光电门测速度加速度

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实验1：测定匀变速直线运动的加速度

实验一：研究匀变速直线运动，测定匀变速直线运动的加速度（含练习使用打点计时器）实验原理1．打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，它每隔0.02s 打一次点（由于电源频率是50Hz ），纸带上的点表示的是与纸带相连的运动物体在不同时刻的位置，研究纸带上点之间的间隔，就可以了解物体运动的情况。

2．由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法：如图所示，0、1、2……为时间间隔相等的各计数点，s 1、s 2、s 3、……为相邻两计数点间的距离，若2132........s s s s s ∆=-=-==恒量，即若连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量，则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动。

右图为打点计时器打下的纸带。

选点迹清楚的一条，舍掉开始比较密集的点迹，从便于测量的地方取一个开始点O ，然后（每隔5个间隔点）取一个计数点A 、B 、C 、D …。

测出相邻计数点间的距离s 1、s 2、s 3 … 利用打下的纸带可以：求任一计数点对应的即时速度v ：2Ts s 1)(n n ++==v v n ；如Ts s v c 232+=(其中T=5×0.02s=0.1s ） 3．由纸带求物体运动加速度的方法： (1)利用上图中任意相邻的两段位移求a ：如223T s s a -= (2)用“逐差法”求加速度：即根据2415263s 3s s s s s aT -=-=-=（T为相邻两计数点间的时间间隔）求⇒++=⇒===3a a a a 3T s -s a ;3T s -s a ;3T s -s a 321236322522141()()23216549T s s s s s s a ++-++=再算出a 1、a 2、a 3的平均值即为物体运动的加速度。

(3)用v-t 图法：即先根据2Ts s 1)(n n ++=nv ；求出打第n 点时纸带的瞬时速度，再求出A 、B 、C 、D 、E 、F 各点的即时速度，画出如图的v-t 图线，图线的斜率即为物体运动的加速度。

光电门测加速度例题

1. 一个小车从静止开始沿直线运动，在光电门A经过时刻t1 = 2 s，光电门B经过时刻t2 = 4 s。

求小车在这段时间内的平均加速度。

2. 一个物体以匀加速度a = 2 m/s²沿直线运动，经过一个光电门的时间间隔为Δt = 0.5 s。

求物体通过光电门时的速度。

3. 一个物体以初速度v0 = 10 m/s经过一个光电门，通过后的时间为t = 2 s。

求物体的加速度。

4. 一个小球自由下落，通过两个相距为d = 5 m的光电门的时间间隔为Δt = 1 s。

求小球的加速度。

5. 一个小车以加速度a = 3 m/s²做匀加速直线运动，经过一个光电门的时间间隔为Δt = 0.5 s。

求小车通过光电门时的速度。

6. 一个物体以初速度v0 = 15 m/s通过一个光电门，通过后的时间为t = 3 s。

求物体的加速度。

7. 一个自行车从静止开始加速，通过两个相距为d = 10 m的光电门的时间间隔为Δt = 2 s。

求自行车的平均加速度。

8. 一个小球自由下落，经过两个相距为d = 5 m的光电门的时间间隔为Δt = 0.5 s。

求小球通过第一个光电门时的速度。

9. 一个小车以匀加速度a = 2 m/s²做直线运动，通过两个相距为d = 20 m的光电门的时间间隔为Δt = 4 s。

求小车的初速度。

10. 一个物体以初速度v0 = 8 m/s通过两个相距为d = 15 m的光电门，通过后的时间为t = 3 s。

求物体的加速度。

11. 一个小车从静止开始沿直线运动，通过两个相距为d = 10 m的光电门的时间间隔为Δt = 1 s。

求小车的平均加速度。

12. 一个物体以匀加速度a = 5 m/s²做直线运动，通过一个光电门的时间间隔为Δt = 0.2 s。

求物体通过光电门时的速度。

13. 一个物体以初速度v0 = 12 m/s通过一个光电门，通过后的时间为t = 2.5 s。

光电门测速度加速度

测试技术应用案例光电门测速度和加速度班级: 机1301-1学号: ********姓名: **光电门测速度和加速度一、测试物理量及测试方法测试物理量：速度和加速度测试方法及测试目的：用气垫导轨和存储式计时计数测速仪测量速度和加速度。

通过对速度和加速度的测量，熟悉光电门传感器的使用二、测试方案（1）实验方案：1、检查光电门，使存储式数字毫秒计处于正常工作状态，给气垫导轨通气。

2、导轨水平调整。

由于斜面高度h 是相对于水平面而言，因此测量前首先应把导轨调整水平。

水平调整分二步完成（1）粗调。

在导轨中注入压缩空气，在形成气垫后，将滑块放在导轨中部，利用观察滑块的运动方向来判断导轨的倾斜方向。

调整导轨支座独脚螺丝，使滑块在导轨上基本稳定。

（2）利用计时器进行细调。

如果导轨水平，那么滑块经推动后滑过P1和P2两点的速度应相同，也就要求1t ∆与2t ∆相等。

但考虑到空气阻力的影响，即使导轨真是水平了，那么在滑块从P1向P2运动时，应使P2处的速度2V 略小于P1处的速度1V （或者讲2t ∆略大于1t ∆），且满足%20112<∆∆-∆<t t t 。

同理，也要求滑块经碰撞后弹回来经过P1、P2时，1V '略小于2V '，即'1t ∆略大于'2t ∆，且满足%20'1'2'1<∆∆-∆<t t t 。

达到上述水平调整要求后，再重复做5次，记录5组数据（每组包括1t ∆、2t ∆、2t '∆和1t '∆），以此来证实导轨已处于水平状态。

3、观察滑块的匀速直线运动轻轻推动滑块，观察滑块在气轨上的运动，滑块和气轨两端的缓冲弹簧的碰撞情况。

分别记下滑块经过两个光电门时的速度1V 和2V ，试比较1V 和2V 的数值，若1V 和2V 之间的差别小于1V （或2V ）的%1时，则导轨接近水平，此时可近似认为滑块作匀速直线运动；若1V 和2V 相差较大，可通过调节导轨底座螺钉使导轨水平。

