高考物理一轮复习实验打点计时器的使用与研究匀变速直线运动学案.docx

1、1 2020 届一轮复习人教版 实验：打点计时器的使用与研究匀变速直线运动 学案 1. 实验器材 电火花计时器（或电磁打点计时器） 、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、 电源、 复写纸片 2. 实验步骤 （ 1）按照实验原理图所示实验装置，把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，接好电源； （ 2）把一细绳系在小车上，细绳绕过滑轮，下端挂合适的钩码，纸带穿过打点计时器，固定在小车后面； （ 3）把小车停靠在打点计时器处，接通电源，放开小车； （ 4）小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带； （ 5）换纸带反复做三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析 3数据处理 （ 1

2、）目的 通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度，确定物体的运动性质等 2）处理的方法 A. 分 析 物 体 的 运 动 性 质 测 量 相 邻 计 数 点 间 的 距 离 ， 计 算 相 邻 计 数 点 距 离 之 差 ， 看 其 是 否 为 常 数 ， 从 而 确定物 体的运动性质 B. 加速度的计算：一般有两种方法 方法一、利用“逐差法”求加速度 2 x 由于物体做匀变速运动，所以满足在连续相等的时间间隔内位移差相等，即 x=aT ，可得 a= 2 。 但 T 利用一个 x 求得的加速度偶然误差太大，为了减小实验中的偶然误差，分析纸带时，纸带上的各段位移 最好都 用上，方法如下： 2 （ a）

3、 如图所示，若为偶数段，设为 6 段，则 a x4 x1 ， a x5 x2 ， a x6 x 3 ，然后取平均值， 1 3T 2 2 3T 2 3 3T 2 即 或由 直接求得； （ b） 若为奇数段，则中间段往往不用，如 5 段，则不用第三段，则 a x4 x1 ， a x5 x 2 ，然后取平 1 3T 2 2 3T 2 3 a1 a2 均值，即 a ；或去掉一段变为偶数段由 ； 2 方法二、先求出第 n 点时纸带的瞬时速度 （一般要 5 点以上） ，然后作出 v t 图象，用 vt 图象的斜率求物体运动的加速度。 1. 注意事项： （ 1）平行：纸带和细绳要和木板平行。 （ 2）两先两

4、后：实验中应先接通电源，后让小车运动；实验完毕应先断开电源后取纸带。 （ 3）防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，要防止钩码落地和小车与滑轮相撞。 （ 4） 减小误差：小车的加速度要适当大些，可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约 50 cm 的纸带 上清楚地取出 6 7 个计数点为宜。 （ 5）纸带选取：选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点。 （ 6） 准确作图：在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位 ( 避免所描点过密或过疏，而导致误差过大 ) ，仔细 描点连线，不能连成折线，应作一条直线，让各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布 在直线的两侧 2

5、. 依据纸带判断物体是否做匀变速运动的方法 （ 1） x1、 x2、 x3 xn 是相邻两计数点间的距离 4 2 （ 2） x 是两个连续相等的时间里的位移差： x1 x2 x1， x2 x3 x2 . （ 3） T 是相邻两计数点间的时间间隔： T0.02 n（ 打点计时器的频率为 50 Hz， n 为两计数点间计时点的间 隔 数） （ 4） x aT， 因为 T 是恒量， 做匀变速直线运动的小车的加速度 a 也为恒量， 所以 x 必然是个恒量 这 表明：只要小车做匀加速直线运动，它在任意两个连续相等的时间里的位移之差就一定相等 . 1. 在学生实验“用打点计时器测速度”和“探究小车速度随时

