林孝品

(溫州市第二外國語學(xué)校 浙江 溫州 325015)

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雙光電門研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差淺析

林孝品

(溫州市第二外國語學(xué)校 浙江 溫州 325015)

高中物理運(yùn)動(dòng)光電門研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)是越來越常見，這類實(shí)驗(yàn)一直是把遮光片過光電門的這一小段運(yùn)動(dòng)近似為勻速運(yùn)動(dòng)，所以必然存在系統(tǒng)誤差．但是教學(xué)中學(xué)生更多是困惑于系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的真正原因，本文就這系統(tǒng)誤差的產(chǎn)生原因進(jìn)行粗淺的分析．

高中物理實(shí)驗(yàn) 光電門 系統(tǒng)誤差

雖然大部分學(xué)校仍然是用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，但是在習(xí)題中尤其是高三實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中經(jīng)常會(huì)遇到涉及光電門研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，題中偶爾也會(huì)問及實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差問題．學(xué)生在這方面產(chǎn)生很大困惑．教材中處理辦法是將遮光片過光電門的這一段視為勻速直線運(yùn)動(dòng)，因而求出來的是這段運(yùn)動(dòng)的平均速度．學(xué)生對(duì)勻變速運(yùn)動(dòng)中的平均速度就是中間時(shí)刻速度非常深刻，一部分學(xué)生想當(dāng)然地認(rèn)為兩次測(cè)的都是中間時(shí)刻速度，相當(dāng)于兩次都是測(cè)遮光板同一位置速度，因此不存在系統(tǒng)誤差．學(xué)生在這里誤認(rèn)為中間時(shí)刻速度所在位置是不變的，而實(shí)際上中間時(shí)刻速度所在的位置會(huì)隨著速度的變化而變化，因此光電門實(shí)驗(yàn)中因?yàn)榘颜诠馄^光電門的這一段運(yùn)動(dòng)近似處理成勻速運(yùn)動(dòng)必然會(huì)存在系統(tǒng)誤差，本文將就這一問題提出初淺的觀點(diǎn)．

1 中間時(shí)刻速度位置的變化

圖1

設(shè)勻加速直線運(yùn)動(dòng)過程加速度為a，則有

(1)

(2)

式(1)和式(2)兩式相除則得

2 已知兩光電門間距離類的誤差分析

如圖2所示，A和B為兩個(gè)光電門，遮光片寬度為d，兩光電門間距為x1，滑塊從經(jīng)過第一個(gè)光電門的時(shí)間為t1，經(jīng)過第二個(gè)光電門的時(shí)間為t2．

圖2

則有公式可以算出加速度

圖3

3 已知兩光電門間運(yùn)動(dòng)時(shí)間類誤差分析

如圖4所示，A和B為兩個(gè)光電門，遮光處寬度為d，遮光條遇到A和B兩光電門的時(shí)間差為t，滑塊從經(jīng)過第一個(gè)光電門的時(shí)間為t1，經(jīng)過第二個(gè)光電門的時(shí)間為t2．

圖4

則有公式可以算出加速度

但實(shí)際上都是指平均速度也就是遮光片過光電門過程中的中間時(shí)刻速度．

由上式可知滑塊的實(shí)際運(yùn)動(dòng)時(shí)間比測(cè)量時(shí)間要短，由加速度公式可得出真實(shí)加速度要大于測(cè)量加速度，存在系統(tǒng)誤差．

圖5

總而言之，在光電門類實(shí)驗(yàn)中教師應(yīng)讓學(xué)生明白平均速度所在位置并不是一成不變的，這位置會(huì)隨初速度的增大而有所改變，因此光電門實(shí)驗(yàn)對(duì)遮光片過光電門時(shí)的小段運(yùn)動(dòng)近似處理成勻速運(yùn)動(dòng)必然會(huì)帶來系統(tǒng)誤差，在已知兩光電門之間位移時(shí)真實(shí)加速度要小于測(cè)量加速度．而在已知遮光片到達(dá)兩光電門時(shí)的時(shí)間間隔時(shí)，真實(shí)加速度要大于測(cè)量加速度，并且這種情況下可以通過修正來算出實(shí)際時(shí)間間隔，并消除系統(tǒng)誤差．

2015-12-29)