方法6纸带类模型高考物理实验题技法解析版.docx
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方法6纸带类模型高考物理实验题技法解析版
纸带类模型
考查方向
1、打点计时器的原理、类型、应用要点
2、计时仪器的扩展:
秒表、光电门等计时仪器
3、利用纸带计算平均速度
4、利用纸带计算瞬时速度
5、利用纸带计算加速度
6、光电门测速度
打点计时器的原理、类型、应用要点
例题1.(2017·全国高一课时练习)下列关于打点计时器的说法中正确的是( )
A.电磁打点计时器是利用振针上下振动,通过复写纸在纸带上留下一行小点
B.电火花打点计时器是利用火花放电的原理来工作的
C.我国中学实验室中的打点计时器直接接到实验台上的插座上使用,这种打点计时器是电磁打点计时器
D.从减小实验误差的角度考虑,选电火花打点计时器较电磁打点计时器好
【答案】ABD
【解析】A、根据电磁打点计时器和电火花打点计时器的构造知,选项AB正确;
C、我国使用的是220V交流电,所以直接接到实验台上的插座上使用的打点计时器应该是电火花打点计时器,选项C错误;
D、电火花打点计时器由于利用的是火花放电的原理来工作的,使用时摩擦较电磁打点计时器的要小,有利于减小实验误差,选项D正确。
点睛:
本题考查打点计时器的原理及应用;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。
纸带处理数据
例题2:
(2020·全国高三课时练习)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行研究.物块拖动纸带下滑,打出的纸带一部分如图所示.已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz,纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出.在ABCDE五个点中,打点计时器最先打出的是______点,在打出C点时物块的速度大小为______m/s(保留3位有效数字);物块下滑的加速度大小为_____m/s2(保留2位有效数字).
【答案】A0.2330.75
【解析】分析可知,物块沿倾斜长木板最匀加速直线运动,纸带上的点迹,从A到E,间隔越来越大,可知,物块跟纸带的左端相连,纸带上最先打出的是A点;在打点计时器打C点瞬间,物块的速度
;根据逐差法可知,物块下滑的加速度
.
故本题正确答案为:
A;0.233;0.75.
光电门问题
例题3:
某物理课外小组利用如图甲所示的装置完成探究小车的加速度与其所受合外力F之间的关系实验
(1)请补充完整下列实验步骤的相关内容,
①用天平测量砝码盘的质量m0;用游标卡尺测量光板的宽度d,游标卡尺的示数如图乙所示,则其读数为___cm;按图甲所示安装好实验装置,用米尺测量两光电门之同的距离s;
②在砝码盘中放入适量的砝码,适当调节长木板的倾角,直到轻推小车,遮光片先后经过光电门A和光电门B的时间相等;
③取下细绳和砝码盘,记下砝码盘中砝码的质量m;
④让小车从靠近滑轮处由静止释放,用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间ΔtA和ΔtB;
⑤步骤④中,小车从光电门A下滑至光电门B的过程中所受合外力为_____,小车的加速度为:
________(用上述步中的物理量表示,重力加速度为g)
⑥重新挂上细线和砝码盘,改变砝码盘中砝码的质量和长本板的倾角,重复②~⑤步骤
(2)本实验中,以下操作或要求是为了减小实验误差的是_____
A.尽量减小两光电门间的距离s
B.尽量增大遮光片的宽度d
C.调整滑轮,使细线与长木板平行
D.砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量
【答案】0.430cm砝码盘和盘中砝码的总重力
C
【解析】
(1)①游标卡尺的主尺读数为:
4mm,游标尺上第6个刻度和主尺上某一刻度对齐,所以游标读数为
,所以最终读数为:
;
⑤取下细绳和砝码盘后,小车受到的合力即为砝码盘和盘中砝码的总重力,
;由于光电门的宽度d很小,所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度,滑块通过光电门A速度
,滑块通过光电门B速度
,根据
可得小车的加速度为:
(2)AB.尽量增大两光电门间的距离s,减小遮光片的宽度d,s距离大一些,d距离小一些,误差小一些,故AB错误;
C.调整滑轮,使细线与长木板平行,否则撤去绳子后,合力不等于绳子拉力,故C正确;
D.本实验没有用砝码盘和盘中砝码的重力代替绳子的拉力,不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量,故D错误.
