实验测位移和速度
物理实验测量速度的方法
物理实验测量速度的方法速度是物理学中一个重要的概念，用于描述物体在单位时间内变化的位置。
准确测量速度对于研究物体的运动特性以及推导公式、探索规律等方面都具有重要意义。
在物理实验中，有多种方法可以用来测量速度，下面将介绍几种常见的方法及其原理。
一、位移和时间法位移和时间法是一种常用的测量速度的方法。
它的原理很简单，只需要测量物体在一段时间内的位移，并与该时间段相除，即可得到平均速度。
这种方法适用于测量匀速运动的速度。
实验步骤：1. 准备一个直线轨道，并在轨道上选择两个固定的位置点A和B。
2. 将测量物体放置在A点，并记录下开始时刻的时间t1。
3. 启动计时器，让物体沿轨道运动到B点，并记录下到达B点时的时间t2。
4. 计算位移Δx = AB的距离。
5. 计算速度v = Δx / (t2 - t1)。
二、利用弹射法测速弹射法是一种精确测量速度的方法，可以用于测量较高速度的物体。
它基于牛顿第二定律的原理，即物体受到的作用力与加速度成正比。
实验步骤：1. 准备一个弹射器，以及一些小球。
2. 将小球放入弹射器中，并将弹射器调整成适当的角度。
3. 发射小球，并同时计时。
4. 测量小球击中目标的距离x。
5. 根据牛顿第二定律 F = ma，将小球的重力和弹射器对小球的推力进行分析，可以得到速度v = sqrt(2gx)。
三、用光栅法测速光栅法是一种利用光的衍射原理测量速度的方法。
它可以精确测量物体的瞬时速度，适用于快速变化的运动。
实验步骤：1. 准备一个光栅和一个高速相机。
2. 将光栅放置在实验区域中，确保物体经过光栅时能够造成明显的光强变化。
3. 使用高速相机拍摄光栅运动的过程。
4. 根据光栅上的条纹变化和相机拍摄的时间间隔，可以测量出物体通过光栅的时间。
5. 根据光栅的空间周期和通过光栅的时间，可以计算出物体的瞬时速度。
总结：以上介绍了三种常见的物理实验测量速度的方法，分别是位移和时间法、弹射法和光栅法。
实验01-用DIS测量运动物体的位移和速度
实验一：用DIS测量运动物体的位移和速度一、用DIS测位移和平均速度实验目的：研究变速直线运动物体的s-t图像，并从中求物体的位移和平均速度实验原理：斜面上小车从静止开始加速下滑，利用位移传感器记录小车的位移随时间变化的过程，通过DIS实验系统的专用软件，显示小车的位移随时间变化的曲线。
然后选择不同的研究区域，计算相应区域的平均速度。
实验器材：小车、1m长的轨道、DIS（位移传感器、数据采集器、计算机等）。
实验装置：实验步骤：1)连接如图：将位移传感器接收端固定在侧面固定板上，放在轨道高端，连接到数据采集器的二号口（注：位移传感器不能插在一号口上）；将位移传感器发射端固定到小车上，并使之与接收端基本正对。
2)双击图标，打开DAS程序，等待传感器自动连接，待变成，传感器就连接成功了。
单击“新课改实验”，双击实验条目“用DIS测定位移和速度”,进入实验界面。
3)将小车放到倾斜的轨道上，打开位移传感器发射端的电源开关，点击“”，放手让小车下滑。
4)当获得的s-t 图线如（图1）所示时，表明此次数据采集完成，点击“”，并关闭位移传感器发射端的电源开关。
图1 图25)点击“选择范围”按钮，以便在s-t 图线上选择研究区域。
把鼠标移到左侧y轴附近的“开始点选择线”，此时鼠标变形为手指。
单击并按住左键，拖拉选择线，选定研究区域的“开始点”；同样方法用右侧的“结束点选择线”，确定“结束点”。
此时在软件界面左下方的数据窗口中，即可显示出研究区域内s-t 图线的初位移、末位移、时间差、速度的值，如（图2）。