6、间变化的规律”中， 都使用了电火花计时器， 并打出纸带进行有关数据处理，已知所用交流电的频率是 50Hz 5 （ 1） 关于打点计时器的使用，下列说法中正确的是 （可能有一个或多个正确选项） A 实 验 中 需 用 秒 表 记 下 运 动 的 时 间 B 开 始 释 放 小 车 时 ， 应 使 小 车 靠 近 电 火 花 计 时 器 C 先 接 通 电 火 花 计 时 器 电 源 ， 然 后 放 开 小 车 （ 2）有一次实验中某小组得到如图甲所示的纸带，并按照打点时间先后，依次选定了 OABCDE七个计数点 （每两个计数点之间还有四个点没有画出） ，经过测量后计算得到相邻计数点间的距离请根据

7、实验数据， 判断 这个纸带做的是 （填“加速”、“匀速”或“减速”） 电火花计时器打下相邻两点的时间间 隔是 s 根据纸带上可以计算得到加速度大小为 （结果保留 3 位有效数字） 【答案】 BC 加速 0.02s 2.01 m/s 2 【点睛】对于“探究小车速度随时间变化的规律”这样的基础实验，同学们一定要到实验室亲自操作，才 能深刻理解实验步骤、注意事项、数据处理等问题的细节，要注意单位的换算和有效数字的保留。 2 （ 1）关于电磁打点计时器和电火花计时器，下列说法正确的是 A. 电磁打点计时器用的是直流电源，而电火花计时器用的是交流电源 B. 它们每隔 0.02s 打一个点 C 它 们 的

8、 工 作 电 压 均 为 220V 的交流电源 D使用它们计时时，必须先拉动纸带，再立即接通电源 （ 2）如图 1 所示是电火花计时器的示意图，其工作时的基本步骤如下： A. 当纸带完全通过电火花计时器后，及时关闭电火花计时器 B. 接通开关，听到放电声，拖动纸带运动 C. 将纸带从墨粉纸盘下面穿过打点计时器 D. 将电火花计时器插头插入相应的电源插座 上述步骤正确的顺序是 （按顺序填写步骤编号） 6 （ 3）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甲所示若工作 电源的频率为 50 赫兹，纸带上打点如图，则打点计时器打 A 点时小车的速度 vA= m/s ，若

9、小车做匀变 速直线运动，该运动过程的加速度 a= m/s （ 4）在研究匀变速直线运动的实验中，算出小车经过各计数点的瞬时速度，为了计算加速度，最合理的方法是 A. 根据任意两计数点的速度用公式 a= 算出加速度 B. 根据实验数据画出 v t 图象，量取其倾角 ，由公式 a=tan 求出加速度 C. 根据实验数据画出 v t 图象，由图象上相距较远的两点所对应的速度、时间用公式 a= 算出加速度 D. 依次算出通过连续两计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度 【答案】（ 1） B； （ 2） DCBA； （ 3） 0.55 ， 5； （ 4） C 2 7 解： （ 1） ABC、电火花

10、计时器是使用交流电源的计时仪器，电磁打点计时器的工作电压交流 6V 以下，当电 源的频率为 50Hz 时，它每隔 0.02s 打一次点，故 AC错误， B 正确； D、使用它们计时时，必须先接通电源，再拉动纸带，故 D 错误； （ 2） 实验步骤要遵循先安装器材后进行实验的原则进行：先将电火花计时器插头插入相应的电源插座，再 将纸带 从墨粉纸盘下面穿过打点计时器，然后接通开关，听到放电声，拖动纸带运动，最后当纸带完全通过电火花计时器 后，及时关闭电火花计时，上述步骤正确的顺序是 DCBA （ 3） 小车做匀加速直线运动，平均速度等于中间时刻的瞬时速度，故 v A= =55cm/s=0.55m/

11、s ； 8 2 2 2 根据推论公式 x=aT ，有 a= = m/s =5m/s ； D、若依次算出通过连续两计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度，则实际应用的只是第一组和 最后一 组数据，同样存在较大的误差； 故 D 错误； 故 答 案 为 ： （ 1） B； （ 2） DCBA； （ 3） 0.55 ， 5； （ 4） C 【点睛】对于基本仪器的使用和工作原理，我们不仅从理论上学习它，还要从实践上去了解它，自己动手去做做， 以加强基本仪器的了解和使用；明确纸带处理中瞬时速度和加速度的求解方法，掌握电火花打点计时器与电磁打 点计时器的区别与联系；还考查实验数据处理的方法，在实验中处

