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測(cè)量平均速度范文第1篇

“實(shí)驗(yàn)：測(cè)平均速度”教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)目標(biāo)和能力目標(biāo)

1．會(huì)使用表、刻度尺測(cè)量平均速度．

2．正確觀察和測(cè)量平均速度．

情感目標(biāo)

1．通過(guò)實(shí)驗(yàn)養(yǎng)成認(rèn)真細(xì)致的行為習(xí)慣和實(shí)事求是的精神．

2．通過(guò)實(shí)驗(yàn)養(yǎng)成和其他同學(xué)合作的意識(shí)．

教學(xué)建議

"實(shí)驗(yàn)：測(cè)平均速度"教材分析

教材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)鞏固平均速度的知識(shí)，練習(xí)用鐘表測(cè)時(shí)間，用刻度尺測(cè)長(zhǎng)度，選用的器材簡(jiǎn)單，木塊、斜面和小車，在斜面的中間放上鐵片，用來(lái)劃分兩段路程，在小車或小球撞擊到鐵片上時(shí)能記錄時(shí)間，兩段時(shí)間之和就是小車在斜面上的總路程所通過(guò)的時(shí)間．

教材要求學(xué)生計(jì)算前半程、后半程、總程的平均速度，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照平均速度的計(jì)算公式計(jì)算，在計(jì)算中復(fù)習(xí)物理計(jì)算的步驟．

"實(shí)驗(yàn)：測(cè)平均速度"教法建議

用實(shí)驗(yàn)法教學(xué)，觀察實(shí)驗(yàn)儀器，看各部分的在實(shí)驗(yàn)中的作用，并分析實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中需要測(cè)量的物理量和如何測(cè)量該物理量，實(shí)驗(yàn)表格中的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)著哪步的測(cè)量結(jié)果．

要分小組做實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生的合作意識(shí)和合作能力，小組可以有發(fā)令成員，負(fù)責(zé)使小組各位預(yù)備完善后統(tǒng)一進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．有手持小車預(yù)備實(shí)驗(yàn)的成員，當(dāng)聽到發(fā)令后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，有記錄成員，當(dāng)小車到達(dá)鐵片時(shí)，聽到撞擊聲就記錄鐘表所用的時(shí)間，并記錄在表格中，三個(gè)成員共同完成本實(shí)驗(yàn)．

還可以在條件較好的學(xué)校、學(xué)生中使用其他的方法，例如可以讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，只要能完成測(cè)量平均速度的目的就可以采用．充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造能力．

教學(xué)設(shè)計(jì)示例

“實(shí)驗(yàn)：測(cè)平均速度”教學(xué)設(shè)計(jì)示例

【教學(xué)單元分析】

實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生會(huì)用鐘表和刻度尺正確測(cè)量時(shí)間、距離，并求出平均速度，同時(shí)加深對(duì)平均速度的理解，對(duì)于實(shí)驗(yàn)器材可以自行選擇．

將數(shù)據(jù)填入表格中，計(jì)算三個(gè)階段的平均速度，假如用停表計(jì)時(shí)，可以用教材中的表格，假如用鐘表計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)將運(yùn)動(dòng)時(shí)間改為三個(gè)欄目“計(jì)時(shí)開始、計(jì)時(shí)結(jié)束、運(yùn)動(dòng)時(shí)間”，再分別計(jì)算出運(yùn)動(dòng)時(shí)間．

對(duì)于時(shí)間的測(cè)量，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)木毩?xí)，經(jīng)過(guò)幾次實(shí)驗(yàn)，時(shí)間就會(huì)測(cè)得準(zhǔn)確些．

【教學(xué)過(guò)程分析】

一．實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

小車的坡度要很小，小車在斜面的運(yùn)動(dòng)時(shí)間就會(huì)較長(zhǎng)，測(cè)量時(shí)間增長(zhǎng)，最后結(jié)果的誤差就會(huì)減?。饘倨旁谛泵娴闹虚g，測(cè)量出斜面的總長(zhǎng)，則前半程、后半程和全程的距離都可以得到．

二．表格設(shè)計(jì)

提供一個(gè)表格供參考

路程

運(yùn)動(dòng)時(shí)間

平均速度

計(jì)時(shí)開始

計(jì)時(shí)結(jié)束

運(yùn)動(dòng)時(shí)間

s1＝

t11＝

t12＝

t13＝

v1＝

s2＝

t21＝

t22＝

t23＝

v2＝

s＝

t＝

v＝

三．實(shí)驗(yàn)過(guò)程輔導(dǎo)

測(cè)量平均速度的原理、實(shí)驗(yàn)器材可以讓學(xué)生說(shuō)明，指出長(zhǎng)度、時(shí)間的測(cè)量可以用測(cè)量工具直接測(cè)量，而速度測(cè)量需要測(cè)量長(zhǎng)度和時(shí)間再根據(jù)速度公式計(jì)算，所以實(shí)驗(yàn)原理是速度的公式，由公式也可以看出實(shí)驗(yàn)器材是鐘表和刻度尺．

平均速度測(cè)量，實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)是計(jì)時(shí)結(jié)束以聽到撞擊聲為準(zhǔn)，即聽到聲音的同時(shí)記錄結(jié)束時(shí)刻，注重學(xué)生區(qū)分時(shí)刻和時(shí)間的概念，時(shí)刻是結(jié)束或開始時(shí)刻在時(shí)間軸上的位置，而運(yùn)動(dòng)時(shí)間是這兩個(gè)時(shí)刻之間的在時(shí)間軸上的長(zhǎng)度，所以表格中的t13＝t12－t11，t23＝t22－t21．