如果选不同的区域，得到的速度基本一样，说明运动是匀速的。
6)点击“v-t 图像”，图像变为研究区域内s-t 图线对应的v-t 图线。
点击“选择范围”按钮，按步骤5在v-t 图线上选择“开始点”和“结束点”，此时在软件界面左下方的数据窗口中，即可显示出研究区域内v-t 图线的初速度、末速度、时间差、加速度的值。
7)点击软件窗口右下角“截取屏幕”按钮，可将当前实验结果以图像文件的形式保存下来，记录在电脑中。
用DIS测位移、平均速度、瞬时速度
连接的计时器显示的
挡光时间分别为0.05 s和
0.02 s。滑块的宽度d ＝
5.015cm。
（1）滑块通过光电门1
的速度v1 =1.003m/s，滑 块通过光电门2的速度；v = 2.5075 m/s。
（2）若测出滑块通过光电门的速度分别为V1 和V2, 还需测量的物理量是 两光电门间距d （ 说明此量的物理意义，同时指明代表物理
实验四：用DIS测变速直线运动的瞬时速度
实验仪器： 光电门传感器，数据采集器，计算机，轨道，
小车，挡光片 实验过程： 1.搭建实验仪器：光电门传感器，数据采集
器，计算机依次相连。将光电门传感器固 定在轨道侧面。在小车的中心位置上固定 挡光片，垫高轨道的一端。 2.开始实验：开启电源，运行DIS应用软件， 点击“用DIS测瞬时速度”。
实验原理：
☆位移传感器测距离的原理：
位移传感器发射器每隔一定的时间间隔，同 时发射 超声波 和 红外线 ，位移传感器 的接收器接收到 红外线 信号开始计时，接 收到 超声波 信号停止计时。 由于红外 线的传播速度为光速，近距离内传播时间 可 忽略不计 ，故可认为位移传感器收到 红外线的时刻等同于发射器发射红外线和 超声波的时刻，接收器记录的时间就等于 发射和接收超声波所间隔的时间。这个时 间乘以 声速 就得到发射器和接收器之间 的距离。
第一章 匀变速直线运动
D、现代实验技术——数字化信息
系统(DIS)
一、什么是DIS
DIS: digital information system 数字化信息系统
数据处理方式：将 物理量转化为 数字信号处理
二、数字化信息系统的优点
集探测、记录、运算、显示于一 体—— 数据的采集、处理和图像描绘可实时 进行让我们从读取数据、记录数据、 图线描绘等繁琐费时的简单劳动中解 放出来。
自由落体运动的速度和位移关系
自由落体运动的速度和位移关系自由落体运动是物理学中极其重要的一个概念，它描述了物体在没有外力作用下受重力影响下的运动状态。
在自由落体中，我们可以研究物体的速度和位移之间的关系，这对我们理解物体的运动规律和应用于实际生活中的问题具有重要意义。
首先，我们来分析自由落体运动的速度变化情况。
根据牛顿第二定律（F = ma），物体的加速度与作用在它上面的力成正比。
在自由落体中，作用在物体上的力是重力，其大小可以用公式F = mg表示，其中m为物体的质量，g为重力加速度。
由此可知，自由落体运动中物体的加速度是恒定的，并且指向地面的方向。
在自由落体运动中，物体的速度会不断增加。
根据物体的速度变化率定义，速度的变化率就是加速度。
换句话说，物体在自由落体运动中，加速度是一个恒定的值，每秒钟增加的速度相同。
这也就是为什么自由落体运动中，物体的速度不断增加的原因。
接下来，我们来考虑自由落体运动的位移和时间的关系。
在没有空气阻力的情况下，自由落体运动中物体的加速度是恒定的，因此我们可以使用运动学方程s = ut + 1/2at²来描述位移和时间之间的关系。