高中物理常用的测量速度的方法

速度.所取的时间间隔越接近,该点计算出的瞬时速度就越精确。

例1.在用打点计时器测定手拉动纸带的瞬时速度实验中，得到如图所示的纸带，图中A，B，C，D，E为测量点，相邻测量点之间还有4个点未画出，打点计时器交流电频率是50赫兹，求：
V B=，V C=，V D=三点的瞬时速度．
二、光电门
当物体通过光电门时光被挡住，计时器开始计时，当物体离开时停止计时，这样就可以根据物体大小与运动时间计算物体运动的速度；若计时装置具备运算功能，使用随机配置的挡光片（宽度一定），可以直接测量物体的瞬时速度。

如何测定有关的动力学参数

如何测定有关的动力学参数测定有关的动力学参数是评估物体运动行为的重要方法之一、这些参数可以帮助我们了解物体的速度、加速度、力的大小和方向等信息，从而更好地理解物理过程。

以下是一些常见的测量动力学参数的方法。

1.速度：速度是物体在单位时间内移动的距离，通常用速度矢量来表示。

在实验室中，可以使用以下方法测量速度：a.移动距离法：通过测量物体在一段时间内移动的距离来计算速度。

这可以通过使用测量尺来直接测量物体的位移来实现。

b.光电门法：将光电门放置在物体的运动轨迹上，通过计算信号的出现和消失时间来测量速度。

c.高速摄像机法：使用高速摄像机来记录物体在不同时间点的位置，通过计算物体在单位时间内的位移来得到速度。

2.加速度：加速度是速度的变化率，也是一个矢量量。

测量加速度的方法如下所示：a.索引法：通过在物体上安装加速度计或力传感器来测量物体受到的力。

根据牛顿第二定律，加速度与物体受到的力成正比。

b.运动学法：通过测量物体在不同时间点的速度，然后用速度变化量除以时间得到加速度。

这可以通过测速计、测量器等设备来实现。

c.动态测力台：将物体放在测力台上，通过测量力传感器记录物体受到的力，并根据力的变化来计算加速度。

3.力的大小和方向：力是动力学的核心概念之一，了解物体受到的力和力的方向对于研究物体运动行为至关重要。

以下是一些测定力的大小和方向的方法：a.弹簧测量法：使用弹簧测力计或拉力计来测量物体受到的拉力或压力。

根据胡克定律，拉力与弹簧伸长量成正比，压力与弹簧压缩量成正比。

b.力传感器法：使用力传感器来测量物体受到的力，力传感器通常使用压电效应、电阻应变效应等原理。

力传感器可以记录力的大小和方向。

c.力板法：将物体放置在力板上，力板可以测量物体对其施加的压力。

根据牛顿第三定律，物体对力板施加的压力和力板对物体施加的力大小相等、方向相反。

测定有关的动力学参数需要使用适当的仪器和实验装置。

在实验过程中，需要注意数据的准确性和重复性，以及实验条件的控制和调节。

影响光电门测速精确性的三个因素分析——以一道原创实验题误差反思为例

2021年3月1日理科考试研究•综合版• 41 •D.在相等时间内，C卫星与地心连线扫过的面积是M卫星的f倍解析C卫星相对地球静止，为地球同步卫星，轨道平面位于赤道平面.卫星绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力，即= 解得线速r厂度为i= 卫星轨道半径为C卫星的I，则C y v3卫星的线速度是M卫星的根据开普勒定律可知，同一卫星与地心连线在相等的时间内扫过相等的面积，不同的卫星不适合此规律.根据几何关系可知，时间《内，卫星与地心连线扫过的面积已知M 卫星轨道半径为C卫星的卫星的线速度是M卫星的则在相等时间内，C卫星与地心连线扫过的面积是M卫星的f倍.综上可知D选项正确.命题意图本题以北斗导航系统为情境，考查学生对万有引力定律的应用，主要考查理解能力、推理论证能力、模型建构能力，体现了物理观念、科学思维的学科素养，突出对应用性和创新性的考查.中国北斗导航系统的投人使用，增强了学生的爱国主义，增强了“四个自信练习6 2020年我国全面进入5G时代.所谓5G是指第五代通信技术，采用3300 ~ 5000M H z频段的无线电波.现行的第四代移动通信技术频段范围1880 ~2635M H z.未来5G网络的传输速率(指单位时间传送数据量大小)可达l〇Gbps(bp s即比特率、比特每秒），是4G网络的50倍至100倍.下列说法正确的是（）.A. 4G和5G信号都是纵波B.4G信号更容易发生衍射现象C. 4G信号和5G信号相遇时能产生稳定干涉现象D.5G信号比4G信号在真空中传播的速度快分析电磁波均为横波，故A项错误;因5G信号的频率高，则波长小，故4G信号更容易发生明显衍射现象，B正确；两种不同频率的波相遇，不会发生稳定干涉现象，C错误;任何电磁波在真空中传播都是光速，D错误.参考文献：[1] 顾建新.增强实践体验发展核心素养—以“近三年浙江新高考试题”为例[■!].物理教学，2020,42 (12):56-60.[2] 于玉和，方友浩.指向发展学生核心素养的物理试题编制策略——以“医用口罩题材”为例[J].中学物理,2020,38 (24) ：43 -45.[3] 杨磊.注重物理实验教学培养学生的物理核心素养[J].中学物理，2020,38(22):丨3 -15.