12、理数据的方法较多，而图象法往往是一种比较 准确的解题方法 6. 在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中： 9 2 (1) 实验室提供了以下器材：一端装有定滑轮的长木板、小车、纸带、钩码、 4-6V 的交流电源。为了完成本 实验还须从图中选取实验器材，其名称是 ；并写出所选器材的作用 . (2) 已知打点计时器所用交流电的频率为 50Hz。如图所示为实验所打出的一段纸带，在顺次打出的点中，从 O点 开始每 5 个打点间隔取 1 个计数点，分别记为 A、 B、 C、 D、 E。相邻计数点间的距离已在图中标出，则 打点计时器打下计数点 C 时，小车的瞬时速度 v= m/s； 小车的加速度 a=

13、 m/s 。 (3) 某同学在实验中选用电火花计时器，其工作时的基本步骤如下： 10 A 当 纸 带 完 全 通 过 电 火 花 计 时 器 后 ， 及 时 关 闭 电 火 花 计 时 器 B 将 电 火 花 计 时 器 插 头 插 入 相 应 的 电 源 插 座 C 把 计 时 器 固 定 在 长 木 板 上 ， 将 纸 带 从 墨 粉 纸 盘 下 面 穿 过 打 点 计 时 器 D 接 通 开 关 ， 听 到 放 电 声 ， 立 即 拖 动 纸 带 运 动 上述步骤正确的顺序是 ( 按顺序填写步骤编号 ) ，所打的点在纸带 上 ( 选填“纸带 1”或 “纸带 2”) 【答案】 （ 1） 电

14、磁打点计时器， 记录小车运动位置和时间； 刻度尺， 测量计数点间的距离 （ 2） 、 （ 3） CBDA、纸带 1 【解析】试题分析： （ 1） 电火花打点计时器使用的是 220V 的交流电，电磁打点计时器使用的是 4-6V 的 交 流电，所以应选择电磁打点计时器，其作用为记录小车运动位置和时间，实验中还需要刻度尺测量计数点 间的距离， （ 2） 计数点间的时间间隔为 ， C 点的瞬时速度为 ，根据公式 可得 11 【考点】“探究小车速度随时间变化的规律”的实验 7. 在 探究小车速度变化规律 实验中，得到如图所示的一条纸带。 已知打点计时器打点的时间间隔为 0.02s ， 纸带上的各个点均为

15、计数点（相邻两个计数点之间还有四个点图中未画出） 。测量数据及其标记符号如图所 示。 （ 1） 打点计时器打下第 4 个点时小车的速度大小为 m/s 。 （保留三位有效数字） （ 2） 该同学用两种方法处理数据，并求出小车的加速度（ T 为相邻两计数点的时间间隔） ： 12 2 方 法 A： 由 ， 取平均值求出加速度 a。 方 法 B： 由 取平均值求出加速度 a。 从数据处理方法看，在 X1、 X2、 X3、 X4、 X5、 X6 中，对实验结果起作用的，方法 A 中有 ; 方 法 B 中 有 （填写字母） 。因此，选择方法 （填 A 或 B） 更合理，求得小车的加速度大小是 m/s （保

16、留三位有效数字） 。 【答案】（ 1） 1.47 m/s （ 2） X 1 X6； X 1 X2 X3 X4 X5 X6 ； B ； 3.12 m/s 【解析】试题分析： （ 1） 打 4 点时的速度就是点 3 5 之间的平均速度，即： ； （ 2）按 A的算法可知 因此只与 X1 X6 而按 B 的算法 因此与 X1 X2 X3 X4 X5 X6 有 关 2 13 有 B 同学的方法计算： 【考点】打点计时器测匀变速直线运动加速度 8 （ 6 分，每空格 2 分） 利用上图装置可以做力学中的许多实验，以下说法正确的是 。 A 利用此装置“研究匀变速直线运动”时，必须设法消除小车和木板间的摩擦

