第14章第2講-與打點(diǎn)計時器相關(guān)的實驗

第2講與打點(diǎn)計時器相關(guān)的實驗對任何一個實驗而言，實驗原理始終是最重要的，我們對實驗儀器有所了解之后，再來學(xué)習(xí)相關(guān)實驗，可以更加突出實驗原理的重要性.從打點(diǎn)計時器中可以直接測量的物理量是位移和時間，而間接測量的物理量是瞬時速度和加速度.①利用紙帶②利用紙帶，逐差法.一、研究勻速直線運(yùn)動尺例1、(2009·廣東理科基礎(chǔ))“研究勻變速直線運(yùn)動”的實驗中，使用電磁式打點(diǎn)計時器(所用交流電的頻率為50Hz)，得到如圖所示的紙帶.圖中的點(diǎn)為計數(shù)點(diǎn)，相鄰兩計數(shù)點(diǎn)間還有四個點(diǎn)未畫出來，下列表述正確的是(

)A.實驗時應(yīng)先放開紙帶再接通電源B.(x6-x1)等于(x2-x1)的6倍C.從紙帶可求出計數(shù)點(diǎn)B對應(yīng)的速率D.相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔為0.02s變式訓(xùn)練1、(2009·上海卷)小明同學(xué)在學(xué)習(xí)了研究勻變速直線運(yùn)動實驗后，設(shè)計了一個測物體瞬時速度的實驗，其裝置如圖所示.在小車上固定擋光片，使擋光片的前端與車頭齊平、將光電門傳感器固定在軌道側(cè)面，墊高軌道的一端.小明同學(xué)將小車從該端同一位置由靜止釋放，獲得了如下幾組實驗數(shù)據(jù).實驗次數(shù)不同的擋光片通過光電門的時間(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則以下表述正確的是(

)A．四個擋光片中，擋光片Ⅰ的寬度最小B．四個擋光片中，擋光片Ⅳ的寬度最小C．四次實驗中，第一次實驗測得的速度最接近小車車頭到達(dá)光電門時的瞬時速度D．四次實驗中，第四次實驗測得的速度最接近小車車頭到達(dá)光電門時的瞬時速度變式訓(xùn)練3、一打點(diǎn)計時器固定在斜面上某處，一小車拖著穿過打點(diǎn)計時器的紙帶從斜面上滑下，如圖14-2-3甲所示，圖乙是打出的紙帶的一段．(1)已知打點(diǎn)計時器使用的交流電頻率為50Hz，利用圖乙給出的數(shù)據(jù)可求出小車下滑的加速度a＝________.(2)為了求出小車在下滑過程中所受的阻力，還需要測量的物理量有________，用測得的量及加速度a表示阻力的計算式為f＝____________.為了“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”，現(xiàn)提供如圖所示實驗裝置．請思考探究思路并回答下列問題：（1）為了消除小車與水平木板之間摩擦力的影響應(yīng)采取做法是

；A．將不帶滑輪的木板一端墊高適當(dāng)，使小車在鉤碼拉動下恰好做勻速運(yùn)動B．將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高，使小車在鉤碼拉動下恰好做勻加速運(yùn)動C．將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運(yùn)動D．將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻加速運(yùn)動（2）消除小車與水平木板之間摩擦力的影響后，可用鉤碼總重力代替小車所受的拉力，此時鉤碼質(zhì)量m與小車總質(zhì)量M之間應(yīng)滿足的關(guān)系為_______________；（3）有一組同學(xué)保持小車及車中的砝碼質(zhì)量M一定，探究加速度a與所受外力F的關(guān)系，由于他們操作不當(dāng)，這組同學(xué)得到的a-F關(guān)系圖象如圖所示，可能的原因是：

。

A．實驗中未平衡摩擦力

B．實驗中平衡摩擦力過度

C．實驗中未滿足實驗條件M>>m

D．平衡摩擦力時未取下盤和砝碼

在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗時，已提供了小車，一端附有定滑輪的長木板、紙帶、帶小盤的細(xì)線、刻度尺、天平、導(dǎo)線。為了完成實驗，還須從下圖中選取實驗器材，其名稱是