平均速度的計(jì)算，注重物理量的對(duì)應(yīng)，．而決定不能認(rèn)為，可以讓學(xué)生分析兩個(gè)問(wèn)題以加深理解：

1．某運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，行駛的路程前半程的速度是10m/s，后半程是20m/s，計(jì)算全程的平均速度．

2．某運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，前半段時(shí)間行駛的速度是10m/s，后半段時(shí)間行駛的速度20m/s，計(jì)算全程的平均速度．

對(duì)于問(wèn)題1，全程的平均速度是：

對(duì)于問(wèn)題2：全程的平均速度是：

【板書設(shè)計(jì)】

探究活動(dòng)

【課題】

調(diào)查在交通規(guī)章制度中，對(duì)速度的限定

【組織形式】

學(xué)生小組

【教師輔導(dǎo)參考方案】

1．我國(guó)不同的公路、鐵路（兩者都分不同的級(jí)別）中對(duì)速度的要求．

2．對(duì)于同一種路面，各個(gè)國(guó)家的規(guī)定是否相同，分析其特點(diǎn)．

3．其他相關(guān)的問(wèn)題，例如某路面超速的處罰是什么．

【評(píng)價(jià)】

1．從網(wǎng)上學(xué)習(xí)的小組，列出學(xué)習(xí)過(guò)程．

測(cè)量平均速度范文第2篇

1.小明坐在天津到北京的動(dòng)車上，透過(guò)車窗看到路邊的樹木向后移動(dòng)，他是以__車__為參照物;該車僅用30 min 跑完120 km的全程，其平均速度為__240__km/h。

2.(2013，宜賓)小剛學(xué)了長(zhǎng)度測(cè)量以后，在分組探究活動(dòng)中，估計(jì)教室里所用課桌的高度約為80__cm__(填上合適的長(zhǎng)度單位)，然后又用刻度尺測(cè)量橡皮擦的長(zhǎng)度，如圖所示，圖中橡皮擦的長(zhǎng)度是__3.10__cm。

,(第2題圖)) ,(第3題圖))

3.(2014，合肥模擬)如圖所示是拍攝蘋果下落過(guò)程中的頻閃照片，相機(jī)每隔0.1 s曝光一次，由此可判斷蘋果的運(yùn)動(dòng)是__變速__(選填“勻速”或“變速”)運(yùn)動(dòng)。照片上A與B的間距所對(duì)應(yīng)的蘋果的實(shí)際運(yùn)動(dòng)路程為57 cm，則蘋果在這段路程上的平均速度是__1.9__ m/s。

4.(2014，上海)甲、乙兩車運(yùn)動(dòng)的s—t圖象分別如圖(a)、(b)所示，以甲為參照物，乙是__運(yùn)動(dòng)__(選填“靜止”或“運(yùn)動(dòng)”)的;甲、乙各運(yùn)動(dòng)8 m，所用時(shí)間相差__9____s;甲在上坡過(guò)程中，其重力勢(shì)能__增大__(選填“增大”“不變”或“減小”)。

5.(2014，蕪湖模擬)甲、乙兩人從相距15 km的兩地同時(shí)出發(fā)，相向而行，甲的速度為3 km/h，乙的速度為2 km/h，甲帶一條狗，同甲一起出發(fā)，狗的速度為4 km/h，狗碰到乙后又往甲方向走，碰到甲后它又往乙方向走，這樣持續(xù)下去，直到甲、乙相遇時(shí)，這條狗一共走了__12__km。

二、選擇題

6.(2014，武漢)如圖所示，兩列火車并排停在站臺(tái)上，小強(qiáng)坐在車廂中向另一列車廂觀望。突然，他覺(jué)得自己的列車開始緩緩地前進(jìn)了，但是，“駛過(guò)”了旁邊列車的車尾才發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上他乘坐的列車還停在站臺(tái)上。下列說(shuō)法正確的是(D)

A.小強(qiáng)感覺(jué)自己乘坐的列車前進(jìn)了是以站臺(tái)為參照物

B.小強(qiáng)發(fā)現(xiàn)自己乘坐的列車還停在站臺(tái)上是以坐在旁邊的小紅為參照物

C.小強(qiáng)發(fā)現(xiàn)自己乘坐的列車還停在站臺(tái)上是以坐在旁邊列車的車尾為參照物

D.小強(qiáng)先后不同的感覺(jué)是因?yàn)樗x擇的參照物不同而造成的

7.(2014，北京)PM2.5是指空氣中直徑很小的顆粒，其直徑還不到人的頭發(fā)絲粗細(xì)的二十分之一。PM2.5中的“2.5”是表示顆粒直徑的數(shù)值，關(guān)于它的單位，下列選項(xiàng)中正確的是(D)

A.米 B.分米 C.厘米 D. 微米

8.(2014，淮北模擬)我們可以用物體經(jīng)過(guò)的路程來(lái)描述物體的運(yùn)動(dòng)，還可以從初位置到末位置作出一條線段來(lái)表示物置的變化。如圖所示，某物體分別沿兩條路徑從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)：第一次先從A到D，再?gòu)腄到B;第二次直接從A到B，則物體的兩次運(yùn)動(dòng)(B)

