第 2 章 第 3 节 速度的测量
第
2
章
·
机
械
运
动
速度的测量
如图 2–3–1 所示，上海洋山深水港的超大型自动化集装箱码头现场空无一人。一个个集装箱被平稳地吊起，由无人驾驶的导引车井然有序地自动“派送”。集装箱上升的速度有多大？
如何测量速度？
我们可以在实验室模拟图 2–3–1 所示的情境，用安装在铁架台上的电动机带动钩码平稳上升。
测量物体运动的速度
实验原理与方案
要测量钩码上升的速度，需要测量钩码通过的路程 s和通过这段路程所用的时间 t，再利用公式 v = \(\dfrac{s}{t}\) 即可计算出钩码速度 v 的大小。
第
3
节
·
速
度
的
测
量
测量速度的实验装置
实验装置与方法
本实验要用到刻度尺、电子秒表、电动机、细线、钩码和铁架台等。搭建如图 2–3–2 所示的实验装置。电动机稳定运行时，能够通过细线带动钩码缓慢平稳地竖直上升。
实验操作和数据收集
1．刻度尺紧靠立柱，平行于细线放置。在刻度尺上每隔 10 cm 贴一条标记线。
2．打开电动机，当钩码经过标记线 O 处开始计时，此后钩码每经过一个标记线记录一次时间。
数据处理
将相关测量数据填入表 2–3–1 中，并求出钩码上升的速度。
| 过程 | 路程 s/cm | 时间 t/s | 速度 v/（m·s−1） |
|---|---|---|---|
| O → A | |||
| A → B | |||
| B → C | |||
| C → D | |||
| D → E |
交流讨论
根据所得数据，描述钩码的运动情况。
我们也可以根据上述速度测量原理实地粗略地测量上海洋山深水港集装箱上升的速度。
生活中有很多需要测速的场景，例如高速公路上用雷达测速监测车辆是否超速（图 2–3–3），跑步时可用运动手环测量速度。
第
2
章
·
机
械
运
动
如何描述运动？
在物理学中除了文字、表达式以外，还可以用图像来描述运动。以时间 t 为横轴、路程 s 为纵轴建立平面直角坐标系，将实验数据以点的形式标记到坐标系中，再用光滑的线将这些点连起来，就得到了 s–t 图像。s–t 图像能反映物体运动的路程随时间变化的规律。
某位同学做了测量钩码运动速度的实验，表 2–3–2 记录了钩码到达各标记线所用的时间。
| 过程 | 时间 t/s | 路程 s/cm |
|---|---|---|
| O → A | 3.67 | 10 |
| O → B | 6.35 | 20 |
| O → C | 9.19 | 30 |
| O → D | 12.32 | 40 |
| O → E | 15.04 | 50 |
1．根据表 2–3–2 的数据，在图 2–3–4 的 s–t 图中标出遗漏的数据点。
2．观察数据点的分布特征，将它们用光滑的线连起来。
匀速直线运动的 s–t 图像
如图 2–3–5 所示，匀速直线运动的 s–t 图像是一条过原点 O 的倾斜直线。实验中记录的数据点个数是有限的，而通过数据点得到的图线由无数个点组成。我们可以从图像上的任意一点知道物体通过的路程和对应的运动时间，从而得到物体运动的速度。
第
3
节
·
速
度
的
测
量
1．在“测量物体运动的速度”的实验中，如果一接通电动机电源就开始计时，会对实验造成什么影响？
2．一辆小车在 5 s 内一直停在离出发点 20 m 处。在图 2–3–6 中描出 1 s、5 s 时的数据点，并把这 5 s 内的 s–t 图像画完整。
3．甲、乙两辆小车运动的 s–t 图像如图 2–3–7 所示，乙车做什么运动？乙车的速度是多大？图中 A 点有什么含义？
4．小明用手机导航查询从 A 地去 B 地的步行路线，查询结果显示：435 m，7 min。试通过估算判断手机导航给出的步行时间是否合理。
主题学习：身边的机械运动 2
分析第 2 节主题学习中拍摄直线运动的视频，提取物体运动的相关信息。
（1）如何知道物体 AB 段运动经过的路程和所用的时间？
（2）物体的速度是多少？
（3）还有其他实验方案能测量运动物体的相关数据吗？
发布时间：2025/12/28 上午10:05:26 阅读次数：217