__________________（漏選或全選得零分）；并分別寫出所選器材的作用

_________________________________________________________________________。探究加速度和力的關(guān)系

加速度和質(zhì)量的關(guān)系：兩個相同的小車并排放在光滑水平軌道上，小車前端系上細(xì)線，線的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤里分別放有不同質(zhì)量的砝碼．小車所受的水平拉力F的大小可以認(rèn)為等于砝碼（包括砝碼盤）的重力大?。≤嚭蠖艘蚕涤屑?xì)線，用一只夾子夾住兩根細(xì)線，控制兩輛小車同時開始運(yùn)動和結(jié)束運(yùn)動．（1）利用這一裝置，我們來研究質(zhì)量相同的兩輛小車在不同的恒定拉力作用下，它們的加速度是怎樣的．由于兩個小車初速度都是零，運(yùn)動時間又相同，由公式

，只要測出兩小車

之比就等于它們的加速度a之比．實驗結(jié)果是：當(dāng)小車質(zhì)量相同時，a正比于F．（2）利用同一裝置，我們來研究兩輛小車在相同的恒定拉力作用下，它們的加速度與質(zhì)量是怎樣的．在兩個盤里放上相同數(shù)目的砝碼，使兩輛小車受到的拉力相同，而在一輛小車上加放砝碼，以增大質(zhì)量．重做試驗，測出

和

．實驗結(jié)果是：當(dāng)拉力F相等時，a與質(zhì)量m成反比。（3）將夾子換為打點(diǎn)計時器，可以通過所打紙帶計算出物體的加速度。某次實驗所得圖線如圖所示。設(shè)圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為b，若牛頓定律成立，則小車受到的拉力為_________，小車的質(zhì)量為________。探究功與速度的關(guān)系一條皮筋單倍功，多條皮筋功倍增.先開打點(diǎn)計時器，放開小車向前沖.平衡摩擦是關(guān)鍵，每次車位不能變.測量點(diǎn)子均勻處，保證小車是勻速.作出圖象看關(guān)系，直線圖象是正比.二、探究功與物體速度變化的關(guān)系例2、(2010·浙江杭州)如圖14-2-4所示，在“探究功與物體速度變化的關(guān)系”的實驗中，下列說法正確的是(

)A．為減小實驗誤差，長木板應(yīng)水平放置B．通過增加橡皮筋的條數(shù)可以使橡皮筋對小車做的功成整數(shù)倍增加C．小車在橡皮筋拉力作用下做勻加速直線運(yùn)動，當(dāng)橡皮筋恢復(fù)原長后小車做勻速運(yùn)動D．應(yīng)選擇紙帶上點(diǎn)距均勻的一段計算小車的速度以下關(guān)于該實驗的說法中有一項不正確，它是

。

A．本實驗設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功分別為W、2W、3W……。所采用的方法是選用同樣的橡皮筋，并在每次實驗中使橡皮筋拉伸的長度保持一致。當(dāng)用1條橡皮筋進(jìn)行實驗室，橡皮筋對小車做的功為W，用2條、3條、……。橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、……。實驗時，橡皮筋對小車做的功分別是2W、3W……。B．小車運(yùn)動中會受到阻力，補(bǔ)償?shù)姆椒?，可以使木板適當(dāng)傾斜。

C．某同學(xué)在一次實驗中，得到一條記錄紙帶。紙帶上打出的點(diǎn)，兩端密、中間疏。出現(xiàn)這種情況的原因，可能是沒有使木板傾斜或傾角太小。

D．根據(jù)記錄紙帶上打出的點(diǎn)，求小車獲得的速度的方法，是以紙帶上第一點(diǎn)到最后一點(diǎn)的距離來進(jìn)行計算。某實驗小組采用如圖2甲所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系，小車在橡皮筋的作用下彈出后，沿木板滑行，打點(diǎn)計時器工作頻率為50Hz.