(收稿日期：2020 -丨2-28)影响光电门测連精确性的三个因素分析—以一道原创实验题误差反思为例刘安巍(重庆第三十中学校重庆渝中4〇〇〇1〇)摘要：对一道原创实验题误差反思后发现，光电门所测得的瞬时速度为位移中点的瞬时速度，并非中间时刻‘的瞬时速度.要减小实验误差，必须找到影响中间时刻瞬时速度和位移中点瞬时速度接近的因素.通过物理建模、数学推演，最终得出结论:物体到达光电门的初速度、物体在光电门所在平面运动的加速度、滑块（遮光条）自身的宽度等因素对光电门测速的精确性影响较大.关键词：实验;误差；光电门测速；精确性光电门测速是研究匀变速直线运动规律中常用常重要的作用，但该实验的误差分析具有较大争论.的一种方法，该实验在物理教学以及高考中都具有非例如:用光电门测定匀变速直线运动实验u];用光电作者简介：刘安巍（1992 -),男，甘肃康县人，硕士研究生，中学二级教师，研究方向：中学物理学科教学..42 .理科考试研究•综合版2021年3月1日门测量“动能增加量”及“加速度”的实验[2];利用光电门验证机械能守恒定律实验[3]等.某次考试中，笔者命制的一道有关光电门测速的试题引发了学生的思考，通过数学推理的方式进行了全面的分析，最终得出了确切的结论.1题目呈现如图1所示，小明利用平面平滑连接F C 曲面的装置探究滑块与地面间的摩擦因数.小明从高为A 的4点无初速度释放滑块，滑块运动到水平地面依次经过光电门1和光电门2,光电门之间的距离可用刻度尺测得，电子计时器可以记录滑块通过光电门所用的时间，当地重力加速度为g =10m A 2.(1) 实验前，小明用游标卡尺测出了滑块的宽，示数如图1所7K ，滑块宽d =______m .(2)小明要确保该实验顺利进行，下列操作符合事实的是（)•A. 游标卡尺测滑块宽度，要确保精确可采用分度值较高的油标尺B. 小明计算小球经过光电门的速度实质是采用平均速度代替瞬时速度C . 滑块从曲面下滑的初始高度不会影响探究结果D. 滑块宽度会影响小明测量摩擦因数的大小(3) 滑块从曲面滑下，依次通过光电门1和光电门2的时间分别为=0. 01s 和=0. 02s ，两光电门间的距离用图甲所示的刻度尺量出，则小明所计算出滑块与地面间的摩擦因数M =_____.(保留小数点后两位）答案:（1)〇.9 x lO -2 (2)ABD (3)0.34试题选材试题选材来源于人教版高中物理必修一第一章“科学漫步”栏目：气垫导轨和数字计时器.聚焦物理课本.主要考点游标卡尺、特殊刻度尺的读法；瞬时速度的计算，实验误差的分析;运动学公式、滑动摩擦力公式的应用.命题立意该题考查光电门的基础应用，内容简单，但聚焦能力.考查学生运用旧知识解决新问题;应用数学解决物理问题的能力；实验设计及误差分析以及基本操作等能力.疑问点:本题第(2)小问C 选项小球下滑的初始高度究竟会不会影响探究结果？有无证据？在本题作答的时候产生了这样的疑问，随后进行了下述探讨.2光电门测量瞬时速度的实质光电门测量瞬时速度的实质是什么？图2是滑块经过光电门的过程图.a 是滑块即将接触到光电门 (光电门用图中黑色点红外光代替），即将开始计时是物块恰好到达光电门.c 是表示滑块通过了光电门，位移恰好等于滑块宽度.滑块在整个过程中摩擦力恒定，所以做匀减速直线运动，默认平均速度代替瞬时速度，即经过光电门的速度为在计算经过光电门1与光电门2的位移时，测量的是光电门之间的距离(光电门很小，可认为是光电门两点之间的距离），这就表明平常实验时,光电门的速度^其实是滑块通过单个光电门位移中点（遮光条中点）的瞬时速度如6所示.但我们应该清楚，位移中点的瞬时速度和中间时刻的瞬时速度有区别，这是产生误差的根本原因，如果能够有效地让中间时刻的瞬时速度接近位移中点的瞬时速度，最终结果就会更准确.3推导影响中间时刻瞬时速度接近位移中点瞬时速度的因素建立如图3所示运动模型，研究通过一个光电门，设宽为d 的滑块运动至水平面到达光电门的初速度为〃。

光电门测速度加速度

测试技术应用案例光电门测速度和加速度班级: 机1301-1学号: 20130767姓名:**光电门测速度和加速度一、测试物理量及测试方法测试物理量：速度和加速度测试方法及测试目的：用气垫导轨和存储式计时计数测速仪测量速度和加速度。

2、导轨水平调整。

由于斜面高度是相对于水平面而言，因此测量前首先应把导轨调整水平。

水平调整分二步完成（1）粗调。

在导轨中注入压缩空气，在形成气垫后，将滑块放在导轨中部，利用观察滑块的运动方向来判断导轨的倾斜方向。

调整导轨支座独脚螺丝，使滑块在导轨上基本稳定。

（2）利用计时器进行细调。

如果导轨水平，那么滑块经推动后滑过P1和P2两点的速度应相同，也就要求与相等。

但考虑到空气阻力的影响，即使导轨真是水平了，那么在滑块从P1向P2运动时，应使P2处的速度略小于P1处的速度（或者讲略大于），且满足。

同理，也要求滑块经碰撞后弹回来经过P1、P2时，略小于，即略大于，且满足。

达到上述水平调整要求后，再重复做5次，记录5组数据（每组包括、、和），以此来证实导轨已处于水平状态。

3、观察滑块的匀速直线运动轻轻推动滑块，观察滑块在气轨上的运动，滑块和气轨两端的缓冲弹簧的碰撞情况。

分别记下滑块经过两个光电门时的速度和，试比较和的数值，若和之间的差别小于（或）的时，则导轨接近水平，此时可近似认为滑块作匀速直线运动；若和相差较大，可通过调节导轨底座螺钉使导轨水平。