A.路程相等，位置的變化相同

B.路程不等，位置的變化相同

C.路程相等，位置的變化不同

D.路程不等，位置的變化不同

9.(2014，南昌)如圖所示是一個(gè)小球在相同時(shí)間間隔里運(yùn)動(dòng)情景的物理模型圖，對(duì)這個(gè)小球的運(yùn)動(dòng)情景描述正確的是(B)

A.小球從高處自由下落 B.小球沿斜面上下運(yùn)動(dòng)

C.小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng) D.小球從碗邊釋放滾下

10.(2014，襄陽(yáng))2013年9月29日建成通車的臥龍大橋是襄陽(yáng)首座斜拉橋，全長(zhǎng)4 343.5 m，橋面寬31.5 m，雙向六車道。如果一輛大車通過(guò)該橋的速度是60 km/h，則所用的時(shí)間是(保留整數(shù)位)(A)

A.4 min B.6 min C.8 min D.10 min

11.(2014，銅陵模擬)陽(yáng)光明媚的春天，王爺爺帶著三人駕著小汽車一起去春游，行駛途中，同一時(shí)刻四人在各自的座位上觀察指針式速度表，觀察到的數(shù)據(jù)如下，此時(shí)車的實(shí)際行駛速度應(yīng)該是(A)

A.100 km/h B.98 km/h

C.96 km/h D.沒(méi)有觀察到

12.(2014，杭州)短跑運(yùn)動(dòng)員在某次百米賽跑中測(cè)得5 s末的速度為9.0 m/s，10 s末到達(dá)終點(diǎn)的速度為10.2 m/s，則下列說(shuō)法正確的是(C)

A.在前5 s內(nèi)運(yùn)動(dòng)員的平均速度為4.5 m/s

B.在后5 s內(nèi)運(yùn)動(dòng)員的平均速度為9.6 m/s

C.在本次百米賽跑中運(yùn)動(dòng)員的平均速度為10.0 m/s

D.在本次百米賽跑中運(yùn)動(dòng)員的平均速度為5.1 m/s

13.(2014，阜陽(yáng)模擬)沿同一條直線向東運(yùn)動(dòng)的物體A、B，其運(yùn)動(dòng)相對(duì)同一參考點(diǎn)O的距離s隨時(shí)間t變化的圖象如圖所示，以下說(shuō)法正確的是(D)

①兩物體由同一位置O點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)，但物體A比B遲3 s才開始運(yùn)動(dòng)?、趖=0時(shí)刻，A在O點(diǎn)，B在距離O點(diǎn)5 m處　③從第3 s開始，vA>vB，5 s末A、B相遇?、? s內(nèi)A、B的平均速度相等

A.只有①④正確 B.只有③④正確

C.只有①③正確 D.只有②③正確

14.(2014，紹興)如圖是伽利略1604年做斜面實(shí)驗(yàn)時(shí)的一頁(yè)手稿照片，照片左上角的三列數(shù)據(jù)如表格。表中第二列是時(shí)間，第三列是物體沿斜面運(yùn)動(dòng)的距離，第一列是伽利略在分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)添加的。根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，可以得出的結(jié)論是(C)

1 1 32

4 2 130

9 3 298

16 4 526

25 5 824

36 6 1 192

49 7 1 600

64 8 2 104

A.物體具有慣性

B.物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)

C.物體運(yùn)動(dòng)的距離與時(shí)間的平方成正比

D.物體運(yùn)動(dòng)距離的增加量與時(shí)間成正比

15.(2014，濰坊)小華同學(xué)的家附近有一公共自行車站點(diǎn)，他經(jīng)常騎公共自行車去上學(xué)，某一次從家到學(xué)校運(yùn)動(dòng)的s—t圖象如圖所示，則小華從家到學(xué)校的平均速度是(C)

A.135 m/s B.168.75 m/s

C.2.25 m/s D.2.81 m/s

三、實(shí)驗(yàn)題

16.(2014，河南)在如圖所示的斜面上測(cè)量小車運(yùn)動(dòng)的平均速度。 讓小車從斜面的A點(diǎn)由靜止開始下滑，分別測(cè)出小車到達(dá)B點(diǎn)和C點(diǎn)的時(shí)間，即可測(cè)出不同階段的平均速度。

(1)圖中AB段的路程sAB=__40__cm，如果測(cè)得時(shí)間tAB=1.6 s，則AB段的平均速度vAB=__25__cm/s。

(2)在測(cè)量小車到達(dá)B點(diǎn)的時(shí)間時(shí)，如果小車過(guò)了B點(diǎn)才停止計(jì)時(shí)，測(cè)得AB段的平均速度vAB會(huì)偏__小__。

(3)為了測(cè)量小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中下半程的平均速度，某同學(xué)讓小車從B點(diǎn)由靜止釋放，測(cè)出小車到達(dá)C點(diǎn)的時(shí)間，從而計(jì)算出小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中下半程的平均速度。他的做法正確嗎?__不正確__，理由是__這樣測(cè)得的小車下半程的平均速度會(huì)偏小__。

四、計(jì)算題

17.(2014，宿州模擬)甲、乙兩地的距離是900 km，一列火車從甲地早上7：30出發(fā)開往乙地，途中停靠了幾個(gè)車站，在當(dāng)日16：30到達(dá)乙地。列車行駛途中以144 km/h的速度勻速通過(guò)長(zhǎng)度為400 m的橋梁，列車全部通過(guò)橋梁的時(shí)間為25 s。

(1)火車從甲地開往乙地的平均速度是多少?