其中s表示位移，u表示初始速度，t表示经过的时间，a表示加速度。
当物体处于自由落体运动状态时，它的初始速度通常为零。
因此，上述运动学方程可以简化为s = 1/2at²。
这意味着自由落体运动中物体的位移与时间的平方成正比。
具体来说，当时间翻倍时，位移将成为原来的四倍；当时间增加到3倍时，位移将成为原来的九倍。
这种位移与时间的平方关系是自由落体运动的一个重要特征。
实际生活中，自由落体运动的速度和位移关系有着广泛的应用。
例如，在物理实验中，我们可以利用自由落体运动的速度和位移关系来测量某一物体的质量。
通过利用自由落体运动的加速度和位移的关系，我们可以通过测量物体下落的时间和位移来计算出物体的质量。
此外，在工程和建筑领域中，自由落体运动也得到了广泛应用。
例如，当设计高楼大厦时，我们需要考虑物体下落的速度和位移，以确保建筑物结构的安全性。
物体的运动实验报告
实验报告：物体的运动实验实验目的：本实验旨在研究和分析物体在不同条件下的运动规律，以及物体的位移、速度和加速度的关系。
实验器材和材料：平滑水平面弹簧测力计光栅尺（或标尺）计时器或秒表实验物体（如小球、小车等）实验步骤：准备工作：a. 将平滑水平面放置在水平台面上，并确保表面光滑。
b. 将弹簧测力计固定在水平面上，并保证其垂直于水平面。
c. 在实验物体上固定一块光栅尺（或标尺），以便进行位移的测量。
实验一：自由落体运动a. 将实验物体从水平面的一侧释放，使其自由下落。
b. 同时启动计时器，记录实验物体自由落体的时间。
c. 重复实验多次，取平均值以减小误差。
实验二：匀加速直线运动a. 给实验物体一个恒定的水平推力，使其在水平面上匀速运动。
b. 启动计时器，并记录实验物体通过光栅尺的时间和位置。
c. 重复实验多次，取平均值以减小误差。
实验结果：自由落体运动的实验数据：记录实验物体自由下落的时间，可以得到下落时间和下落距离之间的关系。
匀加速直线运动的实验数据：记录实验物体在水平面上的位移和通过光栅尺的时间，可以得到位移和时间的关系。
通过位移和时间的数据计算实验物体的速度和加速度。
数据处理和分析：自由落体运动的数据分析：绘制下落时间和下落距离之间的关系曲线，并计算得到的下落加速度。
匀加速直线运动的数据分析：根据位移和时间数据，绘制位移-时间曲线，并计算实验物体的平均速度和加速度。
分析位移-时间曲线的直线性质，验证物体在匀加速直线运动中的加速度是否恒定。
实验结论：下落距离之间存在着二次关系，即下落距离与下落时间的平方成正比关系，表明自由落体运动中物体的加速度是恒定的，符合自由落体运动的规律。
对于匀加速直线运动，位移和时间之间存在着线性关系，即位移随时间的增加呈等速直线增长，说明实验物体在水平面上运动的速度是恒定的，而且加速度也是恒定的。
综上所述，实验结果验证了自由落体运动和匀加速直线运动的基本规律。
物体在自由落体运动中受到的重力加速度是恒定的，而在匀加速直线运动中，物体的速度和加速度都保持恒定不变。
速度与位移的关系实验
速度与位移的关系实验速度和位移是物理学中非常重要的概念，它们之间存在着密切的关系。
本实验旨在通过实际测量和数据分析，探究速度和位移之间的数学关系，并验证是否符合理论预期。
实验材料和装置：1. 一条直线轨道2. 一辆小车（具有测量速度的装置）3. 计时器4. 标尺5. 纸和笔实验步骤：1. 将直线轨道安放在水平台面上，确保轨道平整和直线。
2. 将小车放置在轨道的起点上，并使其能够自由滑动。
3. 使用标尺测量轨道上的起点和终点之间的距离，记录为位移（d）。
4. 将小车推动到轨道的起点，同时启动计时器。
