专题2.3 光电门测速（方法精细讲学）-2019-2020学年高中物理人教版必修1知识点方法学与练

2019-2020学年高中物理人教版必修1知识点方法学与练 第二章 匀变速直线运动的研究 专题2.3 光电门测速 目录 ★知识点一 光电门测速原理 1 ★知识点二 光电门测速类型举例 2 ★知识点一 光电门测速原理 1. 光电门测速是把物体通过光电门的时间内认为物体做匀速直线运动，利用极短时间的平均速度替代瞬时速度，根据 可知，只要测出物体的宽度d和物体通过光电门的时间t即可测定物体的速度。这里运用到了极限思想，根据 ，非常小，也非常小，就可以认为 表示的是物体经过光电门的瞬时速度。要想更准确的测算出物体通过光电门的瞬时速度，遮光板要更窄一些，这样 才能更准确的表示物体通过光电门的瞬时速度。 2. 的数值由光电门计时器得来的。光电门一边安装发光装置，另一边安装接收装置并与计时器连接。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，接收装置接收到光，计时器停止计时，这样计时器就记录了光被阻挡的时间，也就是物体通过光电门的时间。 的数值就是光电门的宽度d。 3. 如果把火车过桥看作大模型，那么物体过光电门就可以看作小模型。（一时半会没想到有趣的用词，就写了大模型小模型） 用光电门测定速度的原理和利用打点计时器测定速度的方法是相同的，都是利用近似法和极限思想，利用一小段时间内的平均速度替代瞬时速度。 4.光电门测速有三个考点： （1）实验基本原理方法的考查 （2）光电门极限思想的考查 （3）光电门与其他知识点原理的综合应用（比如验证机械守恒定律） 5.下面放出两张光电门测速装置的图片： ★知识点二 光电门测速类型举例 1. 某同学为了探究物体在斜面上运动时摩擦力与斜面倾角的关系，设计实验装置如图。长直平板一端放在水平桌面上，另一端架在一物块上。在平板上标出A、B两点，B点处放置一光电门，用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间。 实验步骤如下： ①用游标卡尺（或刻度尺）测量滑块的挡光板（或者说挡光片）长度d，用天平测量滑块的质量m； ②用直尺测量AB之间的距离s，A点到水平桌面的垂直距离h1，B点到水平桌面的垂直距离h2； ③将滑块从A点静止释放，由光电计时器读出滑块的挡光时间t； ④重复步骤③数次，并求挡光时间的平均值； 事例第一步中要测量滑块的质量，这样的例题我们可以验证机械能守恒定律。当然，如果斜面有摩擦力，那么就要平衡摩擦或者把摩擦力做的功放到功能关系方程式里进行运算。 2. 下图是通过沙桶拉动滑块在气垫导轨上滑动，先后经过两个光电门，通过右边的光电门的速度小于通过左边光电门的速度。这示例也是可以验证机械能守恒，也可当作气垫导轨测速实验。在出题中，可以把沙桶换做砝码，如知识点一那两张图片的左边的一张图。运用气垫导轨的好处是避免了物体与桌面导轨的直接接触（滑块与桌面导轨之间有摩擦力），这样就可以大大减小滑块滑动中受到的阻力，或者说滑块与气垫导轨之间无摩擦，从而排除摩擦力的干扰。光电门测速在牛顿第二定律与机械守恒定律中应用较为广泛。 例题中包含了必修一后面的知识点，没学过的可以从例题中抽取某个问题进行练习，最好的方法是保存下来，等后面学习到了再复习整个题目。 【例题1】光电门是一种可以测量物体瞬时速度的器材，它利用的基本原理是：极短时间内的平均速度大小可以近似认为是该时刻的瞬时速度大小．光电门的基本结构如图a，测量瞬时速度时需要配一块挡光片．初始时激光器发射的激光被传感器接收到，计时器不工作；挡光片经过时挡住激光，计时器开始计时；挡光片离开后，激光再次被传感器接收到，计时器就停止计时．通过这段时间和挡光片的尺寸就可以求出挡光片经过光电门时的瞬时速度大小，将挡光片固定在物体上则能测出物体的瞬时速度． （1）某次宽为1.5cm的挡光片通过光电门，计时器上显示时间是0.016s，则挡光片通过光电门时的瞬时速度大小为______m/s． （2）利用两个光电门和上述挡光片可以研究匀加速度直线运动．如图b，将挡光片固定在滑块上，滑块自由滑下后光电门1的计时器上显示0.031s，已知两光电门之间的距离L=0.3m，滑块下滑的加速度0.4m/s2，则光电门2的计时器上显示应最接近______ A．0.028s         B．0.026s         C．0.024s          D．0.022s 【例题2】小明同学看了 “ 神舟十号 ” 宇航员王亚平在太空授课时，利用牛顿第二定律测量聂海胜的质量后深受启发，在学校实验室里设计了如图甲所示的实验装置，测量手机电池的质量，为使滑块平稳运动，小明把两块质量相等的手机电池用质量不计的细棉线固定在滑块的两侧．接通气源，当空气从导轨两侧稳定喷出时，发现滑块与气垫导轨没有直接接触，装置能正常使用．调节