17、阻力的影响 B 利用 此装置“探究加速度 a 与力 F 的关系” 每次改变砝码及砝码盘总质量之后，不需要重新平衡摩擦 力 C. 在利用此装置“探究加速度 a 与力 F 的关系”时，应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量 14 D. 利用此装置探究“探究功与速度变化的关系”实验时，不需要平衡小车运动中所受摩擦力的影响。 （ 2）本装置中要用到打点计时器，如图所示为实验室常用的两种计时器， 其中甲装置用的电源要求是 。 A 交流 220V B 直流 220V C 交流 46V D 直流 4 6V 在利用此装置“探究加速度 a 与力 F 的关系”时，实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分如上图。

18、已 知打点计时器接在频率为 50Hz 的交流电源上，则此次实验中打点计时器打下 A 点时小车的瞬时速度为 m/s 。 （结果保留 2 位有效数字） 【答案】（ 1） BC（ 2） A（ 3） （ 0.62 0.63 ） m/s 【解析】试题分析：研究匀变速直线运动，小车受到的拉力和摩擦力恒定，不需要平衡摩擦力， A 错误；探 究加速度与合外力的关系实验，小车的质量保持不变，摩擦力不变，改变拉力后不需要重新平衡摩擦力， B 正确；探究加速与合力关系实验，当盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量时，绳子拉力大小近似等于 盘和盘中砝码的重力大小， C 正确；探究功与速度变化的关系实验时，需要平衡摩擦力

19、，小车动能的变化才 等于绳子拉力做的功， D 错误。甲装置为电火花式电磁打点计时器，使用交流 220V 电压， A 正确。在纸带 上以 A 为中点取前后各三个时间间隔，读出六个间隔对应的长度，求出平均速度，即为 A 点的瞬时速度， 大小为（ 0.62 0.63 ） m/s。 【考点】本题考查打点计时器的使用。 15 1. ( 浙 江 2017 年 11 月 ) 在做“探究加速度与力、质量的关系”实验中 （ 1） 下列仪器需要用到的是 （多选） 16 （ 2） 下列说法正确的是 （多选） A、先释放纸带再接通电源 B、拉小车的细线应尽可能与长木板平行 C、纸带与小车相连端的点迹较疏 D、轻推小车

20、，拖着纸带的小车能够匀速下滑说明摩擦力已被平衡 （ 3） 如图所示是实验时打击的一条纸带， ABCD 为每隔 4 个点取计数点，据此纸带可知小车在 D 点速度 大小为 m/s （小数点后保留两位） 【答案】 (1). AD (2). BD (3). 0.21 0.01 17 （ 1） 实验通过打点计时器求解物体的加速度，所以需要打点计时器， A 正确；需要通过改变小车质量和悬挂物 的重力，来研究加速度、质量、合力之间的关系，故还需测量质量，即需要天平， D 正确；打点计时器 为计时仪器，所以不 需要秒表，本实验中小车受到的合力等于悬挂物的重力，故不需要弹簧测力计 18 1 ( 浙江省名校协作体

21、 2018 届高三上学期考试 ) 甲同学准备做“探究功与物体速度变化的关系”实验。乙 同 学准备做“验证机械能守恒定律”实验。丙同学准备做“研究匀变速直线运动速度与时间关系”实验。 （ 1） 甲同学用电磁打点计时器与学生电源相接，下面接线正确的是 （填“图 1”或“图 2”） （ 2） 关于甲、乙两同学的实验下列说法正确的是 ( 填字母代号 ) A. 甲同学可以利用纸带上任意两计时点的距离求所需速度 B 甲 同学实验时，通过改变小车的释放位置来探究做功与速度变化关系 C 乙同学可 以利用 v=gt 求 出 某 计 时 点 的 瞬 时 速 度D 乙 同学实验时使重物靠近打点计时器释放的目的是为了

