人教版高一物理必修1備課資料4《勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的位移與速度的關(guān)系》

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111 備課資料 1.位移傳感器 位移傳感器測(cè)運(yùn)動(dòng)物體的位移、速度、加速度、它由三部分組成：位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)組成.目前在中學(xué)中使用的位移傳感器有兩種形式.一種是超聲波脈沖發(fā)射和接收裝置是分離的，另一種是“雷達(dá)”式的超聲波脈沖的發(fā)射與接收由一個(gè)裝置實(shí)現(xiàn).兩者測(cè)位移的方式上略有區(qū)別.超聲波脈沖發(fā)射與接收裝置分開(kāi)，在發(fā)射盒內(nèi)單獨(dú)設(shè)有電源、超聲脈沖發(fā)生的振蕩電路、超聲脈沖發(fā)射器、紅外脈沖發(fā)生與發(fā)射電路.工作時(shí)將發(fā)射系統(tǒng)（A盒）固定在運(yùn)動(dòng)物體上，A盒同時(shí)向接收裝置B盒發(fā)射一個(gè)紅外脈沖與一個(gè)超聲波脈沖，紅外脈沖是作為超聲脈沖發(fā)出的計(jì)時(shí)起點(diǎn)，接收器B盒接收到紅外脈沖開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波沖脈到達(dá)時(shí)停止計(jì)時(shí)，再根據(jù)計(jì)時(shí)的時(shí)間差和聲速計(jì)算出物體運(yùn)動(dòng)位移.忽略了紅外線(xiàn)傳播的時(shí)間.接收傳感器B盒將接收到脈沖數(shù)與各時(shí)間差送入數(shù)據(jù)采集器，送入計(jì)算機(jī)，由專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的軟件處理這些數(shù)據(jù)，并描繪出位移—時(shí)間圖象. 位移傳感器只能用于測(cè)定運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)的位移（距離），測(cè)物體運(yùn)動(dòng)的速度和加速度是通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的.根據(jù)位移圖線(xiàn)各時(shí)刻的斜率，即該時(shí)刻的瞬時(shí)速度再描繪出不同時(shí)刻的速度—時(shí)間圖象，并能顯示出某時(shí)刻瞬時(shí)速度值，某段時(shí)間內(nèi)平均速度值.測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度則是根據(jù)速度圖象在不同時(shí)刻的斜率得出，并能畫(huà)出加速度與時(shí)間的圖象，求物體運(yùn)動(dòng)的位移、速度、加速度的值，時(shí)間段可以任意選取. 第二種位移傳感器將超聲波脈沖的發(fā)射與接收由一個(gè)超聲脈沖探頭完成，在運(yùn)動(dòng)物體上安裝反射板，將超聲脈沖反射回來(lái)由傳感器接收.傳感器不隨物體移動(dòng)，也不需要發(fā)射紅外脈沖作為計(jì)時(shí)起點(diǎn).其時(shí)間由超聲脈沖發(fā)出開(kāi)始計(jì)時(shí)，至接收到反射脈沖時(shí)停止計(jì)時(shí)，以其時(shí)間的一半為計(jì)算位移的時(shí)間.裝置簡(jiǎn)單，但由于反射回來(lái)的超聲脈沖強(qiáng)度大為減弱，所以對(duì)超聲波脈沖探頭的靈敏度要求高，其成本也比分離式位移傳感器高得多. 2.加速度計(jì) 加速度計(jì)是測(cè)定物體加速度的儀器，它應(yīng)用于系統(tǒng)振動(dòng)特性的研究，常用來(lái)測(cè)量地震.大多數(shù)地震儀都屬于加速度計(jì)類(lèi)型.圖2-4-9為應(yīng)變式加速度計(jì)示意圖. 圖2-4-9 當(dāng)系統(tǒng)加速時(shí)，加速器中的敏感元件也處于加速狀態(tài)中，產(chǎn)生加速度的外力由材料形變的回復(fù)力提供.敏感元件由彈簧懸掛在矩形支架上，支架與待測(cè)物固定，后者加速運(yùn)動(dòng)時(shí)一側(cè)彈簧位伸，一側(cè)彈簧壓縮，兩側(cè)彈簧施給元件的合力即為使物塊用于加速的外力.彈簧伸縮的大小與元件的加速度成正比，待測(cè)物的加速度的大小和方向由指針在標(biāo)尺上示出.元件的位移也可轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，其強(qiáng)弱與元件的加速度成正比. 111