打点计时器和纸带处理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2018/11/21,#,2019,届内江市高三物理研讨会,打点计时器的应用及纸带处理,资中县第二中学,主讲人：郑强,2018,年,11,月,20,日,打点计时器与纸带相关的实验,1,、研究匀变速直线运动,2,、验证牛顿运动定律,3,、探究动能定理,4,、验证机械能守恒,全国卷高考中打点计时器和纸带类实验题近年以实验仪器、实验步骤，涉及位移、速度、加速度等为主，分值较少，难度不大，命题形式为填空题。近两年的全国卷的考试情况已经脱颖于教材，不在单纯的考打点计时器和纸带，以创新性和设计性为主，命题形式不在单一；更趋于要求学生掌握实验原理和数据处理的方法。,考情分析,2014,2015,2016,2017,2018,全国卷,验证牛顿运动定律,验证机械能守恒定律、纸带的分析,匀变速直线运动的研究,全国卷,研究匀变速直线运动（测量动摩擦因数）,研究匀变速直线运动规律（探究弹簧的弹性势能）,匀变速直线运动的规律的研究（创新：光电门）,天津卷,探究功和动能的关系,匀变速直线运动规律的研究,验证机械能守恒,北京卷,验证机械能守恒,探究动能定理,研究匀变速直线运动规律,电磁打点计时器,打点,计时器,电源：学生电源,4,6V,交流电,工作原理：振针周期性上下振动,打点频率：频率为,50Hz,，即,1s,内打点,50,次，每隔,0.02,秒打一,次点,电火花计时器,打点,计时器,电源：,220V,交流电,工作原理：周期性产生电火花,打点频率：频率为,50Hz,，即,1s,内打点,50,次，每隔,0.02,秒打一,次点,选择,点迹清晰、没有漏点,的纸带，舍弃,开头点比较密集,的一段，,把,每打五次计时点,的时间作为,时间单位,；当交流电源频率为,50Hz,时，时间间隔,T,0.1 s,；确定恰当的计数点，并标上序号,0,、,1,、,2,、,3,正确使用毫米刻度尺从,0,计数点开始测量，并记录各计数点到,0,计数点间的距离，分别记作,s,1,、,s,2,、,s,3,、,s,4,、,s,5,、,s,6,即纸带上能够直接得到,相邻点之间的时间间隔和位移。,纸带的处理,1,、取计数点和测量长度,计时点：打点计时器打在纸带上的点（频率为,50HZ,时，相邻点之间的时间间隔是,T=0.02s,），指的是全部的点迹。,计数点：为了方便研究运动规律，从纸带上有规律的取出部分计时点（指的是部分点迹）。,0,1,2,3,4,5,0.1s,为了研究的方便，我们一般,取,T=0.1s,6,7,每隔,4,个连续点取,1,个计数点,相邻记数点间有,4,个计时点未标出,每,5,个点作为一个计数点,T=0.1s,的三种说法：,2.,判断物体的运动性质,设,x,为连续相等时间内的位移差，则,若,x,0,，则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀速直线运动,若,x,不为零且为定值，则可判定物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动,（,1,）,x,aT,2,求加速度,（,2,）若纸带中间一段模糊不清，且知道是匀变速直线运动，如图甲情况，则用,x,n,x,m,(,n,m,),aT,2,4,、求加速度,求加速度,（,3,）用逐差法求加速度如图乙,（,4,）图像法求加速度,按相等的时间间隔取连续几段位移，从它们的分界点处剪开，将剪得的几段纸带按顺序贴在坐标中，各段紧靠但不重叠，然后连接每段纸带上端的中点，可以得到一条表示,v-t,关系的图像，从而求得加速度。,误差来源,1,、纸带与限位孔之间存在摩擦,2,、电源频率不稳定，造成了相邻计时点之间,的时间间隔发生变化,3,、电磁打点计时器振针与纸带之间的摩擦,4,、长度测量的误差,例,1,、如图所示，打点计时器打下的一条做匀变速直线运动物体的纸带，相邻点之间的时间间隔为,t=0.02s,。现用毫米刻度尺测量纸带中的计数点,0,、,1,之间的距离为,_mm,，,0,、,2,之间的距离为,mm,，,2,、,3,之间的距离为,_mm,通过计算可得第,2,个点的瞬时速度为,m/s,。,8.9 (,或,9.0),19.5,12.5,0.575,（,1,）小球经过位置,C,的速度表达式为,V,c,=,（用,T,、,X,1,、,X,2,、,X,3,和,X,4,表示），经过位置,C,的速度大小为,_,m/s(,保留三位有效数字,),。,（,2,）,小球沿斜面下滑的加速度表达式,a=_,（用,T,、,X,1,、,X,2,、,X,3,和,X,4,表示），加速度大小为,_ m/s,2,(,保留三位有效数字,),。,针对训练,1,例,2,实验：用如图所示的装置探究,加速度,a,与力,F,的关系，带滑轮的长木板水平放置，弹簧测力计固定在墙上,（,1,）实验时，一定要进行的操作是,_,（填选项前的字母）,A,小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，根据纸带的数据求出加速度,a,。