(2)火車的長(zhǎng)度是多少?

解：(1)火車從甲地到乙地所用時(shí)間：

t1=16：30-7：30=9 h，

火車的平均速度：

v1=s1t1=900 km9 h=100 km/h

(2)火車勻速通過(guò)橋梁的速度：

v2=144 km/h=40 m/s，

火車全部通過(guò)橋梁的距離：

s2=v2t2=40 m/s×25 s=1 000 m，

測(cè)量平均速度范文第3篇

關(guān)鍵詞:速度測(cè)量;單光幕;FPGA;精度分析

中圖分類號(hào):TP21文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1004-373X(2009)12-001-03

Design of Velocity Measuring System with Single Light Curtain Based on FPGA

MA Xuelin1,2,YAN Zhongming1,2,DONG Liang1,2,LIAO Wenting1,2,LI Haitao1,2,WANG Yu1,2

(1.MOE Key Lab of Magler Technology and Vehicle,Southwest Jiaotong University,Chengdu,610031,China;

2.Superconductivity R&D Center,Southwest Jiaotong University,Chengdu,610031,China)

Abstract:The popular method of measuring velocity is usually use two light curtains.But the two signals from each light curtain can not be syncsignals for the signals transmit though the different path and the two light curtains can not be parallelled absolutely both cause messuring errors.In this paper the velocity measuring system is designed based on single light curtain,avoiding most of the error mention above and easy to be realized,the result is more accurate in the abstract.The velocity measuring system based on FPGA with virtue of few periphery electric circuit.High intergration and high reliability is modular designed with QUARTUSⅡsoftware and can be displayed with the digital driving circuit.

Keywords:velocity measurement;single light curtain;FPGA;precision analysis

0 引 言

高速運(yùn)動(dòng)物體的物理狀態(tài)檢測(cè)分析一直以來(lái)都是一項(xiàng)重要的研究?jī)?nèi)容,特別是對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)物體瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)速度的檢測(cè)。這是瞬態(tài)過(guò)程及效應(yīng)物理研究中的一個(gè)有待發(fā)展的領(lǐng)域,可能會(huì)導(dǎo)致極端條件下的新物理效應(yīng),在高速碰撞等方面有著直接的應(yīng)用背景,也給檢測(cè)和控制技術(shù)提出了更高的挑戰(zhàn)。

1 測(cè)量方法

對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)的物體,常用的速度測(cè)量方法按測(cè)量原理可分成三類,即瞬時(shí)速度測(cè)量法、平均速度測(cè)量法和多普勒原理測(cè)量法。瞬時(shí)速度測(cè)量法采用彈道擺或微波傾角法,可以換算出物體的瞬時(shí)飛行速度,但測(cè)試誤差較大,目前很難達(dá)到高的精度。多普勒測(cè)速法是利用波傳播中多普勒效應(yīng)進(jìn)行測(cè)速的方法,也是一種比較有效的測(cè)量速度方法。平均速度測(cè)量法是在測(cè)量目標(biāo)前進(jìn)方向放置兩道光幕;通過(guò)測(cè)量?jī)晒饽恢g的距離S和測(cè)量目標(biāo)通過(guò)兩光幕之間的時(shí)間t;然后利用平均速度公式v=S/t計(jì)算測(cè)量目標(biāo)的速度,如圖1所示。

圖1 雙光幕平均測(cè)速法原理

但在使用雙光幕的平均速度測(cè)量法中,由于每個(gè)光幕及其后處理電路在工作中的處理速度和延時(shí)不可能完全一致,這樣就會(huì)造成難以避免的誤差。在要求高精度的測(cè)量中,這些誤差會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生附加的負(fù)面的影響。另外,兩個(gè)光幕射出的光要求嚴(yán)格平行,否則測(cè)量結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生誤差,而嚴(yán)格平行在現(xiàn)實(shí)測(cè)量中也很難做到。

基于此,這里提出一種單光幕的速度測(cè)量系統(tǒng)。在避免兩路信號(hào)通過(guò)光幕及其后的電路時(shí)由于處理時(shí)間不一致而在產(chǎn)生誤差的同時(shí),也避免了因兩束光線不平行產(chǎn)生的誤差。

2 測(cè)量系統(tǒng)原理

該系統(tǒng)采用單光頭測(cè)量,系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。將光源置于發(fā)射器出口處的上方,并在其下方固定光敏器件,使光敏器件可以準(zhǔn)確接收到光源所發(fā)出的光束。測(cè)量開始后,當(dāng)目標(biāo)前端擋住光源發(fā)出的光時(shí),光敏器件因接收不到光而輸出低電壓信號(hào);當(dāng)目標(biāo)通過(guò)后,光敏器件重新接收到光源所發(fā)出的光后,輸出變回高電壓信號(hào)。被測(cè)目標(biāo)的長(zhǎng)度L可以事先通過(guò)矩陣鍵盤輸入到測(cè)速度系統(tǒng),根據(jù)電信號(hào)的變化觸發(fā)和停止計(jì)數(shù)單元,可以記錄到目標(biāo)通過(guò)光源下方的時(shí)間t,在假設(shè)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向與光束垂直時(shí),可近似取L計(jì)算目標(biāo)在這段時(shí)間內(nèi)的平均速度v=L/t。此時(shí),目標(biāo)不受運(yùn)動(dòng)方向上力的作用,所以速度變化微小,此速度可看作目標(biāo)的出口速度。

