CN204904657U - 一种光电加速度探究实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光电加速度探究实验装置，它涉及高中物理教学中对运动与力部分知识中对加速度的探究实验，采用本实用新型公开的实验装置对加速度进行探究，所得结果更准确可信。它由小车滑道板、发光侧板、光敏采集侧板和用于计算加速度的解算电子线路单元组成。它通过在光电测量板上等间距放置发光管与光敏器件对的方法，测量小车通过每一间距的时间，再加以解算得到准确的加速度值，克服了采用打点计时器的传统装置浪费纸带、且测量误差较大的缺陷。

Description

一种光电加速度探究实验装置

技术领域

本实用新型涉及高中物理教学领域中运动与力部分知识中对加速度的探究实验，具体为一种光电加速度探究实验装置。

背景技术

传统的加速度探究实验装置采用打点计时器，打点计时器属于电磁技术，打点周期是市电的周期，即0.02秒，然而市电不是精确的50Hz，使得结果不精确。另外一方面，受到打点针冲击作用的纸带对振子也产生反作用，从而影响到打点时相位产生显著漂移，结果破坏了打点的等时性，也就是在一条纸带上点之间所经历的时间长度是不相等的，造成不同区间计算所得的加速度值不等，实验结果与实际情况不符。另外，打点的瞬间打点针通过纸带对小车的滑动造成了影响，若在微观上探究，小车的下滑不是匀加速度的，也就是说，实验装置干扰了实验对象。还有，打点计时器需要消耗纸带，若每名学生都独立进行一次实验，往往一次实验课消耗纸带可达数十米，不利于资源保护；若多名学生共同进行一次实验，纸带浪费会减少，然而教学效果不佳。

实用新型内容

本实用新型的目的在于避免上述背景技术中的不足之处，而提供一种使用简便、测量结果更准确的光电加速度探究实验装置。本实用新型利用光电技术，原始测量数据的获取更准确，且实验装置对小车滑动无干扰，使得解算结果更真实；同时，本实验装置无需耗材，绿色环保。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种光电加速度探究实验装置，其特征在于：包括小车滑道板1、发光侧板2、光敏采集侧板3和用于计算加速度的解算电子线路单元4；小车滑道板1为倾斜放置；发光侧板2和光敏采集侧板3分别放置在小车滑道板1的两侧且与小车滑道板1相平行；在发光侧板2上等间距安装有多个发光管，在光敏采集侧板3上等间距安装多个光敏器件，多个发光管和多个光敏器件分别一一相对设置；多个光敏器件的信号输出端分别与解算电子线路单元4的信号输入端相连接。

其中，发光侧板2上发光管到光敏采集侧板3上光敏器件的连线与小车滑道板1的滑道垂直。

本实用新型相比背景技术具有如下优点：

1.本实用新型采用光电技术，小车运动时，测量机构与小车无相互作用力发生，从而不会干扰小车运动，使小车运动为理想的匀加速运动，实验真实、准确。

2.本实用新型的测量非常准确，采用稳定周期的电信号对每间距时间进行测量，克服了背景技术采用不稳定且不准确的市电周期进行计时带来的计时不准的不足。

3.本实用新型无需耗材，绿色环保。

4.本实用新型克服了采用打点计时器的传统装置浪费纸带、且测量误差较大的缺陷，适合作为高中物理实验器材，提高学生对加速度相关知识的深入理解。

附图说明

图1是本实用新型组成的顶视图；

图2是本实用新型组成的侧视图；

图3是光敏采集侧板3与解算电子线路单元4的连接关系示意图。

具体实施方式

参照图1-图3，一种光电加速度探究实验装置，包括小车滑道板1、发光侧板2、光敏采集侧板3和用于计算加速度的解算电子线路单元4；小车滑道板1为倾斜放置，其中小车滑道板1的一端位置较高，小车滑道板1的另一端位置较低；发光侧板2和光敏采集侧板3分别放置在小车滑道板1的两侧且与小车滑道板1相平行；在发光侧板2上等间距安装有多个发光管(实施例中，发光管的个数为12个)，在光敏采集侧板3上等间距安装多个光敏器件(实施例中，光敏器件的个数为12个)，多个发光管和多个光敏器件分别一一相对设置，发光侧板2上发光管到光敏采集侧板3上光敏器件的连线与小车滑道板1的滑道垂直；多个光敏器件的信号输出端分别与解算电子线路单元4的信号输入端相连接。

本实用新型简要工作原理如下：

工作时，首先进行加电；小车放置于小车滑道板1顶端且用手固定使小车静止；放开小车，小车沿小车滑道板1进行加速下滑，小车下滑过程中依次遮挡发光侧板2上发光管到光敏采集侧板3上光敏器件的光线，光敏采集侧板3上的每个光敏器件在受到光照与不能受到光照两种状态下产生不同的电信号，所有这些电信号均连接到解算电子线路单元4，见图3；当运动的小车头部遮挡了第一个发光管的光线，光敏器件信号产生变化，该信号去启动计时器；当运动的小车头部遮挡了第二个发光管的光线，光敏器件信号产生变化，该信号停止前一个计时而启动下一个计时；每次遮挡一个发光管光线，就得到小车通过一个间距所用的时间长度，小车滑到滑道板底端就得到对应每个间距的所用时间长度，解算电子线路单元4根据以下公式给出的加速度、时间、距离的关系对加速度进行解算。解算公式如下：

首先，加速度、时间、距离的关系是这样的：

(V初+(a*t)/2)*t＝d

其中V初是初速度，a是加速度，t是时间，d是距离。通过两个连续间距的测量，可得到方程组：

(V初1+(a*t1)/2)*t1＝d

(V初2+(a*t2)/2)*t2＝d

且V初2＝V初1+a*t1，那么方程组变为：

(V初1+(a*t1)/2)*t1＝d

(V初1+a*t1+(a*t2)/2)*t2＝d

本光电加速度探究实验装置中，方程组中的d是间距，为已知量；t1、t2是经过每个间距的用时，通过测量得到，也是已知量；从而方程组中只有两个未知量，并且，只关心加速度a，而V初可以不求解，故消去。加速度a计算式如下：

a＝d*(t1-t2)*2/(t1*t2*(t1+t2))

为求得更高精度的加速度a，可用多个连续间距求出多个加速度a，再求平均可以克服测量误差，使加速度a更准确。

Claims (2)

1.一种光电加速度探究实验装置，其特征在于：包括小车滑道板(1)、发光侧板(2)、光敏采集侧板(3)和用于计算加速度的解算电子线路单元(4)；小车滑道板(1)为倾斜放置；发光侧板(2)和光敏采集侧板(3)分别放置在小车滑道板(1)的两侧且与小车滑道板(1)相平行；在发光侧板(2)上等间距安装有多个发光管，在光敏采集侧板(3)上等间距安装有多个光敏器件，多个发光管和多个光敏器件分别一一相对设置；多个光敏器件的信号输出端分别与解算电子线路单元(4)的信号输入端相连接。

2.根据权利要求1所述的一种光电加速度探究实验装置，其特征在于：发光侧板(2)上发光管到光敏采集侧板(3)上光敏器件的连线与小车滑道板(1)的滑道垂直。