高一物理中的光电门是什么原理_百度知道
高一物理中的光电门是什么原理
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　　光电门的原理：　　当物体通过光电门时光被挡住，计时器开始计时，当物体离开时停止计时，这样就可以根据物体大小与运动时间计算物体运动的速度；若计时装置具备运算功能，使用随机配置的挡光片（宽度一定），可以直接测量物体的瞬时速度。
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瞬时速度视频测量的技术实现与实验开发
　　瞬时速度是高中物理中一个非常抽象的概念，教材中对它的表述涉及到了极限思想，其中蕴藏着巨大的智力价值.这一教学的关键就是做好瞬时速度演示实验，在具体的实验中展示出瞬时速度就是平均速度v=ΔxΔt中Δt趋向于零时v的值.在中学物理课堂中上，采用较多的是气垫导轨与光电门进行演示“瞬时速度”，通过逐步减小Δx展示时间间隔Δt趋向于零的过程.然而该实验主要仍有以下两方面的不足： 中国论文网 /9/view-6801618.htm　　（1）实验误差大.当挡光片宽度减小到一定程度时，受气垫导轨中不稳定气流等因素的影响，会产生一定的误差. 　　（2）实验准备难.一些条件差的学校不一定会置办气垫导轨.即使有仪器，将其搬至教室也很费力. 　　为了最大化发挥实验在物理课堂中的作用，本文提出了一个新的方案――在视频中测量瞬时速度，简便而又能满足教学要求，还可从中衍生出一系列拓展实验，发展许多重要的课程资源. 　　1 设计原理与实现 　　当每秒连续的图像变化在24帧画面以上时，画面看上去会是平滑连续的，这就是视频.视频的拍摄过程则与视频放映相反，是由摄影设备每秒拍摄数十帧照片，然后整合成视频.通过摄像机捕捉物体运动图像，将运动过程以多媒体视频形式导出至计算机，就可以在视频中分析运动规律. 　　对运动过程的分析，最重要的是获取时间及位移的信息.若摄像机录制视频时每秒拍摄的帧数为n帧，便可以知道每帧之间的时间间隔为1/n秒.而每一帧又都是一个静态的图像，图像中恰恰记录了物体在这个时刻所处的位置.若能在拍摄时让物体沿着一根合适的刻度尺运动，那么每隔1/n秒的位置信息就可以从视频中读取，如图1所示. 　　运动的时间信息可以通过一个普通的播放器获取，如迅雷看看（上图）.通过播放器上的时间条，我们可以定位到任何时刻.然而时间条上的时间最小只能显示至秒，为了精确提取时间信息，还需要用到视频播放器中自带的视屏截取功能.右键单击视频图像，选择“视频截取”即可开启视频截取模式.该模式后，时间条可显示至10-3秒，基本满足我们的需求（见图2）. 　　拖动时间条至相应位置，从播放器右下角可以直接获得小球在该位置的时刻t1.在位置的测量上，可以打开任意一个windows窗口，让窗口一边与视频中的小球相切，记录下窗口与刻度尺交点的读数，作为该时刻小球位置x1，如图2.为避免所录制视频中小球的影像模糊，实验环境应尽量明亮. 　　拖动时间条，或者单击微调键，至另一时刻t2，记录位置x2，即可测量测量出物体从t1时刻至t2时刻的平均速度v，即 　　规定式中[（t2-t1）×n]表示取最接近（t2-t1）×n的整数，n为视频每秒拍摄帧数.这是因为时间条所显示的时刻值略有误差，我们需要根据这个值计算所取两个时刻的相距帧数，再得出真实的时间间隔. 　　视频中可选取的最小时间间隔为录制视频时每帧之间的时间间隔.若以最常见的每秒30帧的模式录制视频，则最短时间间隔可取到1/30秒，与打点计时器两个点之间的时间间隔0.02秒已较为接近，可以满足测量需求. 　　2 瞬时速度视频测量的教学实验开发 　　2.1 教学开发一：课堂演示“瞬时速度” 　　录制物体沿倾斜刻度尺运动的视频并导出至计算机中，利用视频播放软件定位到某两帧并记录各自时刻与位置值，可测得小球在这两帧的时间内的平均速度.