(1)實驗中木板略微傾斜，這樣做____________(填答案前的字母)．A．是為了釋放小車后，小車能勻加速下滑B．是為了增大橡皮筋對小車的彈力C．是為了使橡皮筋對小車做的功等于合外力對小車做的功D．是為了使橡皮筋松馳后小車做勻加速運(yùn)動(2)若根據(jù)多次測量數(shù)據(jù)畫出的W－v草圖如圖乙所示，根據(jù)圖線形狀可知，對W與v的關(guān)系作出的以下猜想肯定不正確的是________．

A．W∝v1/2B．W∝1/vC．W∝v2D．W∝v3某興趣小組想通過物塊在斜面上運(yùn)動的實驗探究“合外力做功和物體速度變化的關(guān)系”．實驗開始前，他們提出了以下幾種猜想：①W∝，②W∝v，③W∝v2.他們的實驗裝置如圖5甲所示，PQ為一塊傾斜放置的木板，在Q處固定一個速度傳感器(用來測量物體每次通過Q點(diǎn)時的速度)，每次實驗，物體從不同初始位置處由靜止釋放．同學(xué)們設(shè)計了以下表格來記錄實驗數(shù)據(jù)．其中L1、L2、L3、L4…代表物體分別從不同初始位置處無初速釋放時初始位置到速度傳感器的距離，v1、v2、v3、v4…表示物體每次通過Q點(diǎn)的速度.實驗次數(shù)他們根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制了如圖乙所示的L－v圖象，并得出結(jié)論W∝v2.他們的做法是否合適，你有什么好的建議？實驗次數(shù)1234…LL1L2L3L4…vv1v2v3v4…在此實驗中，木板與物體間摩擦力的大小________(填“會”或“不會”)影響探究出的結(jié)果．變式訓(xùn)練3、某實驗小組采用圖所示的裝置探究“功與物體速度變化的關(guān)系”，圖中小車中可放置砝碼，實驗中，小車碰到制動裝置時，鉤碼尚未到達(dá)地面，打點(diǎn)計時器工作頻率為50Hz.(1)實驗的部分步驟如下：①在小車中放入砝碼，把紙帶穿過打點(diǎn)計時器，連在小車后端，用細(xì)線連接小車和鉤碼；②將小車停在打點(diǎn)計時器附近，__________，________，小車拖動紙帶，打點(diǎn)計時器在紙帶上打下一列點(diǎn)，________；③改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量，更換紙帶，重復(fù)②的操作．在追尋科學(xué)家研究足跡的過程中，某同學(xué)為探究恒力做功和物體動能變化間的關(guān)系，采用了如圖8所示的“探究物體加速度與物體質(zhì)量、受力之間關(guān)系”的實驗裝置．(1)實驗時，該同學(xué)想用鉤碼的重力表示滑塊受到的合力，為了減小這種做法帶來的實驗誤差，你認(rèn)為在實驗中應(yīng)該采取的兩項措施是______和___________．(2)如圖9所示是實驗中得到的一條紙帶，其中A、B、C、D、E、F是連續(xù)的六個計數(shù)點(diǎn)，相鄰計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔為T，相鄰計數(shù)點(diǎn)間的距離已在圖中標(biāo)出，測出滑塊的質(zhì)量為M，鉤碼的總質(zhì)量為m.從打B點(diǎn)到打E點(diǎn)的過程中，為達(dá)到實驗?zāi)康?，該同學(xué)應(yīng)該尋找______________和______________之間的數(shù)值關(guān)系(用題中和圖中的物理量符號表示)某學(xué)習(xí)小組在“探究功與速度變化關(guān)系”的實驗中采用了下面左圖所示的實驗裝置。（1）將氣墊導(dǎo)軌接通氣泵，通過調(diào)平螺絲調(diào)整氣墊導(dǎo)軌使之水平，檢查是否調(diào)平的方法是________。（2）如圖所示，游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度△d=

cm；實驗時，將橡皮條掛在滑塊的掛鉤上，向后拉伸一定的距離，并做好標(biāo)記，以保證每次拉伸的距離恒定?，F(xiàn)測得掛一根橡皮條時，滑塊彈離橡皮條后，經(jīng)過光電門的時間為△t，則滑塊最后勻速運(yùn)動的速度表達(dá)式為____（用字母表示）。（3）逐條增加橡皮條，記錄每次遮光條經(jīng)過光電門的時間，并計算出對應(yīng)的速度。則畫出的W-v2圖象應(yīng)是