4、测量滑块的瞬时速度（1）在倾斜导轨上任一位置处放置一光电门；（2）使滑块从导轨最高处（或某一固定位置）自由下滑，由测速仪测出滑块经过光电门的速度，至少反复五次，取平均值，将数据填入表3-1；（3）改变滑块的初始位置，再自由释放，然后重复步骤（2）。

5、测量滑块的加速度（1）在倾斜气轨上任意两个位置处放置两个光电门；（2）使滑块从导轨最高处（或某一固定位置）自由下滑，由测速仪测出滑块在两个光电门之间的加速度，至少重复五次，取平均值，将数据填入表3-2；（3）改变滑块的初始位置，再自由释放，然后重复步骤（2）。

自由落体实验仪光电门使用方法

自由落体实验仪光电门使用方法随着科学技术的不断发展，物理实验仪器也越来越多样化和先进化。

自由落体实验仪作为物理实验中的一种常见仪器，其使用方法对于学生和科研人员来说至关重要。

而光电门作为自由落体实验仪中的核心部件之一，其正确使用对实验结果的准确性起到关键性作用。

本文将介绍自由落体实验仪光电门的使用方法，以便读者能够更好地进行自由落体实验，并取得准确的实验数据。

一、光电门的基本原理光电门是利用光电效应测量物体运动速度的仪器。

其基本原理是利用光电传感器发出的光束，当有物体进入光束时，光线被阻隔，传感器就会产生信号，从而记录下物体的通过时间和位置。

光电门在实验中起到了非常关键的作用。

二、光电门的组成光电门通常由发射器和接收器两部分组成。

发射器通过发射光线，而接收器则接收光线，当有物体进入光线时，接收器将停止接收光线，从而产生信号。

这两部分需要放置在实验装置的指定位置，并保持稳定不动，以确保实验的精准性。

三、光电门的使用注意事项1.组装调试时，应根据仪器的使用说明书进行组装，避免出现错误操作而影响实验结果的准确性。

2.光电门的发射器和接收器应该保持清洁，确保光线的正常传输，避免灰尘或污渍的影响。

3.在进行实验之前，需要对光电门进行预热和校准，确保其工作正常。

4.实验中，应该保持实验装置的稳定，避免光电门被不必要的震动或移动影响实验结果。

四、光电门的使用方法1. 简单自由落体实验中的光电门使用方法（1）首先将光电门的发射器和接收器固定在实验装置的上方和下方，保持平行放置，以确保物体通过时能够准确记录时间和位置。

（2）确认光电门已连接电源，并处于工作状态，灯光亮度适中。

（3）将实验物体放置在光电门的上方，释放后物体下落时通过光电门，光电门则会记录物体通过的时间和位置。

（4）通过记录多次实验数据，计算出物体下落的平均速度和加速度等数据，从而完成自由落体实验。

2. 复杂自由落体实验中的光电门使用方法在一些复杂的自由落体实验中，可能需要多个光电门进行测量，比如同时测量物体通过上、下两个光电门的时间差，从而得出更为精确的实验数据。

大学物理实验报告-速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证

大学物理实验报告-速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证中国石油大学,华东,现代远程教育实验报告课程名称:大学物理(一)实验名称:速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证实验形式:在线模拟+现场实践提交形式:提交书面实验报告学生姓名: 学号: 年级专业层次: 学习中心:提交时间: 年月日一、实验目的1(了解气垫导轨的构造和性能，熟悉气垫导轨的调节和使用方法。

2(了解光电计时系统的基本工作原理，学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。

3(掌握在气垫导轨上测定速度、加速度的原理和方法。

4(从实验上验证F=ma的关系式，加深对牛顿第二定律的理解。

5(掌握验证物理规律的基本实验方法。

二、实验原理1(速度的测量一个作直线运动的物体，如果在t~t+Δt时间内通过的位移为Δx(x~x+Δx)，则该物体在Δt时间内的平均速度为，Δt越小，平均速度就越接近于t时刻的实际速度。

当Δt?0时，平均速度的极限值就是t时刻(或x位置)的瞬时速度(1)实际测量中，计时装置不可能记下Δt?0的时间来，因而直接用式(1)测量某点的速度就难以实现。

但在一定误差范围内，只要取很小的位移Δx，测量对应时间间隔Δt，就可以用平均速度近似代替t时刻到达x点的瞬时速度。

本实验中取Δx为定值(约10mm)，用光电计时系统测出通过Δx所需的极短时间Δt，较好地解决了瞬时速度的测量问题。

2(加速度的测量在气垫导轨上相距一定距离S的两个位置处各放置一个光电门，分别测出滑块经过这两个位置时的速度v1和v2。

对于匀加速直线运动问题，通过加速度、速度、位移及运动时间之间的关系，就可以实现加速度a的测量。

(1)由测量加速度在气垫导轨上滑块运动经过相隔一定距离的两个光电门时的速度分别为v1和v2，经过两个光电门之间的时间为t21，则加速度a为(2)根据式(2)即可计算出滑块的加速度。

(2)由测量加速度设v1和v2为滑块经过两个光电门的速度，S是两个光电门之间距离，则加速度a为(3)根据式(3)也可以计算出作匀加速直线运动滑块的加速度。

实验2物体速度加速度的测定

1 实验目的1）学会使用气垫导轨和数字毫秒计。

2）掌握测量速度和加速度。

3）观测、验证简谐振动的运动规律。

2 实验仪器气垫导轨、滑块，数字毫秒计，弹簧。

3 实验原理3.1速度和加速度的测量物体作直线运动时，如果在△t 时间间隔内，通过的位移为△x ，则物体在△t 的时间间隔内的平均速度V 为：txV ∆∆=（1）当△t 趋近于零时，平均速度的极限值就是该时刻（或是该位置）的瞬时速度。

