第14章第2讲-与打点计时器相关的实验

第2讲与打点计时器相关的实验对任何一个实验而言，实验原理始终是最重要的，我们对实验仪器有所了解之后，再来学习相关实验，可以更加突出实验原理的重要性.从打点计时器中可以直接测量的物理量是位移和时间，而间接测量的物理量是瞬时速度和加速度.①利用纸带②利用纸带，逐差法.一、研究匀速直线运动尺例1、(2009·广东理科基础)“研究匀变速直线运动”的实验中，使用电磁式打点计时器(所用交流电的频率为50Hz)，得到如图所示的纸带.图中的点为计数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，下列表述正确的是(

)A.实验时应先放开纸带再接通电源B.(x6-x1)等于(x2-x1)的6倍C.从纸带可求出计数点B对应的速率D.相邻两个计数点间的时间间隔为0.02s变式训练1、(2009·上海卷)小明同学在学习了研究匀变速直线运动实验后，设计了一个测物体瞬时速度的实验，其装置如图所示.在小车上固定挡光片，使挡光片的前端与车头齐平、将光电门传感器固定在轨道侧面，垫高轨道的一端.小明同学将小车从该端同一位置由静止释放，获得了如下几组实验数据.实验次数不同的挡光片通过光电门的时间(s)速度(m/s)第一次Ⅰ0.230440.347第二次Ⅱ0.174640.344第三次Ⅲ0.116620.343第四次Ⅳ0.058500.342则以下表述正确的是(

)A．四个挡光片中，挡光片Ⅰ的宽度最小B．四个挡光片中，挡光片Ⅳ的宽度最小C．四次实验中，第一次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度D．四次实验中，第四次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度变式训练3、一打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下，如图14­2­3甲所示，图乙是打出的纸带的一段．(1)已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，利用图乙给出的数据可求出小车下滑的加速度a＝________.(2)为了求出小车在下滑过程中所受的阻力，还需要测量的物理量有________，用测得的量及加速度a表示阻力的计算式为f＝____________.为了“探究加速度与力、质量的关系”，现提供如图所示实验装置．请思考探究思路并回答下列问题：（1）为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响应采取做法是

；A．将不带滑轮的木板一端垫高适当，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动B．将不带滑轮的木板一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀加速运动C．将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动D．将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀加速运动（2）消除小车与水平木板之间摩擦力的影响后，可用钩码总重力代替小车所受的拉力，此时钩码质量m与小车总质量M之间应满足的关系为_______________；（3）有一组同学保持小车及车中的砝码质量M一定，探究加速度a与所受外力F的关系，由于他们操作不当，这组同学得到的a-F关系图象如图所示，可能的原因是：

。

A．实验中未平衡摩擦力

B．实验中平衡摩擦力过度

C．实验中未满足实验条件M>>m

D．平衡摩擦力时未取下盘和砝码

在“探究加速度与力、质量的关系”实验时，已提供了小车，一端附有定滑轮的长木板、纸带、带小盘的细线、刻度尺、天平、导线。为了完成实验，还须从下图中选取实验器材，其名称是

__________________（漏选或全选得零分）；并分别写出所选器材的作用

_________________________________________________________________________。探究加速度和力的关系

加速度和质量的关系：两个相同的小车并排放在光滑水平轨道上，小车前端系上细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里分别放有不同质量的砝码．小车所受的水平拉力F的大小可以认为等于砝码（包括砝码盘）的重力大小．小车后端也系有细线，用一只夹子夹住两根细线，控制两辆小车同时开始运动和结束运动．（1）利用这一装置，我们来研究质量相同的两辆小车在不同的恒定拉力作用下，它们的加速度是怎样的．由于两个小车初速度都是零，运动时间又相同，由公式

，只要测出两小车

之比就等于它们的加速度a之比．实验结果是：当小车质量相同时，a正比于F．（2）利用同一装置，我们来研究两辆小车在相同的恒定拉力作用下，它们的加速度与质量是怎样的．在两个盘里放上相同数目的砝码，使两辆小车受到的拉力相同，而在一辆小车上加放砝码，以增大质量．重做试验，测出

和

．实验结果是：当拉力F相等时，a与质量m成反比。（3）将夹子换为打点计时器，可以通过所打纸带计算出物体的加速度。某次实验所得图线如图所示。设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为_________，小车的质量为________。探究功与速度的关系一条皮筋单倍功，多条皮筋功倍增.先开打点计时器，放开小车向前冲.平衡摩擦是关键，每次车位不能变.测量点子均匀处，保证小车是匀速.作出图象看关系，直线图象是正比.二、探究功与物体速度变化的关系例2、(2010·浙江杭州)如图14­2­4所示，在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，下列说法正确的是(

)A．为减小实验误差，长木板应水平放置B．通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加C．小车在橡皮筋拉力作用下做匀加速直线运动，当橡皮筋恢复原长后小车做匀速运动D．应选择纸带上点距均匀的一段计算小车的速度以下关于该实验的说法中有一项不正确，它是

。

A．本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W……。所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致。当用1条橡皮筋进行实验室，橡皮筋对小车做的功为W，用2条、3条、……。橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、……。实验时，橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W……。B．小车运动中会受到阻力，补偿的方法，可以使木板适当倾斜。

C．某同学在一次实验中，得到一条记录纸带。纸带上打出的点，两端密、中间疏。出现这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾角太小。

D．根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算。某实验小组采用如图2甲所示的装置探究功与速度变化的关系，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行，打点计时器工作频率为50Hz.

