描述物體運(yùn)動(dòng)最好的方式之一就是繪制出位置、速度、加速度隨時(shí)間的關(guān)系圖像。從以上的圖像中可以得到物體的運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)距離，并且可以知道它是在加速還是減速。在本實(shí)驗(yàn)中，你將通過一個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器測(cè)量自己在教室內(nèi)的走動(dòng)，并繪制實(shí)時(shí)圖像來驗(yàn)證這些信息。

運(yùn)動(dòng)傳感器可以測(cè)量它發(fā)出的一束高頻聲波脈沖經(jīng)運(yùn)動(dòng)物體反射，并返回到探測(cè)器這個(gè)過程的時(shí)間。通過這個(gè)時(shí)間和聲音的傳播速度，采集器可以計(jì)算得到傳感器與物體間的距離，也即物體的運(yùn)動(dòng)位置。又通過位置的變化可以計(jì)算出物體的速度和加速度。所有這些信息都可以繪制成圖像。而對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像的定性分析可以幫助你深入了解運(yùn)動(dòng)學(xué)的概念。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

• 分析學(xué)生在教室中行走的運(yùn)動(dòng)情況

• 猜想、手繪、驗(yàn)證位置隨時(shí)間變化的運(yùn)動(dòng)圖像

• 猜想、手繪、驗(yàn)證速度隨時(shí)間變化的運(yùn)動(dòng)圖像

實(shí)驗(yàn)材料

電腦                                                       

Logger Pro                               

威尼爾采集器 

威尼爾運(yùn)動(dòng)傳感器                         

膠帶                                                         

米尺

問題討論

1、以下是四個(gè)位置與時(shí)間的關(guān)系圖像。請(qǐng)選出與描述相匹配的運(yùn)動(dòng)情形，并說明原因。

a.      物體保持靜止

b.     物體沿著正方向勻速運(yùn)動(dòng)

c.      物體沿著負(fù)方向勻速運(yùn)動(dòng)

d.     物體從靜止沿著正方向加速運(yùn)動(dòng)

2、以下是四個(gè)速度與時(shí)間的關(guān)系圖像。請(qǐng)選出與描述相匹配的運(yùn)動(dòng)情形，并說明原因。

a.      物體保持靜止

b.     物體沿著正方向勻速運(yùn)動(dòng)

c.      物體沿著負(fù)方向勻速運(yùn)動(dòng)

d.     物體從靜止沿著正方向加速運(yùn)動(dòng)

實(shí)驗(yàn)步驟

第一部分預(yù)備實(shí)驗(yàn)

1、連接運(yùn)動(dòng)傳感器到采集器的數(shù)字接口，設(shè)置靈敏度開關(guān)為“球/行走“狀態(tài)

2、把運(yùn)動(dòng)傳感器放置在一個(gè)至少有4米長(zhǎng)的開闊空間，在地板上使用短條的膠帶，標(biāo)出離運(yùn)動(dòng)傳感器1米，2米，3米和4米的位置。

3、從“物理使用Vernier”文件夾中，打開文件“01a 圖跟隨”。觀察位置讀數(shù)。來回移動(dòng)并確認(rèn)讀數(shù)有效。

4、當(dāng)你以恒定的速度離開傳感器時(shí)，使用Logger Pro來產(chǎn)生你的運(yùn)動(dòng)圖。要做到這一點(diǎn)，請(qǐng)站在距離運(yùn)動(dòng)傳感器約1米的地方，并請(qǐng)實(shí)驗(yàn)室小伙伴幫忙點(diǎn)擊。當(dāng)你開始聽到滴答聲時(shí)，慢慢遠(yuǎn)離移動(dòng)傳感器。

5、檢查圖像。猜想并畫出當(dāng)你加快腳步時(shí)，位置與時(shí)間的關(guān)系。使用“運(yùn)動(dòng)傳感器”檢驗(yàn)?zāi)愕念A(yù)測(cè)。

