实验探究瞬时速度

华南师范大学附属中学   物理科   杨光飞

前言

速度明确定义为位矢对时间的变化率。确切来讲，我们应该从此角度来理解瞬时速度。但碍于高中生的理解能力，我们是通过平均速度的极限来引入瞬时速度的定义，这里就牵涉到对“瞬时”和“极限”的理解，另外这种引入方法容易让学生陷入“速度为位移对时间的变化率”的误区。“瞬时”的含义不只说时刻t，还包含的变化过程。学生可能理解不到这一点。另一方面，在实际中我们是无法实现这个极限的，那么我们如何测量瞬时速度呢。测量瞬时速度牵涉到测量误差的问题，以匀加速直线运动为例，如果初速度为，加速度为，从起始时刻开始内的平均速度为，如果以该平均速度来衡量起始时刻的瞬时速度，瞬时速度的测量相对误差就达到；依此类推，测量时间为时瞬时速度的测量相对误差为，测量时间为时瞬时速度的测量相对误差为。从这个例子可以看到，我们可以通过提高时间测量精度来提高测量瞬时速度的准确度。虽然我们可以选择速度较大的部分来测量瞬时速度，但这种方法也只适用于速度较大的情况。高一必修一中我们是使用打点计时器来研究匀变速直线运动的，打点计时器的时间测量精度为，其测量瞬时速度的相对误差也得到。因此为了提高测量瞬时速度的准确性，减小测量误差，我们选用具有高时间测量精度的光电门，设计实验操作，加深学生对瞬时速度的理解，掌握测量瞬时速度的基本办法。