当滑块在气垫导轨上运动时，通过测量滑块上的档光板经过光电门的档光时间△t 和测量档光板的宽度△x （见图2-1）。

即可求出滑块在△t 时间内的平均速度v 。

由于档光板宽度比较窄，可以把平均速度近似地看成滑块通过光电门的瞬时速度。

档光板愈窄，相应的△t 就愈小，平均速度就更为准确地反映滑块在经过光电门位置时的瞬时速度。

在水平的气轨上的滑块，如果受到水平方向的恒力作用，则滑块在气轨上作匀加速度运动，分别测量滑块通过两个光电门时的初速度V 1和末速度V 2，并测出两个光电门的间距S ，则滑块的加速度a 为：SV V a 22122-= (2) 在水平的气轨的倾斜度调节螺丝下面，垫进垫块。

图 2-1 挡光板如图2-2所示，使导轨倾斜，滑块在斜面上所受的合力为mgSin α 是一个常量，因此，滑块作加速度直线运动，即：Lhg gSin a ⋅==α （3）式中L 为导轨地脚螺丝间的距离，h 为垫块的厚度。

由（2）（3）两式可得：hsLV V g 2)(2122-= （4）图2-2 气垫导轨示意图4 实验内容及步骤4.1.1接通数字毫秒计1）将数字毫秒计开关打开，显示屏上显示“P ”，表示数字毫秒计处于待测状态。

2）将输入选择键置于白炽灯，光电门上的小灯珠亮。

3）将功能/修改键置于P 1。

4）将时标/预置键置于0.1ms ( 即显示屏上的左边第1位)。

5）用铅笔杆对任一光电门作短暂挡光，毫秒计开始计时，显示屏上左边第1位出现“一”杆，若再档一下光，毫秒计就显示数据，表示毫秒计光电系统正常工作。

重力加速度的精确测量与研究-光电门

重力加速度的精确测量与研究光电门-论文网论文摘要：本文在总结传统测量重力加速度方法的基础上，通过搭建新的实验装置，探究一种新的测量重力加速度的方法。

该方法具有操作方便、简单的优点，并且提高了实验数据精确度，符合探究式学习的教育理念。

论文关键词：自由落体,重力加速度,光电门,瞬时速度引言重力加速度是物理学中的一个重要参量，在实际工作中，常常需要知道重力加速度的大小。

重力加速度的测定是个传统的实验，其实验方法通常有落体法测量重力加速度、用摆测量重力加速度和用液体测量重力加速度。

其中落体法测量重力加速度又可分为自由落体法、气垫导轨法、斜槽法等。

每种方法都有各自的优缺点，测量结果的精确度也不尽相同，但总体来说所测出的实验数据精确度普遍较低。

传统的用光电门测量重力加速度时，通常存在多次测量时小球高度不固定、挡光部分不相同等缺点，并且用小球作重物时经过光电门因偏心引起的会引起误差。

为了提高测量结果的精确度，本文采用自己搭建的实验装置（如图一）进行实验，该装置操作方便简单，原理易懂，并且较好的避免了多次测量时小球高度不固定、挡光部分不相同等缺点，用挡光纸片代替小球挡光，避免了用小球作重物时经过光电门因偏心引起的误差。

且本实验有较高的可重复性，为多次测量求平均值提供了客观条件。

1.实验装置设左侧空气中小球质量为m,上端用细绳通过挂钩连接砝码的质量为；光电门固定在左侧的铁架台上，并与电脑计时器连接；细绳上悬挂一个质量可以忽略的挡光纸片（其结构如图2所示），位置可以移动，纸片的左边缘与光电门的距离就是小球在空气中的下降距离。

释放装置固定在右侧铁架台上，释放时用薄口刀片在其下部沿尖端方向迅速刮出，可以较好的实现零速释放。

实验证明，该方法具有较好的稳定性和重复性。

图1实验装置计数器所测得的时间就是纸片的有效距离△L通过光电门的时间。

当△L足够小的时候，就可用纸片在光电门处通过△L的平均速度代替其瞬时速度。

实验中制作的纸片中△L=1.6mm，纸片和细线的质量忽略不计，△L电脑计时器的计时精度为0.01ms。

例谈实验求加速度的几种方法

例谈实验求加速度的几种方法物理是一门实验科学，而高中物理的研究需要具备一定的实验能力。

高考对物理实验能力的考核也很重视，尤其是实验数据的记录、处理和得出结论的能力。

学会研究匀变速直线运动是高中物理的一个重要实验，其中求解加速度的实验数据处理方法有逐差法、图像法、直方图法等。

下面通过一些实例来谈谈如何利用这些方法求运动的加速度。

一、利用“逐差法”求加速度逐差法是一种计算加速度平均值的方法。

具体方法是将运动过程中的位移数据按照一定的规律分组，然后求出每组的加速度，最后取平均值得到加速度的平均值。

但是，逐差法也有其局限性。

在计算过程中，会丢失多个数据，并失去正负偶然误差相互抵消的作用，从而算出的加速度值误差较大。

因此，这种方法不可取。

改进的方法是将位移数据分成两组，然后分别计算每组的加速度，最后取平均值得到加速度的平均值。

这种计算加速度平均值的方法叫做整体二分法。

二、利用“图像法”求加速度图像法是一种利用速度-时间图像来求解加速度的方法。

具体方法是绘制出速度-时间图像，然后通过图像的斜率来求解加速度。

三、利用“直方图法”求加速度直方图法是一种利用位移-时间直方图来求解加速度的方法。

具体方法是将运动过程中的位移数据按照一定的规律分组，然后绘制出位移-时间直方图，最后通过直方图的斜率来求解加速度。

总之，不同的方法适用于不同的实验情况。

在实验中，我们需要根据具体情况选择合适的方法来求解加速度。

例题1、某同学利用图2装置研究小车的匀变速直线运动。

1) 实验中必须采取的措施是什么？A。

细线必须与长木板平行B。

先接通电源再释放小车C。

小车的质量远大于钩码的质量D。

平衡小车与长木板间的摩擦力2) 他实验时将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图3所示（每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出）。