热身训练
1.
(1)在“用打点计时器测速度”实验中,电磁打点计时器和电火花计时器都使用________(填“直流”或“交流”)电源.只是电磁打点计时器工作电压为________.
(2)如下图为物体做匀加速运动时打点计时器打出的一条纸带,图中相邻的点间还有四个点未画出,已知打点计时器接交流50Hz的电源,则打点计时器打出D点时,物体的速度大小为________m/s,物体运动的加速度大小为________m/s2。
(计算结果保留两位有效数字)
【答案】交流4-6V
【解析】
(1)电磁打点计时器和电火花计时器都使用交流电源.只是电磁打点计时器工作电压为4-6V的学生电源供电,工作电压较低
(2)图中相邻的点间还有四个点,则T=0.1s,则打点计时器打出D点时,物体的速度
;
物体运动的加速度大小为
2.(2019·浙江省杭州第二中学)如图(a),某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验.所用器材有:
铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50Hz的交流电源,纸带等.回答下列问题:
(1)铁块与木板间动摩擦因数μ=______(用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示)
(2)某次实验时,调整木板与水平面的夹角θ=30°.接通电源.开启打点计时器,释放铁块,铁块从静止开始沿木板滑下.多次重复后选择点迹清晰的一条纸带,如图(b)所示.图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出).重力加速度为9.8m/s2.可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为_____________(结果保留2位小数).
【答案】
0.35
【解析】
(1)由mgsinθ-μmgcosθ=ma,解得:
μ=
……①
(2)由逐差法a=
得:
SII=(76.39-31.83)×10-2m,T=0.10s,SI=(31.83-5.00)×10-2m,故a=
m/s2=1.97m/s2,代入①式,得:
μ=
=0.35
3.(2019·贵州贵阳一中高三月考)某实验小组用打点计时器做“测定重力加速度”的实验。
(1)有两种工作率均为50Hz的打点计时器供实验选用:
电磁打点计时器和电火花打点计时器。
为使纸带在运动时受到的阻力较小,应选择______(填“电磁”或“电火花”)打点计时器。
(2)用满足上一问中要求的打点计时器来做实验,则下列说法正确的是______(填字母)。
A.打点计时器应接4-6V低压交流电源
B.将打点计时器的两个限位孔调节到同一竖直线上
C.实验中应使重物从靠近打点计时器处释放
D.实验中应先释放重物再接通打点计时器电源
【答案】电火花BC
【解析】
(1)[1]电火花由于没有振针和纸带接触,故运动中所受阻力较小,故选电火花打点计时器。
(2)[2]A.电火花计时器工作电压为交流220V,故A错误。
B.为了减少摩擦,将打点计时器的两个限位孔调节到同一竖直线上,B正确
CD.为了提高纸带的利用率,打出更多的点,应先接通电源,再释放重物,C正确D错误。
4.(2016·全国高考真题)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究,实验装置如图(a)所示:
轻弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一物块接触而不连接,纸带穿过打点计时器并与物块连接。
向左推物块使弹簧压缩一段距离,由静止释放物快,通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能。
(1)试验中涉及下列操作步骤:
①把纸带向左拉直
②松手释放物块
③接通打点计时器电源
④向左推物块使弹簧压缩,并测量弹簧压缩量
上述步骤正确的操作顺序是__________(填入代表步骤的序号)。
(2)图(b)中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果。
打点计时器所用交流电的频率为50Hz。
由M纸带所给的数据,可求出在该纸带对应的试验中物块脱离弹簧时的速度为_______m/s。
比较两纸带可知,_________(填“M”或“L”)纸带对应的试验中弹簧被压缩后的弹性势能大。