5. 记录小车到达终点所花费的时间（t）。
6. 重复实验3到5步骤，共进行3次，以获得更准确的数据。
数据处理和分析：1. 根据实验记录的时间数据，计算小车的平均速度。
速度（v）的计算公式为：v = d / t，其中d为位移，t为时间。
2. 将每次实验获得的速度值求平均，得到最终的平均速度值。
3. 将位移值和平均速度值绘制成散点图，并使用最佳拟合线（线性拟合）表示速度和位移之间的关系。
4. 使用斜率来表示速度和位移之间的关系。
斜率越大，说明速度对位移的变化更为敏感。
实验结果和讨论：根据实验数据和分析，我们可以得出如下结论：1. 速度和位移之间存在直接的线性关系。
即速度正比于位移。
2. 最佳拟合线的斜率代表了速度和位移之间的比例关系。
斜率越大，说明单位位移所对应的速度变化越大。
3. 实验结果验证了速度和位移之间的数学关系，符合理论预期。
本实验的结果对于深入理解速度和位移的关系具有重要意义。
掌握了这一关系，我们可以更准确地描述和预测物体的运动特性。
在实际生活和工程应用中，对速度和位移之间的关系进行实验研究，有助于优化设计和提高效率。
总结：通过本实验，我们通过测量和数据分析，探究了速度和位移之间的关系。
实验结果验证了速度和位移之间的线性关系，并通过斜率表示了它们之间的比例关系。
精确理解速度和位移的关系对于物理学的学习和实际应用具有重要意义。
1、DIS测定位移和速度加速度
用DIS测定位移和速度实验目的：研究变速直线运动物体的s－t图，并从中求物体的位移和速度。
实验原理：v=s/t实验器材：小车、1m长的轨道、DIS（位移传感器、数据采集器、计算机等）。
实验过程：1．实验装置如图所示，将位移传感器的发射器固定在小车上，接收器固定在轨道右端（轨道稍倾斜，使小车能做变速直线运动），将接收器与数据采集器相连，连接数据采集器与计算机。
2．开启电源，运行DIS应用软件，点击“实验条目”中的“用DIS测定位移和速度”，界面如图所示。
3．点击“开始记录”，放开小车使其运动。
计算机界面的表格内，将出现小车的位移随时间变化的取样点数据，同时在s－t图中将出现对应的数据点，如图所示。
从点的走向可大致看出小车位移随时间变化的规律。
点击“数据点连线”得到位移随时间变化的曲线。
用DIS测变速直线运动的平均速度按照前述学生实验的步骤，使载有位移传感器发射器的小车做变速直线运动，获得如图所示的s－t 图。
点击“选择区域”，先后将AD、AC、AB选定为研究区域，观察实验界面下方速度窗口中显示的数值，并将数值填入表，这就是相应区域的平均速度。
注意事项：在测平均速度时应选用位移传感器，实验时轨道略有倾斜，让小车加速下滑从而得到相应的s-t图象。
然后点击不同的“选择区域”得到相应的平均速度值，可以发现选取不同的时间段得到的平均速度值往往是不同的。
增大轨道倾角并重复实验，可发现同样的时间段内的平均速度值会增大。
用DIS测定变速直线运动的瞬时速度实验过程1．实验装置如图所示，在小车的中心位置上固定挡光片，将光电门传感器固定在轨道侧面，垫高轨道的一端，使固定有挡光片的小车能够顺利通过并能挡光。
2．开启电源，运行DIS应用软件，点击“实验条目”中的“用DIS测定瞬时速度”，界面如图。
3．点击“开始记录”，依次将与软件中Δs对应的挡光片固定在小车上，让小车从轨道的同一位置由静止开始下滑，记录下四次挡光的时间，DIS实时计算出小车通过光电门时的平均速度。
高中物理之DIS实验
研究加速度与力、质量的关系