圖2 單光幕平均速度測(cè)量法原理圖

從以上過(guò)程可以看出,在保證整套系統(tǒng)具有高精度的同時(shí),對(duì)光電轉(zhuǎn)換器件性能的依賴大大降低。同時(shí)因?yàn)閮陕沸盘?hào)均經(jīng)過(guò)同一套處理電路,所以信號(hào)在路徑上的延時(shí)幾乎完全一致,提高了測(cè)量精度。因此,此方法具有測(cè)試精度高,靈敏度調(diào)節(jié)靈活,成本低等特點(diǎn)。

3 系統(tǒng)模型

為了在數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算時(shí)仍能達(dá)到更高的精度和更快的處理速度,考慮采用時(shí)鐘頻率較高的FPGA芯片實(shí)現(xiàn)此系統(tǒng)。這樣做的好處是可以采用先進(jìn)的Top-Down設(shè)計(jì)方法,從系統(tǒng)原型入手,在頂層進(jìn)行功能方框圖的劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在功能級(jí)進(jìn)行仿真、糾錯(cuò),并用硬件描述語(yǔ)言對(duì)高層次的系統(tǒng)行為進(jìn)行描述,然后用綜合工具將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為具體門電路網(wǎng)表后,將整個(gè)系統(tǒng)下載到FPGA芯片中執(zhí)行。由于設(shè)計(jì)的主要仿真和調(diào)試過(guò)程是在高層次上完成的,這不僅有利于早期發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的錯(cuò)誤,避免設(shè)計(jì)工作的浪費(fèi),而且也減少了邏輯功能仿真的工作量,提高了設(shè)計(jì)的一次成功率。所以FPGA芯片在理論上更加適合作為此方案的硬件載體。

此系統(tǒng)在FPGA中的數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示。

圖3 FPGA中的數(shù)據(jù)處理流程圖

根據(jù)上述的數(shù)據(jù)處理過(guò)程可以建立系統(tǒng)的頂層功能模塊框圖如圖4所示。主流FPGA的規(guī)模和內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全可以滿足框圖要求,可見在FPGA中實(shí)現(xiàn)此速度測(cè)量系統(tǒng)完全具有可行性。

圖4 頂層功能模塊圖

4 測(cè)量精度分析

采用單光源測(cè)量運(yùn)動(dòng)目標(biāo)速度的測(cè)量原理雖然簡(jiǎn)單,但想要滿足所有的理想測(cè)量條件卻非常困難,如果要進(jìn)行詳細(xì)的精度分析則更為復(fù)雜。在圖1所示的原理中,理想測(cè)量的前提條件是:

(1) 配套器件工作速度足夠穩(wěn)定;

(2) 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向與光束嚴(yán)格垂直;

(3) 光源發(fā)出的光束無(wú)限細(xì);

(4) 計(jì)數(shù)器不存在計(jì)數(shù)誤差;

(5) 被測(cè)目標(biāo)的長(zhǎng)度測(cè)量準(zhǔn)確。

但在實(shí)際情況中,上述條件都無(wú)法完全滿足,正是這些微小的改變?cè)斐闪俗罱K測(cè)量結(jié)果與實(shí)際速度的誤差。所以精度的分析需要從這幾個(gè)方面的誤差源頭入手?？梢詫⑸鲜龅?1)、(3)、(4)歸為時(shí)間上的誤差,而將(2)、(5)歸為長(zhǎng)度上的誤差。

4.1 配套器件的影響

一般高速光電器件產(chǎn)生信號(hào)的延遲時(shí)間為3～5 μs,但由于采用單束光獲取信號(hào),使得在一次測(cè)量過(guò)程中的開始和結(jié)束兩次信號(hào)傳輸都經(jīng)過(guò)相同的路徑,器件的延時(shí)可以絕大部分抵消;但還是會(huì)存在由于器件精度引起的兩次延時(shí)的微量不同,取1/10最大延遲時(shí)間得出Δt1=0.5 μs。

4.2 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向偏差的影響

在目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度與光束的方向垂直時(shí),可近似取目標(biāo)長(zhǎng)度L,計(jì)算運(yùn)動(dòng)目標(biāo)速度,但當(dāng)目標(biāo)并沒(méi)有嚴(yán)格垂直于光束而有θ的偏轉(zhuǎn)時(shí),L是與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向相關(guān)的量,L′=Lcos θ。假設(shè)目標(biāo)在出口處最大偏差角為1°,則可計(jì)算出長(zhǎng)度誤差ΔL1=L-L′=L(1-cos θ)=1.523×10-4L,若取長(zhǎng)度L=0.1 m計(jì)算,則ΔL1=1.523×10-5 m。

4.3 光點(diǎn)直徑的影響

由于光束不是無(wú)限細(xì),所以無(wú)法確定目標(biāo)擋住多少光束時(shí)光敏器件會(huì)產(chǎn)生信號(hào),假設(shè)光束直徑(d)為1 mm,目標(biāo)速度(v)為1 000 m/s時(shí),最大時(shí)間誤差Δt2=d/v=1 μs。