(1)实验中木板略微倾斜，这样做____________(填答案前的字母)．A．是为了释放小车后，小车能匀加速下滑B．是为了增大橡皮筋对小车的弹力C．是为了使橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功D．是为了使橡皮筋松驰后小车做匀加速运动(2)若根据多次测量数据画出的W－v草图如图乙所示，根据图线形状可知，对W与v的关系作出的以下猜想肯定不正确的是________．

A．W∝v1/2B．W∝1/vC．W∝v2D．W∝v3某兴趣小组想通过物块在斜面上运动的实验探究“合外力做功和物体速度变化的关系”．实验开始前，他们提出了以下几种猜想：①W∝，②W∝v，③W∝v2.他们的实验装置如图5甲所示，PQ为一块倾斜放置的木板，在Q处固定一个速度传感器(用来测量物体每次通过Q点时的速度)，每次实验，物体从不同初始位置处由静止释放．同学们设计了以下表格来记录实验数据．其中L1、L2、L3、L4…代表物体分别从不同初始位置处无初速释放时初始位置到速度传感器的距离，v1、v2、v3、v4…表示物体每次通过Q点的速度.实验次数他们根据实验数据绘制了如图乙所示的L－v图象，并得出结论W∝v2.他们的做法是否合适，你有什么好的建议？实验次数1234…LL1L2L3L4…vv1v2v3v4…在此实验中，木板与物体间摩擦力的大小________(填“会”或“不会”)影响探究出的结果．变式训练3、某实验小组采用图所示的装置探究“功与物体速度变化的关系”，图中小车中可放置砝码，实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，打点计时器工作频率为50Hz.(1)实验的部分步骤如下：①在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码；②将小车停在打点计时器附近，__________，________，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一列点，________；③改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复②的操作．在追寻科学家研究足迹的过程中，某同学为探究恒力做功和物体动能变化间的关系，采用了如图8所示的“探究物体加速度与物体质量、受力之间关系”的实验装置．(1)实验时，该同学想用钩码的重力表示滑块受到的合力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为在实验中应该采取的两项措施是______和___________．(2)如图9所示是实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F是连续的六个计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，相邻计数点间的距离已在图中标出，测出滑块的质量为M，钩码的总质量为m.从打B点到打E点的过程中，为达到实验目的，该同学应该寻找______________和______________之间的数值关系(用题中和图中的物理量符号表示)某学习小组在“探究功与速度变化关系”的实验中采用了下面左图所示的实验装置。（1）将气垫导轨接通气泵，通过调平螺丝调整气垫导轨使之水平，检查是否调平的方法是________。（2）如图所示，游标卡尺测得遮光条的宽度△d=

cm；实验时，将橡皮条挂在滑块的挂钩上，向后拉伸一定的距离，并做好标记，以保证每次拉伸的距离恒定。现测得挂一根橡皮条时，滑块弹离橡皮条后，经过光电门的时间为△t，则滑块最后匀速运动的速度表达式为____（用字母表示）。（3）逐条增加橡皮条，记录每次遮光条经过光电门的时间，并计算出对应的速度。则画出的W-v2图象应是

。1．实验器材：铁架台，重锤，打点计时器，低压交流电源，电键，刻度尺，复写纸，纸带，导线．2．注意事项(1)打点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，以减小摩擦阻力．(2)应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，使空气阻力减小．(3)实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，待接通电源、打点计时器工作稳定后，再松开纸带．(4)计算速度用纸带法（2009·天津理综）如图所示，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可以测定重力加速度.（1）所需器材有打点计时器（带导线）、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外还需

（填字母代号）中的器材.A.直流电源、天平及砝码B.直流电源、毫米刻度尺C.交流电源、天平及砝码D.交流电源、毫米刻度尺（2）通过做图象的方法可以剔除偶然误差较大的数据，提高实验的准确程度.为使图线的斜率等于重力加速度，除作v-t图象外，还可作

图象，其纵轴表示的是

，横轴表示的是

.某同学利用图甲中器材验证机械能守恒实验.如图乙是该实验得到的一条点迹清晰的纸带，现要取A、B

两点来验证实验，已知打点计时器每隔0.02s打一个点.(计算结果保留三位有效数字)

请回答下列问题：①可以判断，连接重物的夹子应夹在纸带的

端(填“左”或“右”)；②若x2=4.80cm，则在纸带上打下记数点B时的速度vB=

m/s.③若x1数据也已测出，则实验还需测出物理量为

.④若分析实验结果发现重物下落过程中减少的重力势能明显大于其增加的动能，则可能的原因是：

.三、验证机械能守恒定律例3、(重庆市2009年直属重点中学第2次联考)在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用的交流电的频率为50Hz，查得当地的重力加速度g＝9.80m/s2，测得所用的重物的质量为1.00kg，实验中得到一条点迹清晰的纸带如图14­2­8所示．把第一个点记做O，另选连续的四个点A、B、C、D作为测量的点．经测量知道A、B、C、D四个点到O点的距离分别为62.99cm、70.14cm、77.76cm、85.37cm.根据以上数据可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于________J；动能的增加量为________J(取三位有效数字)

①规定打点1时重力势能为0，要计算出打点4时重物的机械能，在纸带上必须测出________________________________________________________．实验中若不知道本地的重力加速度的大小，要计算出机械能还必须测出重物的______________．

②该同学根据测出的数据准确地计算出打各计数点时重物的机械能，发现打后一个点时机械能都比打前一个点时机械能小，其原因可能是_________(只要求说出一种)．某同学用如图8.1­4甲所示装置做“验证机械能守恒定律”的实验．