【答案】
(1)④①③②
(2)1.29M
【解析】试题分析:
(1)打点计时器应先通电后释放物块,正确的顺序④①③②
(2)物块脱离弹簧时速度最大,
;由动能定理
,根据纸带知M纸带获得的最大速度较大,则弹性势能较大。
【考点定位】探究弹簧的弹性势能
【名师点睛】此题是创新实验,考查探究弹簧的弹性势能实验;关键是弄懂装置的原理,并能正确地处理实验数据;题目比较简单,考查考生处理基本实验的能力。
5.(2020·全国高一课时练习)一同学利用气垫导轨测定滑块的加速度,滑块上安装了宽度为3.0cm的遮光板,如图所示,滑块在牵引力作用下先后匀加速通过两个光电门,配套的数字毫秒计记录了遮光板通过第一个光电门的时间为
,通过第二个光电门的时间为
,则滑块经过第一个光电门时的速度
,滑块经过第二个光电门时的速度
。
(1)若已知遮光板从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间为
,则滑块的加速度大小
__________
。
(2)若已知两光电门间距为
,则滑块的加速度大小
__________
。
(3)为了减小误差,可采取的办法是____________________。
A.增大遮光板的宽度B.减小遮光板的宽度
C.增大两光电门的间距D.减小两光电门的间距
【答案】
BC
【解析】
(1)[1]据
得
(2)据
得
(3)[3]遮光板的宽度越小,瞬时速度的测量误差越小;两光电门的间距越大,测量L的相对误差越小
故选BC。
6.(2020·湖南高三)某同学用如图甲所示装置测当地的重力加速度,光电门A、B与光电计时器相连,可记录小球经过光电门A和光电门B所用的时间
(1)实验前用游标卡尺测量小球的直径,示数如图乙所示,则小球的直径d=_____mm
(2)让小球紧靠固定挡板,由静止释放,光电计时器记录小球经过光电门A和光电门B所用的时间t1、t2,测出两光电门间的高度差h,则测得的重力加速度g=_____(用测得的物理量的符号表示)。
(3)将光电计时器记录小球通过光电门的时间改为记录小球从光电门A运动到光电门B所用的时间,保持光电门B的位置不变,多次改变光电门A的位置,每次均让小球从紧靠固定挡板由静止释放,记录每次两光电间的高度差h及小球从光电门A运动到光电门B所用的时间t,作出
图象如图丙所示,若图象斜率的绝对值为k,则图象与纵轴的截距意义为____,当地的重力加速度为____
【答案】11.4
小球经过光电门B时的速度2k
【解析】
(1)[1]由图示游标卡尺可知,其示数为d=11mm+4×0.1mm=11.4mm
(2)[2]小球经过光电门时的速度为
;
小球做自由落体运动,由速度位移公式得
解得
(3)[3][4]小球释放点的位置到光电门B的位置是恒定的,小球每次经过光电门时的速度是一定的,则有
整理得
则
图象与纵轴的截距表示小球经过光电门B时的速度vB,图象斜率的绝对值为
解得
7.(2019·湖南高三)某活动小组利用图甲装置验证机械能守恒定律.钢球自由下落过程中,先后通过光电门A、B,计时装置测出钢球通过A、B的时间分别为tA、tB.用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度.测出两光电门间的距离为h,钢球直径为D,当地的重力加速度为g.
(1)用20分度的游标卡尺测量钢球的直径,读数如图乙所示,钢球直径为D=____cm.
(2)要验证机械能守恒,只要比较_____.
A.
与gh是否相等
B.
与2gh是否相等
C.
与gh是否相等
D.
与2gh是否相等
(3)钢球通过光电门的平均速度___(填“>”或“<”)钢球球心通过光电门的瞬时速度,由此产生的误差不能通过增加实验次数减小.
【答案】0.945D<
【解析】
(1)[1]游标卡尺的主尺读数为:
0.9cm,游标尺上第9个刻度和主尺上某一刻度对齐,所以游标读数为0.05×9mm=0.45mm
所以最终读数为:
0.945cm.
(2)[2]利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度,故:
根据机械能守恒的表达式有:
即只要比较
与2gh是否相等即可,故D正确ABC错误。
(3)[3]根据匀变速直线运动的规律得钢球通过光电门的平均速度等于这个过程中中间时刻速度,所以钢球通过光电门的平均速度<钢球球心通过光电门的瞬时速度。
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