4.4 計(jì)數(shù)誤差的影響

該設(shè)計(jì)中采用40 MHz的晶振,定時(shí)步長(zhǎng)為25 ns,由于無(wú)法確定計(jì)數(shù)開始時(shí)的時(shí)鐘狀態(tài),所以在計(jì)數(shù)的開始和結(jié)束時(shí)均可能產(chǎn)生最大一個(gè)時(shí)鐘周期的計(jì)數(shù)誤差,最大誤差為Δt3=25×2=50 ns。

4.5 目標(biāo)測(cè)量精度的影響

被測(cè)目標(biāo)的長(zhǎng)度L在測(cè)量過(guò)程中,由于測(cè)量工具的限制,得到的被測(cè)目標(biāo)長(zhǎng)度值也不可避免地會(huì)存在誤差,假設(shè)用高精度的游標(biāo)卡尺測(cè)量,測(cè)量精度可以達(dá)到0.01 mm,ΔL2=0.01 mm。通過(guò)分析,目標(biāo)運(yùn)動(dòng)距離測(cè)量總誤差為:

ΔL=ΔL1+ΔL2=0.0152 3+0.01=0.025 23 mm

Δt=Δt1+Δt2+Δt3=1.55 μs

當(dāng)L=1 000 mm,t=1 ms時(shí):

v=L/t=1 000 m/s

根據(jù)誤差傳遞公式:

(Δv/v)×100%=(ΔL/L+Δt/t)×100%=

[(ΔLt+ΔtL)/tL]×100%=0.157%

通過(guò)以上計(jì)算,系統(tǒng)的總體誤差為0.157%,達(dá)到較高的精度。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文在充分調(diào)查了當(dāng)前針對(duì)高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的速度測(cè)量方法的基礎(chǔ)上,提出利用單光幕平均速度測(cè)量法測(cè)量高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的速度。避免了使用雙光幕平均速度測(cè)量法時(shí)由于兩路信號(hào)時(shí)延不同和兩光幕不平行而產(chǎn)生的誤差;同時(shí)減少一個(gè)光幕的使用,降低了系統(tǒng)成本。采用高時(shí)鐘頻率的FPGA作為主要實(shí)現(xiàn)芯片,在進(jìn)一步減小系統(tǒng)誤差的同時(shí)保證了系統(tǒng)的工作速度和穩(wěn)定性,是一套較為理想的速度測(cè)量方案。

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測(cè)量平均速度范文第4篇

（1）實(shí)驗(yàn)誤差大.當(dāng)擋光片寬度減小到一定程度時(shí)，受氣墊導(dǎo)軌中不穩(wěn)定氣流等因素的影響，會(huì)產(chǎn)生一定的誤差.

（2）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備難.一些條件差的學(xué)校不一定會(huì)置辦氣墊導(dǎo)軌.即使有儀器，將其搬至教室也很費(fèi)力.

為了最大化發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在物理課堂中的作用，本文提出了一個(gè)新的方案――在視頻中測(cè)量瞬時(shí)速度，簡(jiǎn)便而又能滿足教學(xué)要求，還可從中衍生出一系列拓展實(shí)驗(yàn)，發(fā)展許多重要的課程資源.

1 設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)

當(dāng)每秒連續(xù)的圖像變化在24幀畫面以上時(shí)，畫面看上去會(huì)是平滑連續(xù)的，這就是視頻.視頻的拍攝過(guò)程則與視頻放映相反，是由攝影設(shè)備每秒拍攝數(shù)十幀照片，然后整合成視頻.通過(guò)攝像機(jī)捕捉物體運(yùn)動(dòng)圖像，將運(yùn)動(dòng)過(guò)程以多媒體視頻形式導(dǎo)出至計(jì)算機(jī)，就可以在視頻中分析運(yùn)動(dòng)規(guī)律.

對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的分析，最重要的是獲取時(shí)間及位移的信息.若攝像機(jī)錄制視頻時(shí)每秒拍攝的幀數(shù)為n幀，便可以知道每幀之間的時(shí)間間隔為1/n秒.而每一幀又都是一個(gè)靜態(tài)的圖像，圖像中恰恰記錄了物體在這個(gè)時(shí)刻所處的位置.若能在拍攝時(shí)讓物體沿著一根合適的刻度尺運(yùn)動(dòng)，那么每隔1/n秒的位置信息就可以從視頻中讀取，如圖1所示.

運(yùn)動(dòng)的時(shí)間信息可以通過(guò)一個(gè)普通的播放器獲取，如迅雷看看（上圖）.通過(guò)播放器上的時(shí)間條，我們可以定位到任何時(shí)刻.然而時(shí)間條上的時(shí)間最小只能顯示至秒，為了精確提取時(shí)間信息，還需要用到視頻播放器中自帶的視屏截取功能.右鍵單擊視頻圖像，選擇“視頻截取”即可開啟視頻截取模式.該模式后，時(shí)間條可顯示至10-3秒，基本滿足我們的需求（見圖2）.

拖動(dòng)時(shí)間條至相應(yīng)位置，從播放器右下角可以直接獲得小球在該位置的時(shí)刻t1.在位置的測(cè)量上，可以打開任意一個(gè)windows窗口，讓窗口一邊與視頻中的小球相切，記錄下窗口與刻度尺交點(diǎn)的讀數(shù)，作為該時(shí)刻小球位置x1，如圖2.為避免所錄制視頻中小球的影像模糊，實(shí)驗(yàn)環(huán)境應(yīng)盡量明亮.

