Question

光電計時器是物理實驗中經常用到的一種精密計時儀器，它由光電門和計時器兩部分組成，光電門的一臂的內側附有發光裝置(發射激光的裝置是激光二極管，發出的光束很細)，如圖實－4－12中的A和A′，另一臂的內側附有接收激光的裝置，如圖實－4－12中的B和B′，當物體在它們之間通過時，二極管發出的激光被物體擋住，接收裝置不能接
收到激光信號，同時計時器就開始計時，直到擋光結束光電計時器停止計時，故此裝置能精確地記錄物體通過光電門所用的時間．現有一小球從兩光電門的正上方開始自由下落，如圖實－4－12所示．

圖實－4－12
(1)若要用這套裝置來驗證機械能守恒定律，則要測量的物理量有________________________(每個物理量均用文字和字母表示，如高度H)．
(2)驗證機械能守恒定律的關系式為________．

Answer 1

(1)小球直徑D、兩光電門間的豎直高度H、小球通過上、下兩光電門的時間Δt₁、Δt₂
(2)－＝2gH

本實驗是圍繞機械能守恒定律的驗證設計的，關鍵是速度的測定，本題改打點計時器測量速度為光電門測量．由于本裝置可記錄小球通過光電門的時間Δt，則將小球的直徑D除以Δt，即可求出小球經過光電門的速度，若再測出兩光電門間相距的高度H，即可驗證機械能守恒定律．
(1)需要測量的物理量有：小球直徑D，兩光電門間的豎直高度H，小球通過上、下兩光電門的時間Δt₁、Δt₂.則小球通過上、下兩光電門處的速度分別為、.
(2)驗證守恒關系式為：
m()²－m()²＝mgH，
化簡得：－＝2gH.