双光电门研究匀变速直线运动实验系统误差浅析

林孝品

(温州市第二外国语学校 浙江 温州 325015)



双光电门研究匀变速直线运动实验系统误差浅析

林孝品

(温州市第二外国语学校 浙江 温州 325015)

高中物理运动光电门研究匀变速直线运动实验是越来越常见，这类实验一直是把遮光片过光电门的这一小段运动近似为匀速运动，所以必然存在系统误差．但是教学中学生更多是困惑于系统误差产生的真正原因，本文就这系统误差的产生原因进行粗浅的分析．

高中物理实验 光电门 系统误差

虽然大部分学校仍然是用打点计时器研究匀变速直线运动实验，但是在习题中尤其是高三实验复习中经常会遇到涉及光电门研究匀变速直线运动的实验，题中偶尔也会问及实验的系统误差问题．学生在这方面产生很大困惑．教材中处理办法是将遮光片过光电门的这一段视为匀速直线运动，因而求出来的是这段运动的平均速度．学生对匀变速运动中的平均速度就是中间时刻速度非常深刻，一部分学生想当然地认为两次测的都是中间时刻速度，相当于两次都是测遮光板同一位置速度，因此不存在系统误差．学生在这里误认为中间时刻速度所在位置是不变的，而实际上中间时刻速度所在的位置会随着速度的变化而变化，因此光电门实验中因为把遮光片过光电门的这一段运动近似处理成匀速运动必然会存在系统误差，本文将就这一问题提出初浅的观点．

1 中间时刻速度位置的变化

图1

设匀加速直线运动过程加速度为a，则有

(1)

(2)

式(1)和式(2)两式相除则得

2 已知两光电门间距离类的误差分析

如图2所示，A和B为两个光电门，遮光片宽度为d，两光电门间距为x1，滑块从经过第一个光电门的时间为t1，经过第二个光电门的时间为t2．

图2

则有公式可以算出加速度

图3

3 已知两光电门间运动时间类误差分析

如图4所示，A和B为两个光电门，遮光处宽度为d，遮光条遇到A和B两光电门的时间差为t，滑块从经过第一个光电门的时间为t1，经过第二个光电门的时间为t2．

图4

则有公式可以算出加速度

但实际上都是指平均速度也就是遮光片过光电门过程中的中间时刻速度．

由上式可知滑块的实际运动时间比测量时间要短，由加速度公式可得出真实加速度要大于测量加速度，存在系统误差．

图5

总而言之，在光电门类实验中教师应让学生明白平均速度所在位置并不是一成不变的，这位置会随初速度的增大而有所改变，因此光电门实验对遮光片过光电门时的小段运动近似处理成匀速运动必然会带来系统误差，在已知两光电门之间位移时真实加速度要小于测量加速度．而在已知遮光片到达两光电门时的时间间隔时，真实加速度要大于测量加速度，并且这种情况下可以通过修正来算出实际时间间隔，并消除系统误差．

2015-12-29)