用光电门测量加速度实验的系统误差分析

朱柏树

摘 要：以两道试题为例，剖析用光电门测量加速度的两种实验方案产生系统误差的原因，分析系统误差对测量结果的影响。

关键词：光电门；加速度；实验；系统误差

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）6-0057-4

光电门（包括数字计时器）是间接测量速度和加速度的常用仪器。光电门测出的是遮光片通过光电门的平均速度，在计算加速度时，我们通常将遮光片通过光电门的平均速度用作遮光片前沿（或中点）通过光电门的瞬时速度来计算加速度时，这会产生系统误差。用光电门测量加速度常用的实验方案有两种。

1 测量遮光板在两光电门间运动的时间

例1 为测定气垫导轨上滑块的加速度，滑块上安装了宽度为d=3.0 cm的遮光板，如图1所示。滑块在牵引力的作用下先后通过两个光电门，配套数字毫秒计记录了遮光板通过第一个光电门的时间为Δt1=0.29 s，通过第二个光电门的时间为Δt2=0.11 s，遮光板从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间为Δt=3.57 s，求滑块的加速度。[1]

两种分析方法得出的结论是相同的，两种分析方法各有千秋。

若物体做匀减速运动，加速度的测量值g测小于加速度的真实值g真。

3 结束语

用光电门测出的速度是遮光片通过光电门的平均速度，它等于遮光片通过光电门过程时间中点的瞬时速度，用它表示遮光片前沿通过光电门的平均速度是本实验中测量加速度产生系统误差的原因。在第一种方案中，利用数字计时器测出的三个时间，求出遮光片两次通过光电门时间中点间的时间，可算出加速度的真实值，避免系统误差；而在第二种方案中，由于无法测量遮光片两次通过光电门时间中点间的位移，也就无法对实验结果进行修正，实验结果存在系统误差。

参考文献：

[1]张大昌.普通高中课程标准实验教科书 物理1 [M].北京：人民教育出版社，2010.

[2]周誉蔼.普通高中课程标准实验教科书 物理1 教师教学用书[M].北京：人民教育出版社，2010.

（栏目编辑 王柏庐）