Trả lời nhanh
Cổng quang điện dùng để phát hiện thời điểm một vật đi qua nhờ tia sáng bị che khuất, rồi gửi tín hiệu để đồng hồ đo thời gian hiện số bắt đầu hoặc dừng đếm. Nhờ đó ta đo được khoảng thời gian rất ngắn, chính xác hơn bấm tay, rồi tính tốc độ theo công thức v = s/t.
Cổng quang điện là gì? Cấu tạo và nguyên lí
Cổng quang điện là một thiết bị hình chữ U (hoặc chữ C). Một nhánh có bộ phận phát tia sáng (thường là đèn LED hồng ngoại), nhánh đối diện có bộ phận thu ánh sáng.
- Khi không có vật chắn: tia sáng chiếu thẳng sang nhánh thu, cổng ở trạng thái “thông”.
- Khi vật đi qua: tia sáng bị che, bộ phận thu mất tín hiệu và cổng phát xung điện báo cho đồng hồ.
- Khi vật đi qua hẳn: tia sáng thông trở lại, đồng hồ nhận thêm một tín hiệu nữa.
Vì tín hiệu do máy phát ra, không phụ thuộc phản xạ của người nên thời gian đo được chính xác đến một phần nghìn giây.
Đồng hồ đo thời gian hiện số
Đồng hồ này nhận tín hiệu từ một hoặc hai cổng quang điện và hiển thị thời gian trên màn hình số. Tuỳ loại máy, ta chọn chế độ đo (MODE) bằng nút bấm:
| Kiểu đo | Đồng hồ đếm thời gian… | Dùng để |
|---|---|---|
| Một cổng | từ lúc vật che sáng đến lúc hết che sáng | tính tốc độ khi vật đi qua cổng (v = d/t) |
| Hai cổng | từ lúc qua cổng 1 đến lúc qua cổng 2 | tính tốc độ trung bình trên đoạn s giữa hai cổng |
Tên chế độ trên mỗi hãng máy có thể khác nhau, em cần đọc hướng dẫn hoặc hỏi thầy cô trước khi bấm.
Bố trí thí nghiệm đo tốc độ
- Đặt đường ray (hoặc máng nghiêng) và xe nhỏ ở vị trí xuất phát.
- Đặt hai cổng quang điện A và B dọc đường đi, dùng thước đo khoảng cách s giữa hai cổng.
- Nối hai cổng vào đồng hồ, bật máy và chọn chế độ đo thời gian giữa hai cổng.
- Nhấn nút đưa số về 0, thả xe cho chuyển động qua A rồi qua B.
- Đọc thời gian t trên màn hình, ghi vào bảng, lặp lại ít nhất 3 lần rồi lấy giá trị trung bình.
- Tính tốc độ: v = s / t.
Hai cách tính tốc độ
1. Tốc độ trung bình giữa hai cổng
Ví dụ (số tự đặt): hai cổng cách nhau s = 0,60 m, đồng hồ hiện t = 1,20 s. Khi đó v = 0,60 / 1,20 = 0,50 m/s, tức 1,8 km/h.
2. Tốc độ khi qua một cổng
Gắn lên xe một tấm chắn sáng có bề rộng d. Đồng hồ đo thời gian t tấm chắn che tia sáng thì v = d / t. Ví dụ: d = 2 cm = 0,02 m, t = 0,016 s thì v = 0,02 / 0,016 = 1,25 m/s.
Tấm chắn càng hẹp thì kết quả càng gần tốc độ tại đúng vị trí cổng, vì trong thời gian rất ngắn tốc độ gần như không đổi.
So sánh với đồng hồ bấm tay
| Tiêu chí | Bấm giây bằng tay | Cổng quang điện + đồng hồ hiện số |
|---|---|---|
| Sai số do phản xạ người | Lớn (khoảng vài phần mười giây) | Gần như không có |
| Thời gian ngắn (dưới 1 s) | Rất khó đo | Đo tốt |
| Độ chia nhỏ nhất | 0,01 s nhưng người bấm không theo kịp | Có thể 0,001 s |
Lỗi thường gặp và mẹo dùng đúng
- Đổi đơn vị sai: cm phải đổi ra m trước khi chia cho giây để được m/s.
- Cổng đặt lệch: thân xe hoặc tấm chắn phải cắt ngang đúng tia sáng, nếu không đồng hồ không nhận tín hiệu.
- Quên đưa số về 0: máy có thể giữ kết quả lần trước.
- Chỉ đo một lần: nên đo nhiều lần và lấy trung bình để giảm sai số ngẫu nhiên.
- Đo s không chính xác: mốc đo nên lấy cùng vị trí của hai cổng (ví dụ cùng tâm tia sáng).
Mẹo nhớ: cổng quang điện = “người gác cổng bằng tia sáng”, vật đi qua thì báo cho đồng hồ.
Bài luyện tập
- Hai cổng cách nhau 0,80 m, đồng hồ hiện 0,50 s. Tính tốc độ trung bình ra m/s và km/h.
Đáp án: v = 0,80/0,50 = 1,6 m/s = 1,6 × 3,6 = 5,76 km/h. - Tấm chắn sáng rộng 5 cm che cổng trong 0,025 s. Tính tốc độ của xe khi qua cổng.
Đáp án: d = 0,05 m nên v = 0,05/0,025 = 2 m/s. - Vì sao dùng cổng quang điện cho kết quả đáng tin hơn bấm đồng hồ tay?
Đáp án: vì thời điểm bắt đầu và kết thúc do tín hiệu điện xác định, loại bỏ độ trễ phản xạ của người bấm.
Câu hỏi thường gặp
Cổng quang điện dùng để làm gì?
Cổng quang điện dùng để nhận biết thời điểm vật đi qua nhờ tia sáng bị che, rồi gửi tín hiệu để đồng hồ hiện số đo chính xác khoảng thời gian chuyển động.
Đo tốc độ bằng cổng quang điện dùng công thức nào?
Dùng v = s/t. Với hai cổng, s là khoảng cách giữa hai cổng và t là thời gian giữa hai lần tín hiệu. Với một cổng, s là bề rộng tấm chắn sáng.
Vì sao đo bằng cổng quang điện chính xác hơn bấm tay?
Vì đồng hồ bắt đầu và dừng theo tín hiệu điện, không bị chậm do phản xạ của người, nên đo được cả thời gian rất ngắn.
Cần chú ý gì khi đổi đơn vị tốc độ?
Đổi chiều dài sang mét và thời gian sang giây để được m/s. Muốn ra km/h thì nhân với 3,6.