第14章第2講-與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器相關(guān)的實(shí)驗(yàn)

第2講與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器相關(guān)的實(shí)驗(yàn)對(duì)任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)而言，實(shí)驗(yàn)原理始終是最重要的，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器有所了解之后，再來(lái)學(xué)習(xí)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，可以更加突出實(shí)驗(yàn)原理的重要性.從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器中可以直接測(cè)量的物理量是位移和時(shí)間，而間接測(cè)量的物理量是瞬時(shí)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(dòng)尺例1、(2009·廣東理科基礎(chǔ))“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，使用電磁式打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出來(lái)，下列表述正確的是(

)A.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先放開(kāi)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(jì)數(shù)點(diǎn)B對(duì)應(yīng)的速率D.相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)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(dòng)實(shí)驗(yàn)后，設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)物體瞬時(shí)速度的實(shí)驗(yàn)，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(mén)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).實(shí)驗(yàn)次數(shù)不同的擋光片通過(guò)光電門(mén)的時(shí)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(gè)擋光片中，擋光片Ⅰ的寬度最小B．四個(gè)擋光片中，擋光片Ⅳ的寬度最小C．四次實(shí)驗(yàn)中，第一次實(shí)驗(yàn)測(cè)得的速度最接近小車車頭到達(dá)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度D．四次實(shí)驗(yàn)中，第四次實(shí)驗(yàn)測(cè)得的速度最接近小車車頭到達(dá)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度變式訓(xùn)練3、一打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在斜面上某處，一小車拖著穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)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(guò)程中所受的阻力，還需要測(cè)量的物理量有________，用測(cè)得的量及加速度a表示阻力的計(jì)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(shí)驗(yàn)裝置．請(qǐng)思考探究思路并回答下列問(wèn)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(dòng)下恰好做勻速運(yùn)動(dòng)B．將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高，使小車在鉤碼拉動(dòng)下恰好做勻加速運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)（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(shí)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_(kāi)______________；（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(shí)驗(yàn)中未平衡摩擦力

B．實(shí)驗(yàn)中平衡摩擦力過(guò)度

C．實(shí)驗(yàn)中未滿足實(shí)驗(yàn)條件M>>m

D．平衡摩擦力時(shí)未取下盤(pán)和砝碼

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

__________________（漏選或全選得零分）；并分別寫(xiě)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(gè)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(guò)定滑輪各掛一個(gè)小盤(pán)，盤(pán)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(pán)）的重力大小．小車后端也系有細(xì)線，用一只夾子夾住兩根細(xì)線，控制兩輛小車同時(shí)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)和結(jié)束運(yùn)動(dòng)．（1）利用這一裝置，我們來(lái)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(gè)小車初速度都是零，運(yùn)動(dòng)時(shí)間又相同，由公式

，只要測(cè)出兩小車

之比就等于它們的加速度a之比．實(shí)驗(yàn)結(jié)果是：當(dāng)小車質(zhì)量相同時(shí)，a正比于F．（2）利用同一裝置，我們來(lái)研究?jī)奢v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(gè)盤(pán)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(yàn)，測(cè)出

和

．實(shí)驗(yàn)結(jié)果是：當(dāng)拉力F相等時(shí)，a與質(zhì)量m成反比。（3）將夾子換為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，可以通過(guò)所打紙帶計(jì)算出物體的加速度。某次實(shí)驗(yàn)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_(kāi)________，小車的質(zhì)量為_(kāi)_______。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(kāi)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，放開(kāi)小車向前沖.平衡摩擦是關(guān)鍵，每次車位不能變.測(cè)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(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法正確的是(

)A．為減小實(shí)驗(yàn)誤差，長(zhǎng)木板應(yīng)水平放置B．通過(guò)增加橡皮筋的條數(shù)可以使橡皮筋對(duì)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(dòng)，當(dāng)橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)后小車做勻速運(yùn)動(dòng)D．應(yīng)選擇紙帶上點(diǎn)距均勻的一段計(jì)算小車的速度以下關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法中有一項(xiàng)不正確，它是

。

A．本實(shí)驗(yàn)設(shè)法讓橡皮筋對(duì)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(shí)驗(yàn)中使橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度保持一致。當(dāng)用1條橡皮筋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室，橡皮筋對(duì)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(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功分別是2W、3W……。B．小車運(yùn)動(dòng)中會(huì)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(shí)驗(yàn)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(méi)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(lái)進(jìn)行計(jì)算。某實(shí)驗(yàn)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(jì)時(shí)器工作頻率為50Hz.