逐步减小所选取的两帧之间的时间间隔，直至最小，在此过程中展示平均速度的变化情况，可得平均速度将趋向于某个固定值，可课堂模拟“瞬时速度”这一概念. 　　取一根合适刻度尺靠近墙面或其他板面并倾斜放置（或可直接将两块小磁铁固定在刻度尺两端，再吸于黑板上），调节摄像机至合适位置，按下摄像机录制键，把小球放置于刻度尺顶端，让其沿刻度尺下滑.在小球下滑滚出轨道后停止录制，并将视频导出至计算机，即可进行实验分析. 　　本次实验记录数据如下（表1）： 　　所取的时间从初始的0.3秒减小至0.033秒时，速度v的大小变化、波动越来越小.若将结果保留两位小数，随着时间间隔的越来越小，v的值趋向于0.59 m/s.这就“模拟”出了瞬时速度这一极限的概念. 　　2.2 教学开发二：探究小球沿倾斜刻度尺下滑速度随时间变化规律 　　在人教版必修①课本上，有探究小车速度随时间变化规律这一实验，而这个实验也可以通过视频手段实现. 　　方法同瞬时速度演示实验，将所拍摄到的小球运动视频导出至计算机并用迅雷看看播放器打开，开启视频截取模式.由上述实验可知，当时间间隔非常小，仅为一两帧时，所测得平均速度可作为该时间间隔内任意一点的瞬时速度.为减小测量误差，可采用下图（图3）模式，依次测得5至8个速度值. 　　针对小球沿斜面下滑的视频，实验所测得每两个速度值所对应的时间间隔为拍摄2帧的时间，即1/15秒，测量结果v-t图象如下： 　　很明显，所描出的点大至都分布在一条直线上，小球运动的v-t图象是一条倾斜的直线.这就是小球沿倾斜刻度尺下滑速度随时间变化规律，也说明了小球是做匀变速直线运动. 　　2.3 教学开发三：验证匀变速直线运动位移随时间变化规律 　　根据2.2中的实验，小球沿倾斜刻度尺下滑可看作匀加速直线运动，故可以分析2.2中录制的视频，探索匀变速直线运动的位移与时间的关系. 　　打开视频，拖动时间条让小球一帧一帧地动，可大致看出每次的位置变化程度是越来越大的.同样通过视频影像中的刻度尺，可以定量测量匀变速直线运动物体的位移.选取右端一个合适的点为初始点，记为零时刻.拖动时间条，记录下每一帧小球的位置，算出位移，其时间间隔均为1/30秒.拟合图象，结果见图5. 　　在实验结果中，除去误差项，可以看出位移随时间变化规律为一条抛物线.这与匀变速直线运动位移随时间关系公式吻合，从实验角度验证了位移与时间的规律. 　　2.4 教学开发四：自由落体运动研究 　　将一米尺竖直放置并利用重锤校准，使之与小球下落轨迹相平行，这样就能准确的从视频中测量下落物体的位置.调整摄像机位置，让其能拍摄到刻度尺上约0.5米的区域（从起点开始），见图6. 　　按下摄像机拍摄键，将小球由刻度尺顶端静止释放，把所拍摄的视频导出至计算机进行自由落体运动规律的分析.方法同2.2，测量每一帧小球瞬时速度，再将结果用v-t图象呈现.所测数据见图7. 　　从实验图象中可以看出自由落体运动是匀加速直线运动.本次实验测得重力加速度为9.78 m/s2，同纬度重力加速度理论值为9.794 m/s2，两者十分接近.同传统打点计时器实验相比较，利用多媒体视频研究自由落体运动规律结果更加精确；与频闪照相法相比较，又更加简便易用操作. 　　本文实现了在视频中测量瞬时速度的方法，并且开发了相应的拓展实验，发展出了重要的运动学课程资源，用于“瞬时速度”一课教学同时，还可在匀变速直线运动、自由落体运动等课程中得的应用，操作简单但内涵丰富，有很好的推广和应用价值.摄像机在某种程度上也可以算作一种“数据采集器”，可以记录一段过程，让其以多媒体的形式呈现在计算机中，将其应用于中学物理实验中，亦是实验信息化的过程.
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