s1=3.59cm，s2=4.41cm，s3=5.19cm，s4=5.97cm，s5=6.78cm，s6=7.64cm。

速度素质的测量内容和方法

速度素质的测量内容和方法以速度素质的测量内容和方法为标题，本文将对速度素质的测量内容和方法进行详细探讨。

首先，我们将介绍速度素质的概念和重要性，然后探讨测量速度素质所需的内容和方法。

一、速度素质的概念和重要性速度素质是指一个人在进行运动时所体现出来的速度表现能力，包括反应速度、加速度、最高速度等方面。

速度素质在运动竞技中起着至关重要的作用，它直接影响着运动员的竞技成绩和战胜对手的能力。

二、测量速度素质的内容1. 反应速度的测量：反应速度是指从接受刺激到做出反应所需的时间。

常用的测量方法包括反应时间测量仪、光电门等。

测量时，运动员需要对不同的刺激作出快速准确的反应，以获得准确的反应时间数据。

2. 加速度的测量：加速度是指物体在单位时间内速度的变化率。

测量加速度常用的方法包括定点观测法、光电门法等。

运动员在进行加速度测量时，需要在规定的距离内以最快的速度加速，以获得准确的加速度数据。

3. 最高速度的测量：最高速度是指一个人能够达到的最快速度。

测量最高速度的方法有很多种，如雷达测速仪、计时器等。

运动员在进行最高速度测量时，需要在规定的距离内以最快的速度奔跑，以获得准确的最高速度数据。

三、测量速度素质的方法1. 实际比赛测量法：通过参加实际比赛来测量运动员的速度素质。

比赛中的实际竞技环境可以更真实地反映出运动员的真实水平，但受到比赛环境和其他因素的影响。

2. 实验室测量法：在实验室中使用专门的仪器设备进行速度素质的测量。

实验室测量法可以排除外界环境因素的干扰，更加准确地测量速度素质，但可能无法真实地反映出运动员在实际比赛中的表现。

3. 视频分析法：通过使用高速摄像机对运动员进行拍摄，并利用视频分析软件来测量速度素质。

视频分析法可以提供详细的数据和图像，对运动员的动作进行全方位的分析，但需要专业的设备和技术支持。

四、总结速度素质的测量内容和方法对于评估运动员的速度表现能力和制定训练计划具有重要意义。

反应速度、加速度和最高速度是测量速度素质的三个重要指标，通过实际比赛测量、实验室测量和视频分析等方法可以获得准确的数据。

例谈实验求加速度的几种方法

例谈实验求加速度的几种方法物理是一门实验科学，要学好高中物理，必须具备一定的实验能力。

高考对物理实验能力的考核很重视，尤其是实验数据的记录，处理和得出结论的能力。

学会研究匀变速直线运动是高中物理的一个重要实验，其中求解加速度的实验数据处理方法有逐差法，图像法，直方图法等，下面通过一些实例谈谈如何利用这些方法求运动的加速度:一、利用“逐差法”求加速度．1.依据Δx ＝aT 2测定匀变速运动加速度。