(1)實(shí)驗(yàn)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(duì)小車的彈力C．是為了使橡皮筋對(duì)小車做的功等于合外力對(duì)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(dòng)(2)若根據(jù)多次測(cè)量數(shù)據(jù)畫(huà)出的W－v草圖如圖乙所示，根據(jù)圖線形狀可知，對(duì)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(guò)物塊在斜面上運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)探究“合外力做功和物體速度變化的關(guān)系”．實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，他們提出了以下幾種猜想：①W∝，②W∝v，③W∝v2.他們的實(shí)驗(yàn)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(gè)速度傳感器(用來(lái)測(cè)量物體每次通過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的速度)，每次實(shí)驗(yàn)，物體從不同初始位置處由靜止釋放．同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了以下表格來(lái)記錄實(shí)驗(yàn)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(wú)初速釋放時(shí)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(guò)Q點(diǎn)的速度.實(shí)驗(yàn)次數(shù)他們根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)次數(shù)1234…LL1L2L3L4…vv1v2v3v4…在此實(shí)驗(yàn)中，木板與物體間摩擦力的大小________(填“會(huì)”或“不會(huì)”)影響探究出的結(jié)果．變式訓(xùn)練3、某實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中，小車碰到制動(dòng)裝置時(shí)，鉤碼尚未到達(dá)地面，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50Hz.(1)實(shí)驗(yàn)的部分步驟如下：①在小車中放入砝碼，把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)器附近，__________，________，小車拖動(dòng)紙帶，打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(guò)程中，某同學(xué)為探究恒力做功和物體動(dòng)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(shí)驗(yàn)裝置．(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(lái)的實(shí)驗(yàn)誤差，你認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該采取的兩項(xiàng)措施是______和___________．(2)如圖9所示是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，其中A、B、C、D、E、F是連續(xù)的六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T(mén)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離已在圖中標(biāo)出，測(cè)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(guò)程中，為達(dá)到實(shí)驗(yàn)?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(hào)表示)某學(xué)習(xí)小組在“探究功與速度變化關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中采用了下面左圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置。（1）將氣墊導(dǎo)軌接通氣泵，通過(guò)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(cè)得遮光條的寬度△d=

cm；實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(cè)得掛一根橡皮條時(shí)，滑塊彈離橡皮條后，經(jīng)過(guò)光電門(mén)的時(shí)間為△t，則滑塊最后勻速運(yùn)動(dòng)的速度表達(dá)式為_(kāi)___（用字母表示）。（3）逐條增加橡皮條，記錄每次遮光條經(jīng)過(guò)光電門(mén)的時(shí)間，并計(jì)算出對(duì)應(yīng)的速度。則畫(huà)出的W-v2圖象應(yīng)是

。1．實(shí)驗(yàn)器材：鐵架臺(tái)，重錘，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，低壓交流電源，電鍵，刻度尺，復(fù)寫(xiě)紙，紙帶，導(dǎo)線．2．注意事項(xiàng)(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要穩(wěn)定地固定在鐵架臺(tái)上，打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(duì)減小，增大密度可以減小體積，使空氣阻力減小．(3)實(shí)驗(yàn)中，需保持提紙帶的手不動(dòng)，且保證紙帶豎直，待接通電源、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后，再松開(kāi)紙帶．(4)計(jì)算速度用紙帶法（2009·天津理綜）如圖所示，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，使重物帶動(dòng)紙帶從靜止開(kāi)始自由下落，利用此裝置可以測(cè)定重力加速度.（1）所需器材有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（帶導(dǎo)線）、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙、帶鐵夾的鐵架臺(tái)和帶夾子的重物，此外還需

（填字母代號(hào)）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(guò)做圖象的方法可以剔除偶然誤差較大的數(shù)據(jù)，提高實(shí)驗(yàn)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(yàn)證機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn).如圖乙是該實(shí)驗(yàn)得到的一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，現(xiàn)要取A、B

兩點(diǎn)來(lái)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn).(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

請(qǐng)回答下列問(wèn)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(shí)的速度vB=

m/s.③若x1數(shù)據(jù)也已測(cè)出，則實(shí)驗(yàn)還需測(cè)出物理量為

.④若分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)重物下落過(guò)程中減少的重力勢(shì)能明顯大于其增加的動(dòng)能，則可能的原因是：

.三、驗(yàn)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(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(cè)得所用的重物的質(zhì)量為1.00kg，實(shí)驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖14-2-8所示．把第一個(gè)點(diǎn)記做O，另選連續(xù)的四個(gè)點(diǎn)A、B、C、D作為測(cè)量的點(diǎn)．經(jīng)測(cè)量知道A、B、C、D四個(gè)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(dòng)到C點(diǎn)，重力勢(shì)能的減少量等于________J；動(dòng)能的增加量為_(kāi)_______J(取三位有效數(shù)字)

①規(guī)定打點(diǎn)1時(shí)重力勢(shì)能為0，要計(jì)算出打點(diǎn)4時(shí)重物的機(jī)械能，在紙帶上必須測(cè)出________________________________________________________．實(shí)驗(yàn)中若不知道本地的重力加速度的大小，要計(jì)算出機(jī)械能還必須測(cè)出重物的______________．

②該同學(xué)根據(jù)測(cè)出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地計(jì)算出打各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)重物的機(jī)械能，發(fā)現(xiàn)打后一個(gè)點(diǎn)時(shí)機(jī)械能都比打前一個(gè)點(diǎn)時(shí)機(jī)械能小，其原因可能是_________(只要求說(shuō)出一種)．某同學(xué)用如圖8.1-4甲所示裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)．