22、获取更多的计时点 （ 3）三个同学实验正确操作后获得了一条纸带，下图是某位同学实验中打出的一条纸带的一部分（单位： cm) ，纸带上标出了连续的 6 个计数点，相邻计数点之间还有 4 个点没有画出。打点计时器打“ 3”点时， 小车的速度为 m/s( 结果保留两位有效数字 ) 。 通过分析可得出：这条纸带是 同学得到；以上三个实验中必须要平衡摩擦力是 同学的实验（以上 两空请填“甲”、“乙”或“丙”） 。 19 【答案】 图 2； D ； 0.23 ； 丙； 甲 20 （ 3）打点计时器打“ 3”点时，小车的速度为 通过纸带可知加速度 可知纸带不是乙同学得到的； 因相 邻两点间距逐渐变大，可知纸

23、带不是甲同学得到的，通过分析可得出：这条纸带是丙同学得到；以上三个 实验中 必须要平衡摩擦力是“探究功与物体速度变化的关系”实验，即甲同学的实验 . 点睛：解答此类问题必须要搞清三个实验的实验原理，并能比较三个实验的相同点和不同点 . 2. (2015 浙江诸暨中学高三上期期中 ) 利用下图装置可以做力学中的许多实验， （ 1）一下说法正确的是 21 A 利用此装置“研究匀变速直线运动”时，必须设法消除小车河木板间的摩擦阻力的影响 B 利用此装置“探究加速度 a 与力 F 的关系”每次改变砝码及砝码盘总质量后，不需要重新平衡摩擦力 C 在 用此装置“探究加速度 a 与力 F 的关系”时，应使小

24、盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量 D 用此装置探究“功与速度变化的关系”实验时，不需要平衡小车运动过程中所受摩擦力的影响 （ 2） 本装置中要用到打点计时器，如图所示为实验室常用的两种计时器，其中甲装置用的电源要求 是 B. 直流 220V C 交 流 4 6V D 直流 4 6V A 交流 220V （ 3） 在利用此装置“ 探究加速度 a 与力 F 的关系”时，实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分如下 图已知打点计时器接在频率为 50 Hz 的交流电源上，则此次实验中打点计时器打下 A 点时小车的瞬时速 度为 m/s （ 结果保留 2 位有效数字） 【答案】（1） BC（ 2） A（

25、 3） 0.63m/s 22 （ 2） 甲装置是电火花打点计时器，直接接 220V 交流电源，故 A正确； 23 2 （ 3）根据中间时刻的速度等于平均速度得： 【考点】探究加速度与物体质量、物体受力的关系 3. （ 2015 届浙江省台州中学高三上学期第二次统练）利用图（甲）示装置可以做力学中的许多实验 （ 1）以下说法正确的是 A. 利用此装置“研究匀变速直线运动” 时，必须设法消除小车和木板间的摩擦阻力的影响 B. 利用此装置探究 “小车的加速度与质量的关系” 并用图象法处理数据时，如果画出的 a-M 关系图象不 是直线，就可确定加速度与质量成反比 C 利用此装置探究“功与速度变化的关系

26、”实验时，应将木板带打点计时器的一端适当垫高，这样做的目 的是利用小车重力沿斜面分力补偿小车运动中所受阻力的影响 （ 2） 小华在利用此装置进行 “探究加速度 a 与力 F 的关系”的实验过程中，打出了一条纸带。从比较清晰 的点 起，每 5 个点取一个计数点，用刻度尺测量计数点间的距离如图（乙）所示。已知打点计时器所用电 源的频率为 50Hz。 （g=“9.8“ m/s ）求： 24 2 从图中所给的刻度尺上读出 A、 B 两点间的距离 S1 = cm ； 该小车的加速度 a = m/s ； 实验的过程中，小华不断增加所挂钩码的个数，导致钩码的质量远远大于小车的质量，则小车加速度 a 的值随钩

