新教科版高中物理必修1第一章第4节运动快慢与方向的描述—速度 光电门传感器的原理及使用(15张ppt)

光电门传感器
d v瞬 t
d 在光电门1位置处的瞬时速度： v1 t 1
d 在光电门2位置处的瞬时速度： v2 t 2
v 运动物体整个过程中的加速度：a t
0.2
0.5
测量原理分析：小物快通过光电门时挡光时间 极短,根据瞬时速度定义式，小物块通过光电门1 的速度
v1 d t1
(1) 图线 ________( 选填“①”或“②”) 是在轨道右侧抬高成为斜面 情况下得到的； (2)在轨道水平时，小车运动的阻力 Ff＝________N； (3)图(b)中，拉力 F 较大时，aF 图线明显弯曲，产生误差，为避免 此误差，可采取的措施是________。 A．调整轨道的倾角，在未挂钩码时使小车能在轨道上匀速运动 B．在增加钩码数量的同时在小车上增加砝码，使钩码的总质量始终 远小于小车的总质量 C．将无线力传感器捆绑在小车上，再将细线连在力传感器上，用力 传感器读数代替钩码的重力 D．更换实验中使用的钩码规格，采用质量较小的钩码进行上述实验
图实313
(1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度 d，如图实314 所
2.30 示，则 d＝ ________mm 。
图实314 (2)实验时，将滑块从 A 位置由静止释放，由数字计时器读 出遮光条通过光电门 B 的时间 t，若要得到滑块的加速度，还需
遮光条到光电门的距离 L 要测量的物理量是_____________________________ ；
d t2
, 过光电门2的速度
v2
Hale Waihona Puke Baidu
.若还已知
当地的重力加速度g和两个光电门之间的距离L以 及木板与水平面夹角α，则还可测木板表面动摩 擦因数。
像打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况
的常用计时仪器，其结构如图9所示，a、b分别是光电门的
激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时 器就可以显示物体的挡光时间。从而求出物体经过这一位置 时的速度
v d t
。现利用图10所示装置测量滑块和长lm左右
的木块间的动摩擦因数，图中MN是水平桌面，Q是木板与
桌面的接触点，1和2是固定在木板上适当位置的两个光电门，
与之连接的两个 光电计时器设有画出。
a 光电门 b 图9 显示屏 d
00.0
P
L
光电计时器 Q M 10
N
此外在木板顶端的P点还悬挂着一个铅锤，让滑块从木板的顶 端滑下，光电门l、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别
N
11
[典例 3]
(2016· 江阴模拟)如图实313 所示是某同学探究加
速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电 门 B。 滑块上固定一遮光条， 滑块用细线绕过气垫导轨左端的定 滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从 A 处由静止释放。
实验器材的创新 (1) 利用光电门测滑块上的遮光条通过光 电门的时间。 (2)利用气垫导轨代替长木板。 (3)利用力传感器测绳中拉力大小。
(4)改变钩码质量， 测出对应的力传感器的示数 F 和遮光 条通过光电门的时间 t，通过描点作出线性图像，研究滑块的 1 F 2t 加速度与力的关系，处理数据时应作出 ________图像。(选填 1 1 “t F”“ t F”或“ 2F” ) t
2
数据处理方法的创新
2 v 由 v2＝2aL 得 a＝ 2L
第一章 运动的描述
1.4 运动快慢与方向的描述—速度
光电门传感器的原理及使用
教材P15发展空间
工作原理
在 t 时间内的平均速度即为某
x 在公式 v 中，当t t
0 时，
时刻(或某位置)的瞬时速度.(极限思想)
如图1-3-11所示， A为发光管，B为接收管，被测物体与遮光 板相连，一旦光线被遮光板挡住，遮挡的 时间间隔能被光电门测出来。根据遮光板 的宽度d和测得的遮光时间△t，就可以求 出极短时间内的平均速度，这个平均速度 可以认为就是所测得物体运动到光电门位 置的瞬时速度。
解析
为5.0×10-2s和2×10-2s。用游标卡尺测量小滑块的宽度d，卡
尺数如图图11所示。 （1）读出滑块的宽度d ＝5.015cm。
（2）滑块通过光电门1的速度v1 = 1.0 m/s，滑块通过光电门
2的速度v2 = 2.5 m/s。
5 cm 6 显示屏 7 d
00.0
P
L
光电计时器 Q 0 5 10 15 20 a 光电门 b 图9 M 10
A (3)下列不必要的一项实验要求是________ 。 (请填写选项
前对应的字母) A．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量 B．应使 A 位置与光电门间的距离适当大些 C．应将气垫导轨调节水平 D．应使细线与气垫导轨平行
实验原理的创新 利用力传感器测出细线拉力，消除了因 m ≪M 得不到满足带来的实验误差。
[题组突破] 5． (2016· 吉林一中一模)“用 DIS 研究加速度与力的关系”的实验装 置如图实315(a)所示，实验中用所挂钩码的重量作为细线对小 车的拉力 F。通过增加钩码的数量，多次测量，可得小车运动的 加速度 a 和所受拉力 F 的关系图像。他们在轨道水平和倾斜的 两种情况下分别做了实验，得到了两条 aF 图线。如图(b)所示。