,B,改变小车的质量，打出几条纸带,C,用天平测出沙和沙桶的总质量,D,为减小误差，实验中一定要保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量,A,（,2,）在实验中，有同学得到一条打点的纸带，取打点清晰部分做如下标记，如图已知相邻计数点间还有,4,个点没有画出来，打点计时器的电源频率为,50Hz,，则小车加速度的大小为,a=,_m/s,2,。（结果保留,3,位有效数字）,1.93,针对训练,2,、,将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，如图所示,为接在,50Hz,低压交流电源上的打点计时器，在小车做匀加速直线运动时打出的一条纸带，图中所示的是每打,5,个点所取的计数点，但第,3,个记数点没有画出。由图数据可求得：该物体的加速度为,_,m/s,2,，第,3,个计数点与第,2,个计数点的距离约为,_cm,，打第,2,个计数点时该物体的速度为,_m/s,。（以上数据结果均保留三位有效数字）,针对训练,2,、,将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，如图所示。,图为接在,50Hz,低压交流电源上的打点计时器，在小车做匀加速直线运动时打出的一条纸带，图中所示的是每打,5,个点所取的计数点，但第,3,个计数点没有画出。由图数据可求得：该物体的加速度为,_,m/s,2,，第,3,个计数点与第,2,个计数点的距离约为,_cm,，打第,2,个计数点时该物体的速度为,_m/s,。（以上数据结果均保留三位有效数字）,针对训练,2,、,将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，如图所示。,图为接在,50Hz,低压交流电源上的打点计时器，在小车做匀加速直线运动时打出的一条纸带，图中所示的是每打,5,个点所取的计数点，但第,3,个计数点没有画出。由图数据可求得：该物体的加速度为,_,m/s,2,，第,3,个计数点与第,2,个计数点的距离约为,_cm,，打第,2,个计数点时该物体的速度为,_m/s,。（以上数据结果均保留三位有效数字）,例题,3,、,某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图（,a,）所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图（,b,）记录了桌面上连续的,6,个水滴的位置。（已知滴水计时器每,30 s,内共滴下,46,个小水滴）,（,1,）由图（,b,）可知，小车在桌面上是,_,（填“从右向左”或“从左向右”）运动的。,（,2,）该小组同学根据图（,b,）的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图（,b,）中,A,点位置时的速度大小为,_m/s,，加速度大小为,_,m/s,2,。（结果均保留,2,位有效数字）,从右向左,相邻水滴间的时间间隔：,A,点的速度大小：,根据逐差法可得：,0.19,0.037,针对训练,3,、,某同学用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验所用的电源为学生电源，可以提供输出电压为,6V,的交变电流和直流电，交变电流的频率为,50Hz,。重锤从高处由静止开始下落，重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对纸带上的点测量并分析，即可验证机械能守恒定律。,（,1,）,他进行了下面几个操作步骤：,A.,按照图示的装置安装器件；,B.,将打点计时器接到电源的,“,直流输出,”,上；,C.,用天平测出重锤的质量；,D.,先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带；,E.,测量纸带上某些点间的距离；,F.,根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于其增加的动能。,其中没有必要进行的步骤是,_,，操作不当的步骤是,_,。,(,填选项字母,),C,B,（,2,）若,质量为,1kg,的重,锤,自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图所示，已知相邻计数点时间间隔为,0.02s,，则：,a,、,纸带的,_,（填“,P”,或“,C”,，必须用字母表示）端与重物相连；,b,、,打点计时器打下计数点,B,时，物体的速度,B,=_m/s,（结果保留两,位,有效数字）；,P,0.98,（,2,）若,质量为,1kg,的重,锤,自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图所示，已知相邻计数点时间间隔为,0.02s,，则：,c,、,从起点,P,到打下计数点,B,的过程中物体的重力势能减少量,E,P,=_J,，此过程中物体动能的增加量,E,k,=_J,；（取重力加速度,g=9.8m/s,2,，结果保留两个有效数字）,0.49,0.48,结 束,谢 谢,