Question

光電門傳感器在很多實驗中應用．光電門直接測量的物理量是

 

．它能測量瞬時速度的原理是

 

．
如圖所示的實驗裝置中的橫桿能夠繞豎直軸旋轉，在橫桿的一端裝有寬度為d=0.005m的豎直“擋光圓柱”．橫桿在轉動過程中，由于摩擦阻力的作用，橫桿會越轉越慢．某同學利用光電門研究“擋光圓柱”速度大小與橫桿轉動圈數n的關系．在一次實驗中記錄下橫桿轉動圈數n和每次擋光的時間t，并計算出“擋光圓柱”在該時刻的速度以及速度的平方（部分數據如表中所示）．請計算表中當n=5時，v²=

 

m²/s²；如果繼續(xù)測量“擋光圓柱”的速度，那么當n=15時，“擋光圓柱”的速度為

 

m/s．則“擋光圓柱”速度大小與橫桿轉動圈數n的關系為

 

． 

n	t（10-3s）	v=d/t（m/s）	v2（m2/s2）
1	2.778	1.80	3.24
2	2.826	…	3.13
3	2.877	…	3.02
4	2.931	…	2.91
5	2.988	…
6	3.049	…	2.69
7	3.113	…	2.58
8	3.181	…	2.47
9	3.255	…	2.36
10	3.333	…	2.25
…	…	…	…

Answer 1

分析：當“擋光圓柱”通過光電門時，光電門就記錄擋光的時間間隔，“擋光圓柱”寬度與擋光時間之比，可以近似認為是“擋光圓柱”在該時刻的速度v=

d

t

，觀察v²數據可知，為等差數列，公差為0.11．根據等比數列的知識可求得v²的關系式．

解答：解：當“擋光圓柱”通過光電門時，光電門就記錄擋光的時間間隔，所以光電門直接測量擋光時間，由于時間極短，所以可以用平均速度近似等于瞬時速度．

當n=5時，t=2.988×10^-3s，所以v=

d

t

=

0.005

2.988

m/s，∴v²=2.80m²/s²．
2、觀察v²數據可知，為等差數列，公差為0.11．所以v²=3.24-0.11（n-1），
所以當n=15時，v²=1.70∴v=1.3m/s
因為v²=3.24-0.11（n-1），所以v=

3.35-0.11n

故答案為：擋光時間；極短時間內的平均速度近似等于瞬時速度；2.80；1.3；

3.35-0.11n

點評：知道光電門的用途，通過觀察數據尋找規(guī)律，是解決此問題的關鍵，難度適中．