27、码的个数的增加将趋近于 。 【答案】（ 1） C （ 2） 0.70 0.2 9.8 【解析】试题分析： （ 1） 此装置可以用来研究匀变速直线运动，但不需要平衡摩擦力，选项 A 错误；曲线 的种类有双曲线、抛物线、三角函数曲线等多种，所以若 a M图象是曲线，不能断定曲线是双曲线，即不 25 能断定加速度与质量成反比，应画出 a 图象，选项 B 错误；探究“功与速度变化的关系”实验时，需 要 平衡摩擦力，方法是将木板带打点计时器的一端适当垫高，这样做的目的是利用小车重力沿斜面分力补 偿小车运动中所受阻力的影响，从而小车受到的合力即为绳子的拉力，选项 C 正确。 【考点】此题考查了探究功与速度

28、变化的关系的实验、探究小车速度随时间变化的规律的实验、加速度的求解方 法。 4 (2015 届浙江省“温州八校”高三返校联考 ) 利用下图装置可以做力学中的许多实验， （ 1） 以下说法正确 的是 。 A 用此装置“研究匀变速直线运动”时，必须设法消除小车和滑轨间的摩擦阻力的影响 B 用此 装置“研究匀变速直线运动”时，必须调整滑轮高度使连接小车的细线与滑轨平行 C 用此装置“探 究加速度 a 与力 F 的关系” 每次改变砝码及砝码盘总质量之后，需要重新平衡摩擦力 D 用此装置“探究加速度 a 与力 F 的关系 ”应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量 （ 2） 本装置中要用到打点计时器，

29、 如图所示为实验室常用的两种计时器， 其中甲装置用的电源要求是 。 26 A 交流 220V B 直流 220V C 交流 4 - 6V D 直流 4 - 6V （ 3） 在利用此装置 “探究加速度 a 与力 F 的关系” 时， 实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分如下图。 27 已知打点计时器接在频率为 50Hz 的交流电源上，则此次实验中打点计时器打下 A 点时小车的瞬时速度为 m/s 。 （结果保留 2 位有效数字） 【答案】 (1) BD （ 2） A （ 3） 0.51 0.53 （ 2） 甲是电火花打点计时器，使用的是 220V 的交流电，故选 A （ 3 ） 在 匀 变 速 直

30、 线 过 程 中 中 间 时 刻 速 度 等 于 该 过 程 中 的 平 均 速 度 ， 故 有 【考点】“探究加速度 a 与力 F 的关系 ” 5(2016 届浙江绍兴第一中学高三上期期中 ) 如图是某同学做“研究匀变速直线运动”实验时获得的一条纸 带 28 （ 1） 打点计时器电源频率为 50Hz A、 B、 C、 D、 E、 F、 G是纸带上 7 个连续的点， F 点由于不清晰而未画 出试根据纸带上的数据，推测 F 点在刻度尺上的位置，其读数应记为 cm。算出 F 点对应的速度大 小 为 v F= m/s （计算结果保留两位有效数字） （ 2） 请根据纸带上的数据，作出的 v-t 图象 29 2（ 3） 根据图象，可得 t=0 时的速度 v A=“ “ m/s ，加速度 a= m/s （计算结果保留两位有效数字 【答案】（ 1） 5.00 ； 0.70 ； （ 2）如 图 ； （ 3） 0.20 ； 5.0 ； （ 2） 同理可求解 B、 C、 D、 E 各点的速度分别为： 0.30m/s 、 0.40m/s 、 0.50m/s 、 0.60m/s ，作出的 v-t 图 象如图； 30 （ 3） 根据图象，可得 t=0 时的速度 v A=“0.20“ m/s ，加速度 【考点】研究匀变速直线运动实验 31