第二部分位置與時(shí)間的圖形匹配

6、打開實(shí)驗(yàn)文件“01b 圖跟隨”。將顯示一個(gè)設(shè)定好的位置與時(shí)間的目標(biāo)圖像。

7、試著描述你將通過怎樣的行走方式能產(chǎn)生上面的目標(biāo)圖像。

8、為了驗(yàn)證你的猜想，請(qǐng)選擇一個(gè)起始點(diǎn)，然后站在這個(gè)點(diǎn)上。通過單擊開始數(shù)據(jù)采集。當(dāng)你聽到運(yùn)動(dòng)傳感器發(fā)出的滴答聲時(shí)，用能與電腦屏幕上圖像匹配的運(yùn)動(dòng)方式來行走。

9、如果你不成功，重復(fù)這個(gè)過程，直到你的動(dòng)作與屏幕上的圖形緊密匹配。打印或繪制出你所有嘗試中最好的數(shù)據(jù)圖像。

10、 從“數(shù)據(jù)”菜單中選擇“刪除數(shù)據(jù)組”，然后單擊”生成圖匹配”圖標(biāo)。顯示新的目標(biāo)圖形。使用新的目標(biāo)圖形重復(fù)步驟7-9。

11、在回到第三部分之前，回答第二部分的分析問題。

第三部分  速度與時(shí)間的圖形匹配

12、打開實(shí)驗(yàn)文件“01d 圖跟隨”， 將顯示一個(gè)設(shè)定好的速度與時(shí)間的目標(biāo)圖像。

13、試著描述你將通過怎樣的行走方式能產(chǎn)生這個(gè)目標(biāo)圖像。

14、為了驗(yàn)證你的猜想，請(qǐng)選擇一個(gè)起始點(diǎn)，然后站在這個(gè)點(diǎn)上。通過單擊開始數(shù)據(jù)采集。當(dāng)你聽到運(yùn)動(dòng)傳感器發(fā)出的滴答聲時(shí)，用能與電腦屏幕上圖像匹配的運(yùn)動(dòng)方式來行走。匹配速度圖像與匹配位移圖像相比要更困難。重復(fù)你的實(shí)驗(yàn)直到獲得較好的圖形匹配，打印或繪制出你最好的匹配圖。

15、從“數(shù)據(jù)”菜單中選擇“刪除數(shù)據(jù)組”，然后單擊”生成圖匹配”圖標(biāo) 。顯示新的目標(biāo)圖形。使用新的目標(biāo)圖形重復(fù)步驟13-14。

16、拿掉地上的膠帶

17、繼續(xù)第三部分的問題分析。

實(shí)驗(yàn)分析

第二部分位移與時(shí)間圖像匹配

1、描述一下：你通過怎樣的行走方式來匹配每個(gè)圖像。

2、解釋位移與時(shí)間圖像中斜率的意義。對(duì)正斜率和負(fù)斜率進(jìn)行討論。

3、位移與時(shí)間圖像的斜率為0，對(duì)應(yīng)哪種類型的運(yùn)動(dòng)？

4、位移與時(shí)間圖像的斜率為常數(shù)，對(duì)應(yīng)哪種類型的運(yùn)動(dòng)？

5、位移與時(shí)間圖像的斜率是變化的，對(duì)應(yīng)哪種類型的運(yùn)動(dòng)？用運(yùn)動(dòng)傳感器來驗(yàn)證你對(duì)這些問題的回答。

第三部分速度與時(shí)間圖像匹配

6、描述你在每個(gè)匹配圖像時(shí)是如何移動(dòng)的。

7、速度與時(shí)間圖像的斜率為0，對(duì)應(yīng)哪種類型的運(yùn)動(dòng)？

8、速度與時(shí)間圖像的斜率不為0，對(duì)應(yīng)哪種類型的運(yùn)動(dòng)？用運(yùn)動(dòng)傳感器來驗(yàn)證你的回答。

知識(shí)擴(kuò)展

1、舉行一場(chǎng)圖形匹配挑戰(zhàn)。從數(shù)據(jù)菜單中選擇清除所有數(shù)據(jù)。使用Logger Pro中的“預(yù)測(cè)“工具來繪制位置與時(shí)間的關(guān)系圖：從“分析”菜單中選擇“繪制預(yù)測(cè)”，繪制一個(gè)新的目標(biāo)圖。在課堂上找另一名學(xué)生來匹配你的圖表。讓其他學(xué)生以同樣的方式挑戰(zhàn)你。

2、以類似的方式創(chuàng)建速度與時(shí)間的挑戰(zhàn)。