探究测量物体运动的平均速度

华伟

测量物体运动的平均速度实验是初中物理首个分组实验，通过自主设计实验、收集和分析实验数据等活动，有助于同学们体会间接测量物理量的方法，提高同学们的实验能力。

[实验要点]

测量物体运动的平均速度实验需要掌握以下几个要点。（1）实验目的：用刻度尺和停表测量变速运动的平均速度。（2）实验原理：平均速度的测量需要测量路程和时间，再根据速度公式（v = [st]）计算。（3）实验方法：平均速度的测量是通过直接测量路程和时间，然后依据速度公式求出平均速度，间接获得测量结果，属于间接测量法。（4）实验注意事项：①测量小车通过的路程时，必须从开始计时的车头量到计时结束的车头位置;②必须在小车下滑的同时开始计时;③为方便计时，要使斜面保持较小的斜度，保证小车在自由下滑时运动不至于太快。

[拓展探究]

（1）斜面的倾角不宜过大或过小的原因：倾角太大会使小车运动太快，不易计时，导致时间测量误差过大;倾角太小会使小车运动太慢，导致求出的各段平均速度接近。

（2）实验数据记录表格设计：根据实验要求应分别测量小车在斜面上自由下滑时通过全程和上半程的平均速度，因此，实验数据表格内容应含有：两段路程、两段路程对应的时间以及两段路程的平均速度，设计表格如下表所示。

（3）小车在斜面上的运动状态：进一步分析实验数据可知，小车从斜面顶端由静止运动到底端的过程是变速直线运动，在v-t图象中是一条过原点的倾斜直线。小车通过上半程、下半程、全程的平均速度的大小关系为：[v下>v全>v上]。

（4）减小误差的方法：多次测量求平均值可以有效减小测量误差。多次测量同一段路程的平均速度时，必须让小车从斜面的同一位置由静止开始滑下，且保证金属片的位置不变。

（5）小车在斜面上运动的过程中下半程的平均速度的测量：测量出小车由斜面顶端自由下滑时通过上半程和全程的路程分别为s1、s2，再测量出小车通过上半程和全程所对应的时间分别为t1、t2，则小车运动过程中通过下半程的平均速度为：[v下=s下t下=s2-s1t2-t1]。若将小车从斜面中点由静止释放，先测出小车到达斜面底端的时间和路程，再计算出小车运动过程中的平均速度，来测量小车运动过程中通过下半程的平均速度是错误的，因为这样测量的时间不是运动过程中下半程的时间。

[素养提升]

例（2020·山东·枣庄）某实验小组在“测量物体运动的平均速度”实验中，让小球从斜面A点由静止开始滚下，频闪照相机记录了小球在相同时间内通过的路程，照片如图所示，回答下列问题。

（1）依据照片可判断，小球在做______________（选填“加速”“减速”或“匀速”）运动。

（2）如果频闪照相机每隔0.2 s拍摄一次，并测得sAB=5 cm，sBC=15 cm，则小球在BC段的平均速度为 m/s，小球在AC段的平均速度为 m/s。

（3）如图所示，能说明小球在斜面上运动情况的图象是______________。

（4）小球在AD段运动过程中，经过时间tAD中点时的速度为v1，经过路程sAD中点时的速度为v2，则v1______________（选填“>”“<”或“=”）v2。

解析：（1）由图可知，在相同时间，小球运动的路程越来越大，所以小球在做加速运动。

（2）因为频闪照相机每隔0.2 s拍摄一次，sAB=5 cm，sBC=15 cm，则小球在BC段的平均速度为：vBC=[sBCtBC]=[0.15 m0.2 s]=0.75 m/s;AC段的距离：sAC= sAB + sBC =5 cm +15 cm=20 cm=0.2 m，AC段所用的时间：tAC = tAB + tBC=0.2 s + 0.2 s=0.4 s，则小球在AC段的平均速度：vAC=[sACtAC]=[0.2 m0.4 s]=0.5 m/s。

（3）由（1）知图中小球在做加速运动。图A中随着时间增加，速度在减小，图B中随着时间增加，速度不变，图C中随著时间增加，速度在增大，图D中随着时间增加，速度先减小后增大。故能说明小球在斜面上运动情况的是图象C。

（4）由（1）知图中小球在做加速运动，即小球的速度越来越大，则时间tAD中点未到达路程sAD中点，则v1

答案：（1）加速 （2）0.75 0.5 （3）C （4）<

（作者单位：山东省枣庄市实验学校）