一、實(shí)驗(yàn)步驟
(1)將電磁打點(diǎn)定時(shí)器固定在水平臺(tái)面上測(cè)量平均速度的方法，將紙帶穿過(guò)限位孔，將復(fù)寫(xiě)紙放在定位軸上，壓入紙帶內(nèi)；
(2)將電磁打點(diǎn)定時(shí)器的兩端接8V低壓交流電源；
(3)接通電源，用手橫向帶動(dòng)紙帶，使紙帶沿水平方向移動(dòng)，在紙帶上標(biāo)出一連串的圓點(diǎn)，然后立即關(guān)閉電源。
2.數(shù)據(jù)處理
(1) 檢測(cè)平均率
① 在紙帶上選擇一點(diǎn)作為起點(diǎn)0，前面每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，分別用數(shù)字1、2、3、……標(biāo)記這些計(jì)數(shù)點(diǎn)；
②測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)到起點(diǎn)0的距離x，記入表1；
③ 計(jì)算相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的位移Δx，同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)的時(shí)間Δt；
④ 根據(jù)Δx和Δt估算相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間磁帶的平均速度v。
(2)瞬時(shí)速度的檢測(cè)
① 從紙帶起點(diǎn)0開(kāi)始計(jì)數(shù)，前面每3個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)；
②測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)到起點(diǎn)0的距離x，記入表2；
③ 計(jì)算相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的位移Δx，同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)的時(shí)間Δt；
④根據(jù)Δx和Δt計(jì)算出的速率值可以代表Δx區(qū)間內(nèi)任意一點(diǎn)的瞬時(shí)速率。 將每個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的計(jì)算速度值記錄在表2中。
3.偏差分析
(1)用平均速率代替計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速率導(dǎo)致偏差。 為了減少這種偏差，應(yīng)取以計(jì)數(shù)點(diǎn)為中矩的最近兩點(diǎn)間的位移Δx來(lái)計(jì)算平均速度。
(2)檢測(cè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間位移Δx引起的偏差。 減少這種偏差的方法：首先，取計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離不能太小； 第二，一次性測(cè)量每個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到初始計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離，然后分別估計(jì)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離。
其他測(cè)量瞬時(shí)速度的方法
1.使用傳感器和計(jì)算機(jī)測(cè)量速度
(1) 如圖所示。 參見(jiàn)圖1，是位移傳感檢測(cè)率的示意圖。 該系統(tǒng)由發(fā)射器A和接收器B組成。發(fā)射器A還可以發(fā)射紅外線和超聲波信號(hào)，接收器B可以接收紅外線和超聲波信號(hào)。 發(fā)射器A固定在被測(cè)移動(dòng)物體上，接收器B固定在桌面或?qū)к壣稀?檢測(cè)時(shí)，A同時(shí)向B發(fā)出紅外線脈沖和超聲波脈沖（即一束紅外線和一束持續(xù)時(shí)間很短的超聲波）。 B接收到紅外線脈沖時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，接收到超聲波脈沖時(shí)停止計(jì)時(shí)。 電腦根據(jù)兩者的時(shí)間差和空氣中的波速，人工計(jì)算出A和B的距離（紅外線的傳播時(shí)間可以忽略不計(jì)）。