拖動(dòng)時(shí)間條，或者單擊微調(diào)鍵，至另一時(shí)刻t2，記錄位置x2，即可測(cè)量測(cè)量出物體從t1時(shí)刻至t2時(shí)刻的平均速度v，即

規(guī)定式中[（t2-t1）×n]表示取最接近（t2-t1）×n的整數(shù)，n為視頻每秒拍攝幀數(shù).這是因?yàn)闀r(shí)間條所顯示的時(shí)刻值略有誤差，我們需要根據(jù)這個(gè)值計(jì)算所取兩個(gè)時(shí)刻的相距幀數(shù)，再得出真實(shí)的時(shí)間間隔.

視頻中可選取的最小時(shí)間間隔為錄制視頻時(shí)每幀之間的時(shí)間間隔.若以最常見的每秒30幀的模式錄制視頻，則最短時(shí)間間隔可取到1/30秒，與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器兩個(gè)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔0.02秒已較為接近，可以滿足測(cè)量需求.

2 瞬時(shí)速度視頻測(cè)量的教學(xué)實(shí)驗(yàn)開發(fā)

2.1 教學(xué)開發(fā)一：課堂演示“瞬時(shí)速度”

錄制物體沿傾斜刻度尺運(yùn)動(dòng)的視頻并導(dǎo)出至計(jì)算機(jī)中，利用視頻播放軟件定位到某兩幀并記錄各自時(shí)刻與位置值，可測(cè)得小球在這兩幀的時(shí)間內(nèi)的平均速度.逐步減小所選取的兩幀之間的時(shí)間間隔，直至最小，在此過(guò)程中展示平均速度的變化情況，可得平均速度將趨向于某個(gè)固定值，可課堂模擬“瞬時(shí)速度”這一概念.

取一根合適刻度尺靠近墻面或其他板面并傾斜放置（或可直接將兩塊小磁鐵固定在刻度尺兩端，再吸于黑板上），調(diào)節(jié)攝像機(jī)至合適位置，按下攝像機(jī)錄制鍵，把小球放置于刻度尺頂端，讓其沿刻度尺下滑.在小球下滑滾出軌道后停止錄制，并將視頻導(dǎo)出至計(jì)算機(jī)，即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析.

本次實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)如下（表1）：

所取的時(shí)間從初始的0.3秒減小至0.033秒時(shí)，速度v的大小變化、波動(dòng)越來(lái)越小.若將結(jié)果保留兩位小數(shù)，隨著時(shí)間間隔的越來(lái)越小，v的值趨向于0.59 m/s.這就“模擬”出了瞬時(shí)速度這一極限的概念.

2.2 教學(xué)開發(fā)二：探究小球沿傾斜刻度尺下滑速度隨時(shí)間變化規(guī)律

在人教版必修①課本上，有探究小車速度隨時(shí)間變化規(guī)律這一實(shí)驗(yàn)，而這個(gè)實(shí)驗(yàn)也可以通過(guò)視頻手段實(shí)現(xiàn).

方法同瞬時(shí)速度演示實(shí)驗(yàn)，將所拍攝到的小球運(yùn)動(dòng)視頻導(dǎo)出至計(jì)算機(jī)并用迅雷看看播放器打開，開啟視頻截取模式.由上述實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)時(shí)間間隔非常小，僅為一兩幀時(shí)，所測(cè)得平均速度可作為該時(shí)間間隔內(nèi)任意一點(diǎn)的瞬時(shí)速度.為減小測(cè)量誤差，可采用下圖（圖3）模式，依次測(cè)得5至8個(gè)速度值.

針對(duì)小球沿斜面下滑的視頻，實(shí)驗(yàn)所測(cè)得每?jī)蓚€(gè)速度值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔為拍攝2幀的時(shí)間，即1/15秒，測(cè)量結(jié)果v-t圖象如下：

很明顯，所描出的點(diǎn)大至都分布在一條直線上，小球運(yùn)動(dòng)的v-t圖象是一條傾斜的直線.這就是小球沿傾斜刻度尺下滑速度隨時(shí)間變化規(guī)律，也說(shuō)明了小球是做勻變速直線運(yùn)動(dòng).

2.3 教學(xué)開發(fā)三：驗(yàn)證勻變速直線運(yùn)動(dòng)位移隨時(shí)間變化規(guī)律

根據(jù)2.2中的實(shí)驗(yàn)，小球沿傾斜刻度尺下滑可看作勻加速直線運(yùn)動(dòng)，故可以分析2.2中錄制的視頻，探索勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間的關(guān)系.

打開視頻，拖動(dòng)時(shí)間條讓小球一幀一幀地動(dòng)，可大致看出每次的位置變化程度是越來(lái)越大的.同樣通過(guò)視頻影像中的刻度尺，可以定量測(cè)量勻變速直線運(yùn)動(dòng)物體的位移.選取右端一個(gè)合適的點(diǎn)為初始點(diǎn)，記為零時(shí)刻.拖動(dòng)時(shí)間條，記錄下每一幀小球的位置，算出位移，其時(shí)間間隔均為1/30秒.擬合圖象，結(jié)果見圖5.