由a 1＝x 2－x 1t 2，a 2＝x 3－x 2t 2，…a 5＝x 6－x 5t2可得小车加速度的平均值a ＝a 1＋a 2＋a 3＋a 4＋a 55＝x 2－x 1t 2＋x 3－x 2t 2＋x 4－x 3t 2＋x 5－x 4t 2＋x 6－x 5t 25＝x 6－x 15t2显然，这种求a 的方法只用了x 1、x 6两个数据，而x 2、x 3、x 4、x 5在计算过程中被抵消了，所以丢失了多个数据，并失去了正负偶然误差相互抵消的作用，算出的a 值误差较大．这种方法不可取．若把x 1、x 2、…x 6分成x 1、x 2、x 3和x 4、x 5、x 6两组，则有x 4－x 1＝(x 4－x 3)＋(x 3－x 2)＋(x 2－x 1)＝3at 2，写成x 4－x 1＝3a 1t 2，同理x 5－x 2＝3a 2t 2，x 6－x 3＝3a 3t 2，故a 1＝x 4－x 13t 2，a 2＝x 5－x 23t 2，a 3＝x 6－x 33t2.从而a ＝a 1＋a 2＋a 33＝x 4－x 13t 2＋x 5－x 23t 2＋x 6－x 33t 23＝x 4＋x 5＋x 6－x 1＋x 2＋x 39t2，这种计算加速度平均值的方法叫做逐差法．(1)若为偶数段，设为6段，则a 1＝x 4－x 13T 2，a 2＝x 5－x 23T 2，a 3＝x 6－x 33T 2，然后取平均值，即a ＝a 1＋a 2＋a 33；由a ＝x 4＋x 5＋x 6－x 1＋x 2＋x 39T2直接求得．这相当于把纸带分成二份，此法又叫整体二分法； (2)若为奇数段，则中间段往往不用，如5段，则不用第3段；a 1＝x 4－x 13T 2，a 2＝x 5－x 23T2，然后取平均值，即a ＝a 1＋a 22；或由a ＝x 4＋x 5－x 1＋x 26T2直接求得．这样所给的数据全部得到利用，提高了准确程度．2、依据相邻两点速度计算加速度．因为a 1＝v2－v1T ，a2＝v3－v2T ，a3＝v4－v3T …an ＝vn ＋1－vnT，然后取平均值，即a ＝a1＋a2＋a3＋…＋an n ＝vn ＋1－v1nT，从结果看，真正参与运算的只有v1和vn ＋1，中间各点的瞬时速度在运算中都未起作用，可见此方法不好．同理我们可以类似于上面的做法用逐差法(1)若为偶数段，设为6段，则a 1＝v 4－v 13T ，a 2＝v 5－v 23T ，a 3＝v 6－v 33T ，然后取平均值，即a ＝a 1＋a 2＋a 33；或由a ＝v 4＋v 5＋v 6－v 1＋v 2＋v 39T直接求得；(2)若为奇数段，则中间段往往不用，如5段，则不用第3段；则a 1＝v 4－v 13T ，a 2＝v 5－v 23T，然后取平均值，即a ＝a 1＋a 22；或由a ＝v 4＋v 5－v 1＋v 26T 直接求得；这样所给的数据利用率高，提高了准确程度．例题1、(2016·天津理综·9(2))某同学利用图2装置研究小车的匀变速直线运动.图2(1)实验中，必须的措施是________. A.细线必须与长木板平行 B.先接通电源再释放小车 C.小车的质量远大于钩码的质量 D.平衡小车与长木板间的摩擦力(2)他实验时将打点计时器接到频率为50 Hz 的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图3所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出).s 1＝3.59 cm ，s 2＝4.41 cm ，s 3＝5.19 cm ，s 4＝5.97 cm ，s 5＝6.78 cm ，s 6＝7.64 cm.则小车的加速度a ＝___m /s 2(要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B 点时小车的速度v B ＝___m /s.(结果均保留两位有效数字)图3答案 (1)AB (2)0.80 0.40解析 (1)实验时，细线必须与长木板平行，以减小实验的误差，选项A 正确；实验时要先接通电源再释放小车，选项B 正确；此实验中没必要使小车的质量远大于钩码的质量，选项C 错误；此实验中不需要平衡小车与长木板间的摩擦力，选项D 错误.(2)相邻的两计数点间的时间间隔T ＝0.1 s ，由逐差法可得小车的加速度a ＝s 6＋s 5＋s 4－s 3－s 2－s 19T 2＝(7.64＋6.78＋5.97－5.19－4.41－3.59)×10－29×0.12 m/s 2＝0.80 m/s 2打点计时器在打B 点时小车的速度v B ＝s 1＋s 22T ＝(3.59＋4.41)×10－22×0.1m /s ＝0.40 m/s二、图像法1、用v －t 图象法求匀变速直线运动的加速度，解题思路为：图象法．图象法 (1)求出各点的瞬时速度：用各段的平均速度表示各段中间时刻的瞬时速度 (2)作v －t 图象：在v －t 坐标上将各组数据描点，作出v －t 图象①建立坐标系，纵坐标轴为速度v ，横坐标轴为时间t. ②对坐标轴进行适当分度，使测量结果差不多布满坐标系． ③描出测量点，应尽可能清晰．④用一条光滑的曲线(直线)连接坐标系中的点，明显偏离曲线(直线)的点视为无效点，连线时应使尽可能多的点在这条直线上，连线两侧的点尽可能对称的分布． ⑤从最终结果看出v －t 图象是一条倾斜的直线． (3)求出图线的斜率即为加速度求图线的斜率时，要在图线上选取间隔距离适当较远的两个点．这样有利于减小误差．例题2、在研究加速度不变的直线运动的实验中，算出小车经过各计数点的速度，如下表所示：计数点序号 1 2 3 4 5 6 计数点对应时刻/s 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6通过计数点的速度/(cm ·s －1) 44.0 62.0 81.0 100.0 110.0 168.0 为了算出加速度，合理的方法是( )A ．根据任意两计数点的加速度公式a ＝ΔvΔt算出加速度B ．根据实验数据，画出v －t 图象，量出其倾角α，由公式a ＝tan α算出加速度C ．根据实验数据，画出v －t 图象，由图线上任意两点所对应的速度，用公式a ＝ΔvΔt算出加速度D ．依次算出通过连续两计数点间的加速度，其平均值作为小车的加速度解析：选项A 偶然误差较大．选项D 实际上也仅由始、末两个速度决定，偶然误差也比较大，只有利用实验数据画出对应的v －t 图象，才可充分利用各次测量数据，减小偶然误差．由于在物理图象中两坐标轴的分度大小往往是不相等的，根据同一组数据，可以画出倾角不同的许多图线，选项B 是错误的．正确的方法是根据图线找出不同时刻所对应的速度值，然后利用公式a ＝ΔvΔt算出加速度，即选项C 正确．答案：C例题3、如图所示，某同学在做“研究小车速度随时间的变化规律”的实验中，由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点的时间间隔为T ＝0.10 s ，其中x 1＝7.05 cm 、x 2＝7.68 cm 、x 3＝8.33 cm 、x 4＝8.95 cm 、x 5＝9.61 cm 、x 6＝10.26 cm .(1)求计数点3处的瞬时速度的大小．(2)作出小车运动的速度—时间图象，由图象求小车运动的加速度．解析：(1)计数点3的瞬时速度v 3＝x 3＋x 42T ＝8.33＋8.95×10－22×0.10 m /s ≈0.86 m /s ，(2)同理可求v 1＝x 1＋x 22T ＝7.05＋7.68×10－22×0.10m /s ≈0.74 m /s ，v 2＝x 2＋x 32T ＝7.68＋8.33×10－22×0.10m /s ≈0.80 m /s ，v 4＝x 4＋x 52T ＝8.95＋9.61×10－22×0.10m /s ≈0.93 m /s ，v 5＝x 5＋x 62T ＝9.61＋10.26×10－22×0.10m /s ≈0.99 m /s .以纵轴表示速度，以横轴表示时间，描点连线如图所示．由图象可以看出，小车的速度随时间均匀增加，其运动的加速度可由图线求出，即 a ＝v t －v 1Δt ＝0.63 m /s 2(0.62～0.64 m /s 2均可)．2、化曲为直，画出X-t 2图像、tx -t 图像, V 2-x 图像，利用斜率求解加速度 X-t 关系，v-x 关系是二次函数关系，图像形状是抛物线，在实验数据处理时，可以分别让横坐标表示t 2，纵坐标表示t x 和V 2，画出X-t 2图像、t x -t 图像、V 2-x 图像，将图像形状转化为直线，图像则斜率分别为21a, 21a,2a例题4、图6是“研究匀变速直线运动”实验中获得的一条纸带，O 、A 、B 、C 、D 和E 为纸带上六个计数点，加速度大小用a 表示．图6 图7(1)OD 间的距离为________ cm.(2)图7是根据实验数据绘出的x －t 2图线(x 为各计数点至同一起点的距离)，斜率表示__________，其大小为________ m/s 2(保留三位有效数字)．解析 (1)1 cm ＋1 mm ×2.0＝1.20 cm.(2)加速度的一半，12a ＝(2.8－0)×10－20.06－0m/s 2＝0.467 m/s 2，所以加速度大小a ≈0.933 m/s 2.答案 (1)1.20 (2)加速度的一半 0.933例题5、（2011全国卷理综）5.利用图1所示的装置可测量滑块在斜面上运动的加速度。