实验步骤： ①用天平测小车的质量。 ②测钩码的重力（作为对小车的拉力） ③在轨道上放置小车并安装传感器，连接电路，将细线连接小车，跨过滑轮系住小钩码，释放小车测 定加速度。 ④将上述测得的数据记录在表格中。 ⑤保持小车质量不变，改变钩码的大小重复实验。 ⑥处理实验数据（包括在图1中画图像），归纳得出结论。 ⑦保持钩码质量不变，改变小车质量（加配重片）重复实验。 ⑧处理数据，在图2中画出a—m图像，并在图2中通过新设置变量，使图像成为一条直线，归纳得出 结论。
②a-F图像过原点时，表明平衡摩擦力合适，如图①；图像与a轴截距为正数时，表明F＝0时，小车 就有加速度a＝a0，即长木板的倾角过大，如图②；图像与水平轴相交时，表明小车加上拉力F＝F0时， 其加速度a＝0，即长木板的倾角过小或没有平衡摩擦力，如图③。
③a-1/M图像过原点时，表明平衡摩擦力合适，如图①；图像与a轴截距为正数时，表明1/M＝0、 M→∞时，小车还有加速度a＝a0，即长木板的倾角过大，如图②；图像与水平轴相交时，表明小车 加上拉力F时，其加速度a＝0，即长木板的倾角过小或没有平衡摩擦力，如图③。
油膜法测分子直径
油膜法测分子直径
DIS研究一定质量的气体的等温变化
DIS描绘电场等势线
DIS描绘电场等势线
DIS测定电源电动势和内阻
DIS研究通电螺线管的磁感应强度
DIS研究通电螺线管的磁感应强度
测定直流电动机效率
测定直流电动机效率
研究感应电流产生的条件
研究磁通量变化时电流方向
研究加速度与力、质量的关系
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数字化信息系统
DIS基本结构由传感器、数据采集器、计算机构成
一、用DIS测定位移
位移传感器由发射器和接收器组成，发射器内装有红外线和超声波发射器；接收器内装有红外线和超声波接收器。
测量时，固定在被测运动物体上的发射器向接收器同时发射一个红外线脉冲和一个超声波脉冲，接收器收到红外线脉冲时开始计时间T1，收到超声波脉冲时停止计时T2，计算机根据两者时间差和空气中的声速，计算出发射器和接收器之间的距离
实验操作过程
1、连接数据采集器与计算机，将位移传感器的接收器接入数据采集器。
2、开启电源（包括位移传感器的发射器电源），运用DIS应用软件。
3、点击DIS“实验条目”中的“练习使用DIS”。
4、将位移传感器的发射器与接收器正对放置，点击“开始记录”，观察计算机界面上的数据变化，并与刻度尺的测量结果进行比较。
5、改变接收器和发射器的相对距离，测量其可测的最大距离，最小距离，并将实验结果填入表格内。
二、通过DIS研究s-t图测平均速度
实验装置
1．将位移传感器的发射器固定在小车上，接收器固定在轨道右端（轨道稍倾斜，使小车能做变速直线运动），将接收器与数据采集器相连，连接数据采集器与计算机。
2．开启电源，运行DIS应用软件，点击“实验条目”中的“用DIS测定位移与速度”，界面如下图所示
点击“开始记录”，放开小车使其运动。
计算机界面的表格内，将出现小车的位移随时间变
化的取样点数据，同时在s-t图将出现对应的数据点。
从点的走向可大致看出小车位移随时间变化的规律。
点击“数据点连线”得到位移随时间变化的曲线。
通过研究变速直线运动的s-t图，从中求出物体的位移和速度。
获得s-t图后，点击“选择区域”，先后将AD,AC,AB选定为研究区域，观察实验界面下方速度窗口中显示的数据，并将数值填入表格中。
表格：研究区域的平均速度
三、用DIS测变速直线运动的瞬时速度
实验目的：测变速直线运动的瞬时速度。
实验原理：
理解物体在做变速直线运动时，在某一位置的瞬时速度本质上是物体无限逼近该位置（或该时刻）的一段位移(或一段时间)内的平均速度。