在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，除去誤差項(xiàng)，可以看出位移隨時(shí)間變化規(guī)律為一條拋物線.這與勻變速直線運(yùn)動(dòng)位移隨時(shí)間關(guān)系公式吻合，從實(shí)驗(yàn)角度驗(yàn)證了位移與時(shí)間的規(guī)律.

2.4 教學(xué)開發(fā)四：自由落體運(yùn)動(dòng)研究

將一米尺豎直放置并利用重錘校準(zhǔn)，使之與小球下落軌跡相平行，這樣就能準(zhǔn)確的從視頻中測(cè)量下落物體的位置.調(diào)整攝像機(jī)位置，讓其能拍攝到刻度尺上約0.5米的區(qū)域（從起點(diǎn)開始），見圖6.

按下攝像機(jī)拍攝鍵，將小球由刻度尺頂端靜止釋放，把所拍攝的視頻導(dǎo)出至計(jì)算機(jī)進(jìn)行自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的分析.方法同2.2，測(cè)量每一幀小球瞬時(shí)速度，再將結(jié)果用v-t圖象呈現(xiàn).所測(cè)數(shù)據(jù)見圖7.

測(cè)量平均速度范文第5篇

第二章第一節(jié)動(dòng)與靜答案

1、參照物位置

2、地面

3、列車地面

4、靜止南

5、向下向上

6B10D

7B11B

8B12D

9A

13、（1）以飛機(jī)為參照物，地面是運(yùn)動(dòng)的

（2）以云為參照物，月亮是運(yùn)動(dòng)的

14、在交接棒時(shí)，若不能做到交棒隊(duì)員與接棒隊(duì)員的相對(duì)靜止，則容易出現(xiàn)掉棒現(xiàn)象，會(huì)影響成績(jī)；在交棒過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)員在跑動(dòng)中接棒比在靜止中接棒后再跑的平均速度要大些

15、《刻舟求劍》這則寓言比喻拘泥囤執(zhí)，不知變通，做事機(jī)械刻板，求劍者的問(wèn)題就出在“舟行而劍不行”，求劍者以船為參照物，認(rèn)為刻下的記號(hào)沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，可是劍與船之間的位置發(fā)生了變化，自然就找不到劍了

第二章第二節(jié)長(zhǎng)度與時(shí)間的測(cè)量答案

1、測(cè)量單位米m秒s

2、長(zhǎng)度光在真空中傳播一年的距離

3、誤差校準(zhǔn)測(cè)量工具改進(jìn)測(cè)量方法

選用精度高的測(cè)量工具多次測(cè)量取平均值

4、mcmmmssmin

5、0.099×10⁴

6、（1）2.5x10⁸

（2）1.7×10⁴

（3）4216

（4）15

7、B

8、B

9、A

10、C

11、D

12、1mm0.0280

13、B2.44(2.41～2.49均對(duì))

14、73.0

15、（1）a、c有問(wèn)題，改正：a．應(yīng)去掉精裝小說(shuō)的封面、封底，量出

其中小說(shuō)紙的總厚度，記為l；d．去掉精裝小說(shuō)的封面、封底后，小說(shuō)書的頁(yè)數(shù)

為燈，則小說(shuō)書紙的張數(shù)為n´=n/2，每張紙厚度為l/n´=2l/n

（2）bacd

16、甲：所繞的圈數(shù)太少；

乙：①銅絲應(yīng)緊密纏繞在鉛筆上；

②應(yīng)多次測(cè)量

17、方法一：用兩個(gè)直角三角板和刻度尺將硬幣夾住，可測(cè)出硬幣的直徑；

方法二：將硬幣在刻度尺上滾一圈，或用棉線繞一圈，測(cè)出硬幣周長(zhǎng)，

根據(jù)d=c/π計(jì)算出周長(zhǎng)

第二章第三節(jié)快與慢答案

1、物體在單位時(shí)間通過(guò)的路程的多少

2、路程時(shí)間3.6

3、36

4、5600

5、27795.52

6B9C

7C10C

8C11C

12、獵豹的速度大，可以將30m/s換算成108km/h，

也可以將72km/h換算成20m/s，然后進(jìn)行比較

13、(a)圖：比較相同時(shí)間內(nèi)跑過(guò)的路程；

(b)圖：比較跑過(guò)相同的路程所用的時(shí)間

14、由于該女士不明白速度的物理意義，60km/h指的是汽車行駛的速度，而不是7min所通過(guò)的路程,60km/h大于40km/h，所以被罰款

15、3m/s10.8km/h

16、（1）91.17km/h沒(méi)有

（2）3.65min

17、100km

第二章第四節(jié)科學(xué)探究：速度的變化答案

1、0.5汽車

2、0.75

3、30020

4、（1）運(yùn)動(dòng)

（2）0.08

（3）慢

5、D

6、D

7、A

8、D

9、（1）

小車由甲至乙小車由乙至丙小豐由甲至丙

路程s／cm6490

時(shí)間//s26

平均速v/cm．

1316

（2）不是，分析表中數(shù)據(jù)可知小車前段路程運(yùn)動(dòng)慢，后段路程運(yùn)動(dòng)快

10、（1）

運(yùn)動(dòng)員最快運(yùn)動(dòng)區(qū)間所用時(shí)間t1/S最慢運(yùn)動(dòng)區(qū)間所用時(shí)間t2/s通過(guò)全程所用時(shí)間t/s全程的平均速度v/m．