测量自由落体加速度的8种方法

测量自由落体加速度的8种方法作者：谭元存来源：《中小学实验与装备》 2013年第3期湖北省巴东县第二高级中学(444324)谭元存1利用自由落体的频闪照片设频闪仪的闪光周期为T，由于自由落体为匀加速直线运动，故相邻相等时间内的位移之差Δy=y2－y1=gT2,即g=Δy/ T2,只要测出任意相邻相等时间的位移差Δy，可以求出g。

为减小误差，可测多个连续相邻的小球位置之间的距离，然后用逐差法处理数据，求出自由落体的加速度。

2利用光电门和自由下落的球器材：刻度尺、带有光控计时器的实验板、直流电源、导线、重锤线、滑块、支架等。

先将带有光控计时器的实验板用支架竖直架稳，用刻度尺测量出两个光控门之间的距离S，再将滑块从上面的一个光控门处自由释放，读出下落时间t。

根据自由落体公式S=gt2/2，则可求得g=2s/ t2。

3利用“验证机械能守恒定律”装置如图1所示，将电磁打点计时器竖直地固定在铁架台上，取一根适当长的纸带，下端固定一个重物，上端穿过限位孔。

接通6 V交流电源，让打点计时器开始打点，再释放纸带，纸带上就会打出一系列的点（纸带的起始点0要清晰）。

在纸带上距起点远一点的地方取3个连续的点A、B、C，如图2所示，量出起始点0至B点距离为h（即重物下落的高度），测出A、C计数点到第一个点的距离dA、dC，据vB=(dC－dA)/2T，求得B点速度（T为打点周期）。

由机械能守恒定律可得mgh= mv2B/2则有g=v2B/2h。

根据打点计时器打出的纸带也可多测连续的几个点到0点的距离，然后用逐差法处理数据，求出自由落体加速度。

4利用转台和自由下落的球器材：唱机转盘，支架和夹子，复写纸，两个有孔的小球，细线等。

把穿在细线上的两球挂在夹子的叉上，使两球都在转盘的一条半径的正上方，并使下面的球挂得刚刚离开复写纸。

先使转盘转动起来，再将细线烧断，小球落下，当它们碰到复写纸时，每个小球便在复写纸上留下一个记号。

测出两球间的竖直距离h（在烧断细线前）及两记号对转盘圆心所张的角度θ和角速度ω，确定自由降落的时间t=2π/ω，再根据公式h=gt2/2求得g=2hω2/ 4π2。

光电门测的平均速度

光电门测的平均速度光电门是一种常用的测量物体速度的装置，它利用光电效应的原理，通过检测光的遮挡来测量物体通过的时间，进而计算出物体的平均速度。

光电门广泛应用于运动测速、自动控制以及运动分析等领域。

一、光电门的原理光电门由发光器和接收器组成。

发光器发出一束光，当被测物体经过时，会遮挡住光线，使接收器接收到光信号的弱化或中断。

接收器将光信号转化为电信号，并通过信号处理电路进行处理。

根据光线被遮挡的时间和物体通过的距离，可以计算出物体的平均速度。

二、光电门的应用1. 运动测速：光电门常用于测量物体在运动过程中的速度。

例如，在田径比赛中，光电门可以精确地测量选手的起跑速度和到达终点的时间，从而计算出选手的平均速度和瞬时速度。

2. 自动控制：光电门也被广泛应用于自动控制系统中。

例如，在工业生产中，光电门可以用来检测物体的位置和运动状态，从而实现自动化生产线的控制和调节。

3. 运动分析：光电门可以对物体的运动轨迹进行分析。

通过安装多个光电门，可以实时记录物体通过各个光电门的时间，从而计算出物体在不同位置的速度和加速度，进一步分析物体的运动规律。

三、光电门测速的优势1. 高精度：光电门可以实时测量物体通过的时间，具有很高的精度。

通过合理的光电门布置和信号处理算法，可以实现毫秒级的测速精度。

2. 非接触式测量：光电门的测量原理是通过光的遮挡来实现的，与被测物体无接触，不会对物体的运动产生干扰，适用于各种形状、材料的物体。

3. 实时监测：光电门可以实时监测物体的速度变化，适用于高速运动的物体。

通过与其他传感器结合，还可以实现复杂运动状态的监测。

4. 灵活性：光电门可以根据实际需求进行布置和调整，适用于不同场景和环境的速度测量。

四、注意事项1. 光电门的布置要合理，避免因光线干扰或物体大小造成测量误差。

2. 光电门的光源和接收器要保持清洁，避免灰尘或污渍影响测量精度。

3. 在测量过程中，要注意物体的遮挡时间和通过距离的测量，以获得准确的速度结果。