在短時(shí)間Δt后，傳感和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)手動(dòng)進(jìn)行第二次檢測(cè)以獲得物體的新位置。 計(jì)算兩個(gè)位置差，即物體運(yùn)動(dòng)的位移Δx，系統(tǒng)根據(jù)v=Δx/Δt計(jì)算出速度v，并顯示在屏幕上。 所有這些操作都可以在不到 1 秒的時(shí)間內(nèi)手動(dòng)完成。 這樣測(cè)得的速度是發(fā)射機(jī) A 隨時(shí)間變化的平均速度 Δt。 但Δt很短，一般設(shè)置為0.02s，所以Δx與Δt的比值可以代表此時(shí)發(fā)射機(jī)A（即運(yùn)動(dòng)物體）的瞬時(shí)速度。
(2)另一個(gè)位移傳感器，如圖2所示。這個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)不動(dòng)的小盒子C。 工作時(shí)，小盒子C向被測(cè)物體D發(fā)出短超聲波脈沖。 脈沖被運(yùn)動(dòng)物體反射后被小盒子C接收。根據(jù)超聲波脈沖發(fā)射和接收的時(shí)間差以及空氣中的波速，小盒子C之間的距離x1、x2、Δx、Δt得到運(yùn)動(dòng)物體D，然后系統(tǒng)可以計(jì)算出運(yùn)動(dòng)物體D的速度v。
2.借助光電門(mén)測(cè)量瞬時(shí)速率
實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示，一輛貨車(chē)從一端凸起的木板上滑下。 木板旁安裝光電門(mén)。 A 管發(fā)出光，B 管接收光。 當(dāng)固定在汽車(chē)上的遮陽(yáng)板通過(guò)光電門(mén)時(shí)，遮光，遮光時(shí)間可直接從記錄儀讀取。 這段時(shí)間正是遮陽(yáng)板通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間。 根據(jù)遮光板的厚度Δx和測(cè)得的時(shí)間Δt，可以計(jì)算出遮光板通過(guò)光柵的平均速度（v=Δx/Δt）。 由于遮光板的厚度Δx很小，可以認(rèn)為這個(gè)平均速度就是貨車(chē)通過(guò)光電門(mén)的瞬時(shí)速度。
3.借助頻閃攝影估計(jì)物體的速度
頻閃攝影法是利用照相技術(shù)，以一定的間隔對(duì)光線進(jìn)行曝光，從而在膠片上產(chǎn)生間隔相同的影像的方法。 頻閃攝影用的是頻閃燈，等間隔閃爍，比如0.1s閃爍一次，即每秒閃爍10次。 當(dāng)物體在移動(dòng)時(shí)，借助頻閃照明，攝像機(jī)可以等間隔地拍攝物體的圖像，從而記錄物體等間隔到達(dá)的位置。 以這些方式拍攝的照片稱為頻閃照片。 圖 4 是球從斜坡上滾下時(shí)每秒閃爍 10 次的頻閃照片示意圖。 照片中每?jī)蓚€(gè)相鄰球的圖像之間的時(shí)間間隔為0.1s，記錄了物體的運(yùn)動(dòng)。 時(shí)間。 可以用卷尺測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的位移。 與打點(diǎn)器記錄的信息相比，頻閃燈的閃爍頻率相當(dāng)于打點(diǎn)器交流電源的頻率，同一時(shí)間間隔出現(xiàn)的圖像相當(dāng)于打點(diǎn)器產(chǎn)生的點(diǎn)痕定時(shí)器。 為此，運(yùn)動(dòng)物體的頻閃照片不僅記錄了物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間信息，還記錄了物體運(yùn)動(dòng)的位移信息。 至于平均速度和瞬時(shí)速度，與從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器分析紙帶時(shí)使用的方法相同。
使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)的注意事項(xiàng)
(1) 平均速度可由v=Δx/Δt計(jì)算。 計(jì)算瞬時(shí)速率時(shí)，應(yīng)取包括該點(diǎn)在內(nèi)的最短時(shí)間間隔，用平均速率代替瞬時(shí)速率。 同時(shí)要注意兩點(diǎn)寬度過(guò)小造成的檢測(cè)偏差。
(2)注意相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔，明確周期與頻率T=1/f的關(guān)系。
(3) 注意紙帶中涉及的字母、數(shù)字以及數(shù)據(jù)的含義和單位，這些在國(guó)際單位制中是沒(méi)有的，應(yīng)換算成國(guó)際單位制。
(4)注意題干要求測(cè)量平均速度的方法，明確保留有效數(shù)字的規(guī)則。 從右邊第一個(gè)非零數(shù)字到最后一個(gè)數(shù)字，有多少位，也就是有多少位有效數(shù)字。
