高考物理實驗復(fù)習(xí)之“打點計時器”

淺析高考物理實驗復(fù)習(xí)之“打點計時器”【摘要】近幾年高考物理實驗試題中力學(xué)部分主要是與打點計時器相關(guān)的實驗，本文通過“打點計時器”的點連出“力學(xué)實驗”復(fù)習(xí)的線，通過一條紙帶可以解讀各類直線運(yùn)動、牛頓運(yùn)動定律、動能定理、機(jī)械能守恒定律等動力學(xué)的問題。對于“打點計時器”的考點復(fù)習(xí)形成復(fù)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，以提高學(xué)生對知識點間聯(lián)系與運(yùn)用掌握的優(yōu)化程度，真正提高課堂復(fù)習(xí)的實效性，從而才利于學(xué)生更快、更好形成系統(tǒng)化的知識網(wǎng)絡(luò)，提高復(fù)習(xí)整體的實效性?！娟P(guān)鍵詞】高考；物理實驗；打點計時器物理實驗是高考必考內(nèi)容，按照考查主要知識點可歸為：力學(xué)實驗和電學(xué)實驗；歷年高三復(fù)習(xí)教學(xué)實踐中，教師為力學(xué)實驗復(fù)習(xí)要求做到深刻性透徹性與學(xué)生學(xué)習(xí)時感到力學(xué)實驗變化多端、零散之間的矛盾而犯愁。在高三教學(xué)實踐中，筆者發(fā)現(xiàn)打點計時器儀器——這一重要高中實驗儀器復(fù)習(xí)能將有關(guān)的物理量、實驗原理、測量方法與之聯(lián)系起來，如可以測量許多物理量：時間、位移、速度與加速度等；打點計時器還可與牛頓第二定律、動能定理和機(jī)械能守恒定律等力學(xué)規(guī)律相結(jié)合考查，考查涵蓋了力學(xué)實驗大部分內(nèi)容，是高三力學(xué)實驗復(fù)習(xí)中尤為重要復(fù)習(xí)線索，通過“打點計時器”點連出“力學(xué)實驗”復(fù)習(xí)的線，以形成復(fù)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，以提高學(xué)生對知識點間聯(lián)系與運(yùn)用掌握的優(yōu)化程度，如：1根據(jù)打點計時器打出的紙帶可以測量的物理量例1：（1）下圖是某同學(xué)在做勻變速直線運(yùn)動實驗中獲得的一條紙帶。①已知打點計時器電源頻率為50Hz，則紙帶上打相鄰兩點的時間間隔為___。②ABCD是紙帶上四個計數(shù)點，每兩個相鄰計數(shù)點間有四個點沒有畫出。從圖中讀出A、B兩點間距是______；C點對應(yīng)的速度是____（計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）。分析：時間、位移等物理量是可以用通過直接測量得到；速度、加速度等是間接測量物理量。2紙帶與勻變速運(yùn)動聯(lián)系起來，可以探究小車的運(yùn)動規(guī)律例2：在做“研究勻變速直線運(yùn)動”的實驗時，某同學(xué)得到一條用電火花計時器打下的紙帶如圖1所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G7個計數(shù)點，每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點圖中沒有畫出，電火花計時器接220V、50Hz交流電源.經(jīng)過測量并計算得到電火花計時器在打B、C、D、E、F各點時物體的瞬時速度如下表：（1）設(shè)電火花計時器的周期為T，計算vF的公式為vF=____；（2）根據(jù)（1）中得到的數(shù)據(jù)，以A點對應(yīng)的時刻為t=0，試在圖2所示的坐標(biāo)系中合理選擇好標(biāo)度，作出v-t圖象，利用該圖象求物體的加速度a=m/s2；（保留兩位有效數(shù)字）（3）當(dāng)時電網(wǎng)中交變電流的頻率變?yōu)?0Hz電壓變?yōu)?10V，但該同學(xué)并不知道，那么做實驗的這個同學(xué)測得的物體加速度的測量值與實際值相比（選填：“偏大”、“偏小”或“不變”）。分析：本例題除了考查常規(guī)紙帶上時間間隔的考查，還有第（3）問中打點頻率與時間間隔的關(guān)系考查；第（2）問還有速度、加速度的計算，更有與直觀處理數(shù)據(jù)方式--圖像法相結(jié)合考查。3紙帶與牛頓第二定律聯(lián)系起來，可以探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系例3：為了“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”，現(xiàn)提供如圖甲所示的器材：A為小車，B為電火花計時器，C為裝有砝碼的小桶，D為一端帶有定滑輪的長方形木板，實驗中認(rèn)為細(xì)繩對小車?yán)等于砝碼和小桶的總重量.請思考探究思路并回答下列問題：（a）為了消除小車與水平木板之間摩擦力的影響應(yīng)采取什么做法？（b）在“探究加度與質(zhì)量的關(guān)系”時，保持砝碼和小桶質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m，分別得到小車加速度a與質(zhì)量m數(shù)據(jù)如下表：根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)，用計算機(jī)繪制出圖象如圖乙所示：通過對圖象（圖乙）的觀察，可猜想在拉車F一定的情況下a與m的關(guān)系可能是：、、等等，為了驗證猜想，請在圖丙中作出最能直觀反映a與m之間關(guān)系的圖象.分析：該例題中的實驗裝置在考查力學(xué)實驗中具有一定的普適性，當(dāng)中比較典型就是結(jié)合牛頓第二定律進(jìn)行考查，在此具體實驗例題中，就是以“打點計時器”為點所串出“牛頓運(yùn)動定律實驗”系統(tǒng)復(fù)習(xí)，當(dāng)中包含的此實驗多種科學(xué)思想方法順著這條線索條理形象展示在學(xué)生面前：A.采用控制變量法保持物體的質(zhì)量一定，研究加速度與力的關(guān)系（如本例題b問的設(shè)置）；保持力一定，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系；最后綜合得出物體的加速度與其所受到的合外力及物體質(zhì)量之間的關(guān)系。B.實驗前，采用平衡摩擦力法實驗前將長木板一端墊高，給小車一個初速度，使小車剛好做勻速直線運(yùn)動，那么掛上砂桶后，細(xì)繩對小車的拉力即為小車所受到的合力，平衡好摩擦力之后，實驗過程中無需再重新調(diào)試優(yōu)化了實驗程序與計算過程。C.實驗中，采用近似法本實驗中，砂桶與小車是連接在一起，做加速運(yùn)動，在處理數(shù)據(jù)時，讓小車質(zhì)量M遠(yuǎn)大于砂桶質(zhì)量m，如此小車受到的拉力就近似等于砂桶重力mg，如例4（2）問的設(shè)置。D.測量加速度的方法本例題中加速度值可以通過紙帶法求出，也可采用圖像法（用速度傳感器測出不同時刻的速度，作出v-t圖像，求圖像斜率來獲得加速度）；還可以采用課本所介紹的轉(zhuǎn)換法通過求兩個小車通過位移之比來獲得加速度之比。E.圖像法直觀處理數(shù)據(jù)，圖像滲透”化曲為直”思想方法圖像法是處理數(shù)據(jù)關(guān)系當(dāng)中最直觀的方式，實驗中合力F一定時，作a-m