实验器材：DIS（光电门传感器、数据采集器、计算机等）、轨道、小车、挡光片。
实验步骤：
1、如图，将光电门传感器固定在导轨侧面，垫高导轨的一侧，使固定有挡光片的小车能顺利通过并能挡光。
2、开启电源，运行DIS应用软件，点击实验条目中的“用DIS测定瞬时速度”，计算机屏幕出现实验记录界面。
3、点击“开始记录”依次将与软件中△S对应的挡光片固定在小车上，让小车从轨道的同一位置由静止开始下滑，分别记录下四次挡光的时间，DIS实时计算出小车通过光电门时的平均速度。
【课堂练习】
1.关于DIS实验，下列说法中正确的是（）
A.DIS实验只能测量距离、速度、力等一些力学物理量
B.DIS实验可以完成全部的物理实验
C.DIS实验比传统的实验方便、准确
D.DIS实验没有传统实验方便、准确
2.关于位移传感器，下列说法中正确的是（）
A.位移传感器的发射器只能发射超声波
B.位移传感器的发射器既能发射超声波也能发射红外线
C.超声波是由发射器发射的，红外线是由接收器发射的
D.超声波是由接收器发射的，红外线是由发射器发射的
3.在用传感器做实验时，下列说法正确的是（）
A．位移传感器的发射器发射孔应对准接收器的信号接收孔
B．光电门传感器实际测量的是物体通过挡光孔的速度
C．位移传感器连到数据采集器上的是发射器部分
D．用位移传感器做实验前，必须先打开发射器的电源开关
4.在《用DIS实验系统测量平均速度》的实验中，需要的实验仪器是①数据采集器、计算机
②光电门传感器③位移传感器④小车、轨道⑤挡光片（）
A．①②③④⑤B．①③④
C．①③④D．①②④⑤
5.在《用DIS 实验系统测量小车瞬时速度》的实验中，以下说法正确的是（ ） A ．挡光片的宽度大小与测出的瞬时速度的精确度有关 B ．挡光片的宽度大小与测出的瞬时速度的精确度无关 C ．小车在某一时刻的瞬时速度等于此段时间内的平均速度 D ．小车在短时间内的平均速度等于此时刻的瞬时速度
6.某同学用DIS 设计了一个测物体瞬时速度的实验。
在小车上固定挡光片，使挡光片的前端与车头齐平、将光电门传感器固定在轨道侧面，垫高轨道的一端。
该同学将小车从同一位置由静止释放，获得了如下几组实验数据。
下面表述正确的是 （ ）
①四个挡光片中，挡光片I 的宽度最小 ②四个挡光片中，挡光片Ⅳ的宽度最小
③四次实验中，第一次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度 ④四次实验中，第四次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度 A ．①③ B ．②④ C ．①④ D ．②③
7.在《用DIS 实验系统测量小车瞬时速度》的实验中，关于对固定在小车上的挡光片的宽度选择正确的是（ ） A ．挡光片的宽度越宽越好 B ．挡光片的宽度越窄越好 C ．挡光片的宽度大小无所谓 D ．适当窄些
8.在《用DIS 实验系统测量小车瞬时速度》的实验中，可以选用不同宽度的挡光片，但必须每次在轨道上同一位置释放小车，是因为（ ） A ．这样测量的瞬时速度比较方便 B ．这样测量的瞬时速度比较可靠
C ．要测量小车通过同一位置的瞬时速度
D ．要测量小车在同一时间内的平均速度
实验 次数 不同的 挡光片 通过光电门的时间
（s ） 速度 （） 第一次 I 0.23048 0.349 第二次 Ⅱ 0.17454 0.345 第三次 Ⅲ 0.11562 0.344 第四次 Ⅳ 0.05860 0.342 m/s。