运动员最快运动区间所用时间t1/S最慢运动区间所用时间t2/s通过全程所用时间t/s全程的平均速度v/m.