题目内容

(14分)一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动,在圆盘上沿半径开有一条宽度为2mm的均匀狭缝。将激光器与传感器上下对准,使两者间连线与转轴平行,分别置于圆盘的上下两侧,且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移动,传感器接收一个激光信号,并将其输入计算机,经处理后画出相应图线。图(a)为该装置的示意图,图(b)为所接收的光信号随时间变化的图像,横坐标表示时间,纵坐标表示接收到的激光信号强度,图中△t1=1.0×10-3s,△t2=0.8×10-3s。

(1)利用图(b)中的数据求1s时圆盘转动的角速度。

(2)说明激光器和传感器沿半径移动的方向。

(3)求图(b)中第三个激光信号的宽度△t3。

解析:

(1)由图线读得,转盘的转动周期T=0.8s

角速度

(2)激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动(理由为:由于脉冲宽度在逐渐变窄,表明光信号能通过狭缝的时间逐渐减少,即圆盘上对应探测器所在位置的线速度逐渐增加,因此激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动)

(3)设狭缝宽度为d,探测器接收到第i个脉冲时距转轴的距离为,第i个脉冲的宽度,激光器和探测器沿半径的运动速度为

由此解得:=Δt1Δt2/2△t1△t2 = 0.67×10-3s

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