。1．實驗器材：鐵架臺，重錘，打點(diǎn)計時器，低壓交流電源，電鍵，刻度尺，復(fù)寫紙，紙帶，導(dǎo)線．2．注意事項(1)打點(diǎn)計時器要穩(wěn)定地固定在鐵架臺上，打點(diǎn)計時器平面與紙帶限位孔調(diào)整在豎直方向，以減小摩擦阻力．(2)應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對減小，增大密度可以減小體積，使空氣阻力減?。?3)實驗中，需保持提紙帶的手不動，且保證紙帶豎直，待接通電源、打點(diǎn)計時器工作穩(wěn)定后，再松開紙帶．(4)計算速度用紙帶法（2009·天津理綜）如圖所示，將打點(diǎn)計時器固定在鐵架臺上，使重物帶動紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置可以測定重力加速度.（1）所需器材有打點(diǎn)計時器（帶導(dǎo)線）、紙帶、復(fù)寫紙、帶鐵夾的鐵架臺和帶夾子的重物，此外還需

（填字母代號）中的器材.A.直流電源、天平及砝碼B.直流電源、毫米刻度尺C.交流電源、天平及砝碼D.交流電源、毫米刻度尺（2）通過做圖象的方法可以剔除偶然誤差較大的數(shù)據(jù)，提高實驗的準(zhǔn)確程度.為使圖線的斜率等于重力加速度，除作v-t圖象外，還可作

圖象，其縱軸表示的是

，橫軸表示的是

.某同學(xué)利用圖甲中器材驗證機(jī)械能守恒實驗.如圖乙是該實驗得到的一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，現(xiàn)要取A、B

兩點(diǎn)來驗證實驗，已知打點(diǎn)計時器每隔0.02s打一個點(diǎn).(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

請回答下列問題：①可以判斷，連接重物的夾子應(yīng)夾在紙帶的

端(填“左”或“右”)；②若x2=4.80cm，則在紙帶上打下記數(shù)點(diǎn)B時的速度vB=

m/s.③若x1數(shù)據(jù)也已測出，則實驗還需測出物理量為

.④若分析實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)重物下落過程中減少的重力勢能明顯大于其增加的動能，則可能的原因是：

.三、驗證機(jī)械能守恒定律例3、(重慶市2009年直屬重點(diǎn)中學(xué)第2次聯(lián)考)在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中，已知打點(diǎn)計時器所用的交流電的頻率為50Hz，查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80m/s2，測得所用的重物的質(zhì)量為1.00kg，實驗中得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖14-2-8所示．把第一個點(diǎn)記做O，另選連續(xù)的四個點(diǎn)A、B、C、D作為測量的點(diǎn)．經(jīng)測量知道A、B、C、D四個點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為62.99cm、70.14cm、77.76cm、85.37cm.根據(jù)以上數(shù)據(jù)可知重物由O點(diǎn)運(yùn)動到C點(diǎn)，重力勢能的減少量等于________J；動能的增加量為________J(取三位有效數(shù)字)

①規(guī)定打點(diǎn)1時重力勢能為0，要計算出打點(diǎn)4時重物的機(jī)械能，在紙帶上必須測出________________________________________________________．實驗中若不知道本地的重力加速度的大小，要計算出機(jī)械能還必須測出重物的______________．

②該同學(xué)根據(jù)測出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地計算出打各計數(shù)點(diǎn)時重物的機(jī)械能，發(fā)現(xiàn)打后一個點(diǎn)時機(jī)械能都比打前一個點(diǎn)時機(jī)械能小，其原因可能是_________(只要求說出一種)．某同學(xué)用如圖8.1-4甲所示裝置做“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗．