高中物理紙帶類問題經(jīng)典例題

1、高中物理紙帶類問題經(jīng)典例題 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種精度較高而構(gòu)造又比較簡單的計(jì)時(shí)儀器，它能測量微小時(shí)間的間隔，是一種使用交流電源的紙帶記錄式的計(jì)時(shí)儀器，下面結(jié)合例題來學(xué)習(xí)一下打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的有關(guān)問題. 一、考查實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)知識(shí) 例1 當(dāng)紙帶與運(yùn)動(dòng)物體連接時(shí)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出點(diǎn)跡.下列關(guān)于紙帶上點(diǎn)跡的說法中正確的是（ ） a.點(diǎn)跡記錄了物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 b.點(diǎn)跡記錄了物體在不同時(shí)刻的位置和某段時(shí)間內(nèi)的位移 c.紙帶上點(diǎn)跡的分布情況反映了物體的質(zhì)量和形狀 d.紙帶上點(diǎn)跡的分布情況反映了物體的運(yùn)動(dòng)情況 解析 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔一定的時(shí)間（當(dāng)電源頻率為50hz時(shí)，打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02s）打下一個(gè)點(diǎn)，因而點(diǎn)跡記

2、錄了物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，也記錄了物體在不同時(shí)刻的位置和某段時(shí)間內(nèi)的位移；點(diǎn)跡的分布情況反映了物體的運(yùn)動(dòng)情況，而不能反映物體的質(zhì)量和形狀.正確選項(xiàng)為abd. 二、考查實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理能力 例2 某次打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上依次打出a、b、c、d、e、f等一系列的點(diǎn)，測得距離ab=11.0mm，ac=26.5mm，ad=40.0mm，ae=48.1mm，af=62.5mm.通過計(jì)算說明在打a、f點(diǎn)的時(shí)間間隔內(nèi)，紙帶是否做勻速直線運(yùn)動(dòng).如果是，則求出速度；如果不是，則求平均速度.（已知打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s） 解析 ab=11.0mm，bc=acab=15.5mm，cd=adac=13.5mm，de=aead

3、=8.1mm，ef=afae=14.4mm，各段距離不等，說明在打a、f點(diǎn)的時(shí)間間隔內(nèi)，紙帶不是做勻速直線運(yùn)動(dòng).平均速度為 af62.5?10?3v?m/s=0.625m/s. t0.02?5圖1 例3 如圖1為某次實(shí)驗(yàn)時(shí)打出的紙帶，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn)，圖中o點(diǎn)為第一個(gè)點(diǎn)，a、b、c、d為每隔兩點(diǎn)選定的計(jì)數(shù)點(diǎn).根據(jù)圖中標(biāo)出的數(shù)據(jù)，求打a、d點(diǎn)時(shí)間內(nèi)紙帶的平均速度有多大？打b點(diǎn)時(shí)刻紙帶的瞬時(shí)速度有多大？計(jì)算的依據(jù)是什么？你能算出打o、d點(diǎn)時(shí)間內(nèi)紙帶的平均速度嗎？為什么？ 解析 ad段的平均速度 vad?ad43.25?15.50?cm/s=145.67cm/s tad0.02?3?

4、3當(dāng)時(shí)間間隔很短時(shí)，可以用平均速度代替瞬時(shí)速度 故b點(diǎn)的瞬時(shí)速度vb?ac32.50?15.50?cm/s=141.67cm/s. tac0.02?2?3因?yàn)椴恢纎、d間有多少個(gè)點(diǎn)，也就不知道od段的時(shí)間間隔，所以無法算出od段 的平均速度. 例4 用50hz交流電接在電火花計(jì)時(shí)器上,測定小車的運(yùn)動(dòng)情況.某實(shí)驗(yàn)得到的一條紙帶如圖所示,從某一清晰的點(diǎn)算起,每5個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),分別標(biāo)為0、1、2、3?，量得0與1 間的距離為x1=30mm,2與3間的距離為x2=48mm，則小車在0與1間的平均速度為 v1=_m/s,2與3之間的平均速度為v2=_m/s。 0 1 2 3 4 解析 交流電的周期

5、為t=0.02s，所以t1=t2=5t=0.1s,v1= x10.03= m/s =0.3m/s; ?t10.1v2= x20.048= m/s =0.48m/s. 0.1?t2三、考查實(shí)驗(yàn)故障的應(yīng)變能力 例5 使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)紙帶上打出的點(diǎn)不清晰，那么可能是什么原因？如何采取措施？ 解析 點(diǎn)跡不清的原因及應(yīng)采取的措施主要有： （1）復(fù)寫紙使用過久，可調(diào)整復(fù)寫紙位置，或更換復(fù)寫紙； （2）電源電壓過低，導(dǎo)致打點(diǎn)太輕，可適當(dāng)提高電源電壓； （3）振針位置偏高，同樣會(huì)導(dǎo)致打點(diǎn)太輕，可適當(dāng)調(diào)低振針. 四、考查實(shí)驗(yàn)的知識(shí)遷移能力 例6 如圖2所示，一同學(xué)沿一直線行走，現(xiàn)用頻閃照相記錄了他

6、行走中9個(gè)位置的圖片，觀察圖片，能比較正確反映該同學(xué)運(yùn)動(dòng)的速度時(shí)間圖象的是（ ） 圖2 0vv0vvt0tt0tabcd解析 當(dāng)同學(xué)在沿直線行走時(shí)，用頻閃照相記錄了他行走中9個(gè)位置的圖片，類似與紙帶上打的9個(gè)點(diǎn)，人向右走的過程中，相鄰兩照片間的距離越來越大，可判斷出人做的是加速直線運(yùn)動(dòng)；后來人向左走的過程中，相鄰兩照片間的距離相等，可知人做的是勻速直線運(yùn)動(dòng)，但方向和加速時(shí)的速度方向相反，在圖像中該是一正一負(fù)，故正確答案選c. 同學(xué)們在學(xué)習(xí)紙帶處理方法時(shí)，要靈活理解題目在信息呈現(xiàn)方式上的差異，再運(yùn)用最基本的原理進(jìn)行求解。下面舉幾例變化的情況，同學(xué)們可從中體會(huì)一下。 一位移給出形式的變化 c e

7、a b d 例1在“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，小車拖著紙帶運(yùn) 動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn)，打出的紙帶如圖2，選出 單位：cm 1.60 a、b、c、d、e共5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩點(diǎn)間還有四個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn) 3.40 （圖中未畫出），以a點(diǎn)為起點(diǎn)量出的到各點(diǎn)的位移已標(biāo)在圖 5.40 上。由此可求得小車運(yùn)動(dòng)的加速度a = m/s2 ，打下a點(diǎn)時(shí) 7.60 圖2 小車運(yùn)動(dòng)的速度為va= m/s。 二時(shí)間間隔給出形式的變化 c e a b d 例2在“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn)，打 單位：cm 出的紙帶如圖3，選出a、b、c、d、e共5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)

8、，1.60 每相鄰兩點(diǎn)間還有四個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)（圖中未畫出），以a3.40 圖3 點(diǎn)為起點(diǎn)量出的到各點(diǎn)的位移已標(biāo)在圖上。由此可求得小車運(yùn)動(dòng)的加速度a = m/s2 ，打下a點(diǎn)時(shí)小車運(yùn)動(dòng)的速度為v= m/s。 y/cm 三紙帶數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式的變化 60.0 例3做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的小車，牽引一條紙帶，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器交流電52.5 45.5 源的頻率是50hz，由紙帶上打出的某一點(diǎn)開始，每5個(gè)點(diǎn)剪下一段紙帶，按 37.5 30.5 如圖l t5 t6 t7 t1 t2 t3 t4 t6 t7 t1 t2 t4 t3 t5 圖5 a在時(shí)刻t2以及時(shí)刻t5兩木塊速度相同 b在時(shí)刻t3兩木塊速度相同 c在時(shí)刻t3以

9、及時(shí)刻t4之間某瞬間兩木塊速度相同 d在時(shí)刻t4以及時(shí)刻t5之間某瞬間兩木塊速度相同 f 五紙帶處理方法的拓展應(yīng)用 例5如圖所示，一塊涂有碳黑的玻璃板，質(zhì)量為2kg，在拉力f的作用下，由靜止開始豎直向上做勻變速運(yùn)動(dòng)。一個(gè)裝有水平振針的振動(dòng)頻率為5hz的固定電動(dòng)音叉在玻璃板上畫出了如圖所示曲線，量得oa=1cm，ob=4cm，oc=9cm。求外力的大小。（g=10m/s2） 6 x o a b c 課內(nèi)經(jīng)典練習(xí)題 1，某學(xué)生用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究小車的勻變速直線運(yùn)動(dòng)他將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到頻率為50 hz的交流電源上，實(shí)驗(yàn)時(shí)得到一條紙帶如圖實(shí)110所示他在紙帶上便于測量的地方選取第一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，在這點(diǎn)下標(biāo)明a

10、，第六個(gè)點(diǎn)下標(biāo)明b，第十一個(gè)點(diǎn)下標(biāo)明c，第十六個(gè)點(diǎn)下標(biāo)明d，第二十一個(gè)點(diǎn)下標(biāo)明e.測量時(shí)發(fā)現(xiàn)b點(diǎn)已模糊不清，于是他測得ac長為14.56 cm，cd長為11.15 cm，de長為13.73 cm，則 1，打c點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度大小為_ m/s， 2，小車運(yùn)動(dòng)的加速度大小為_ m/s2， 3，ab的距離應(yīng)為_ cm. 2，在“測定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”的實(shí)驗(yàn)中，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄紙帶運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50hz，圖為一次實(shí)驗(yàn)得到的一條紙帶，紙帶上每相鄰的兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間都有四個(gè)點(diǎn)未畫出，按時(shí)間順序取0、1、2、3、4、5六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，用米尺量出1、2、3、4、5點(diǎn)到0點(diǎn)的距離如圖所示（單位：cm）。由紙帶數(shù)據(jù)計(jì)算可得 1，計(jì)數(shù)點(diǎn)4所代表時(shí)刻的瞬時(shí)速度大小v4_ms， 2