雙光電門研究勻變速直線運動實驗系統誤差淺析

林孝品

(溫州市第二外國語學校 浙江 溫州 325015)

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雙光電門研究勻變速直線運動實驗系統誤差淺析

林孝品

(溫州市第二外國語學校 浙江 溫州 325015)

高中物理運動光電門研究勻變速直線運動實驗是越來越常見，這類實驗一直是把遮光片過光電門的這一小段運動近似為勻速運動，所以必然存在系統誤差．但是教學中學生更多是困惑于系統誤差產生的真正原因，本文就這系統誤差的產生原因進行粗淺的分析．

高中物理實驗 光電門 系統誤差

雖然大部分學校仍然是用打點計時器研究勻變速直線運動實驗，但是在習題中尤其是高三實驗復習中經常會遇到涉及光電門研究勻變速直線運動的實驗，題中偶爾也會問及實驗的系統誤差問題．學生在這方面產生很大困惑．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動，因而求出來的是這段運動的平均速度．學生對勻變速運動中的平均速度就是中間時刻速度非常深刻，一部分學生想當然地認為兩次測的都是中間時刻速度，相當于兩次都是測遮光板同一位置速度，因此不存在系統誤差．學生在這里誤認為中間時刻速度所在位置是不變的，而實際上中間時刻速度所在的位置會隨著速度的變化而變化，因此光電門實驗中因為把遮光片過光電門的這一段運動近似處理成勻速運動必然會存在系統誤差，本文將就這一問題提出初淺的觀點．

1 中間時刻速度位置的變化

圖1

設勻加速直線運動過程加速度為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為兩個光電門，遮光片寬度為d，兩光電門間距為x1，滑塊從經過第一個光電門的時間為t1，經過第二個光電門的時間為t2．

圖2

則有公式可以算出加速度

圖3

3 已知兩光電門間運動時間類誤差分析

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

圖4

則有公式可以算出加速度

但實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刻速度．

由上式可知滑塊的實際運動時間比測量時間要短，由加速度公式可得出真實加速度要大于測量加速度，存在系統誤差．

圖5

總而言之，在光電門類實驗中教師應讓學生明白平均速度所在位置并不是一成不變的，這位置會隨初速度的增大而有所改變，因此光電門實驗對遮光片過光電門時的小段運動近似處理成勻速運動必然會帶來系統誤差，在已知兩光電門之間位移時真實加速度要小于測量加速度．而在已知遮光片到達兩光電門時的時間間隔時，真實加速度要大于測量加速度，并且這種情況下可以通過修正來算出實際時間間隔，并消除系統誤差．

2015-12-29)