核心素养优化提升 高一物理必修1双基全讲与全练清北必刷题 附答案详解 纸带问题分析 能力提升.docx
- 文档编号:13139157
- 上传时间:2023-06-11
- 格式:DOCX
- 页数:21
- 大小:371.63KB
核心素养优化提升 高一物理必修1双基全讲与全练清北必刷题 附答案详解 纸带问题分析 能力提升.docx
《核心素养优化提升 高一物理必修1双基全讲与全练清北必刷题 附答案详解 纸带问题分析 能力提升.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《核心素养优化提升 高一物理必修1双基全讲与全练清北必刷题 附答案详解 纸带问题分析 能力提升.docx(21页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
核心素养优化提升高一物理必修1双基全讲与全练清北必刷题附答案详解纸带问题分析能力提升
高中物理素养精品全讲全练
2018年8月
纸带问题分析
【学习目标】
1.知道电磁打点计时器、电火花计时器的构造及工作原理
2.学会使用打点计时器
3.会用打出的纸带求加速度、瞬时速度
4.能通过纸带上点的位置关系分析物体运动
【要点梳理】
要点一、电磁打点计时器与电火花计时器的构造和工作原理
要点诠释:
1.电磁打点计时器及电火花计时器的构造
电磁打点计时器及电火花计时器的构造分别如图甲、乙所示.
2.电磁打点计时器的原理
电磁打点计时器是利用电磁原理打点计时的一种仪器,它的工作原理可以用图甲、乙来说明.当线圈中通入的交流电为正半周时,设电流方向如图甲所示,则线圈中被磁化的钢制簧片左端为N极,永久磁铁使簧片受到一个向下的力;当交流电转为负半周时,电流方向如图乙所示,簧片左端变为S极,永久磁铁使簧片受到一个向上的力.随着交变电流方向的周期性变化,簧片周期性地受到向下、向上的力就振动起来.位于簧片一端的振针随簧片的振动而在复写纸上打点.如果在复写纸下有运动的纸带,振针就在纸带上打出了一系列的点.交流电源的频率为50Hz时,它每隔0.02s打一个点,即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔是0.02s.
3.电火花计时器的工作原理
电火花计时器的原理与电磁打点计时器相同,不过在纸带上打点的不是振针和复写纸,而是电火花和墨粉,它是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示点迹的计时仪器.使用时,墨粉纸盘套在纸盘轴上,把纸带穿过限位孔.当接通电源、按下脉冲输出开关时,计时器发出的脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴,产生火花放电,于是在运动的纸带上就打出一行点迹.当电源频率是50Hz时,也是每隔0.02s打一次点.
4.电磁打点计时器与电火花计时器的比较
①两种计时器使用的都是交流电源;当电源的频率为50Hz时,都是每隔0.02s打一个点.
②电磁打点计时器使用4~6V交流电,电火花打点计时器工作电压是220V交流电.
③无论是使用电磁打点计时器还是使用电火花计时器,打出的纸带上的点,都记录了纸带运动的时间.如果纸带是跟物体连接在一起的,纸带上的点就相应地表示出了运动物体在不同时刻的位置,研究点之间的距离,就可以了解在不同时间里物体发生的位移、速度的大小和变化情况.
④电火花计时器工作时纸带运动受到的阻力比较小,实验误差较小.
5.使用打点计时器的注意事项
①会安装复写纸,并且会调节复写纸的位置,将纸带从复写纸下穿过.将计时器接入50Hz交流电源,从交流4V开始,观察振片振动情况,若振片振幅较小,再升高电压至6V;对电火花计时器,应将墨粉纸盘套在纸盘轴上,两条纸带要对齐穿过限位孔,墨粉纸盘夹在中间,使用220V交流电源.
②开启打点计时器,待1~2s再拖动纸带打出点,观察点迹是否清晰,打完纸带后,立即关闭电源.
③在纸带上打不出点或点迹颜色过淡情况下,纠正时大致从以下方面注意:
电源电压较低情况下,可适当提高(对电火花计时器这种情况较少);调整复写纸位置或更换复写纸(或墨粉纸盘);调整打点计时器.
④调整打点计时器.如果打不出点,首先要检查压纸框的位置是否升高,阻碍了振片上的振针打不到纸带上,若是,可将压纸框向下压,恢复到原来的位置.这种情况一般是由于操作不当引起的.另外也可能是振片没有工作,在共振情况下,此时可松动固定振片的螺丝,适当调节振片位置,紧固后观察振幅,若达到或接近共振状态即可正常工作.如果振片振动较大仍打不出点,可调整振针的位置,直到打出点为止.若振针向下调节过长,则打点的声音过大,且易出现双点,调节时要仔细.
⑤如果将打点计时器错接在学生电源的直流电源上(非稳压电源),也能在纸带上打出点迹,这是因为直流输出单向脉冲电流,频率为100Hz,会导致数据处理时错误.
⑥使用电火花计时器时,若用一条纸带要将纸带压在墨粉纸盘下,打完一条纸带后要将墨粉纸盘转一角度再打另一纸带,否则会只用纸盘的某一位置,打出的点迹颜色较淡;若使用双纸带,将墨粉纸盘夹在中间,拖动时由于两条纸带的摩擦作用,墨粉纸盘会随纸带转动,电火花将墨粉纸盘上不同位置的墨粉蒸发到纸带上,点迹颜色较重,而上面的纸带没有点迹,可重复使用,但用两条纸带时摩擦阻力较大.不管用哪种方法,打完纸带后都应立即关闭电源.
要点二、实验原理和步骤、注意事项
要点诠释:
1.实验目的
①进一步练习打点计器的使用、纸带数据处理和测量瞬时速度的方法.
②利用打点纸带研究小车的运动情况,分析小车的速度随时间变化的规律.
2.实验器材
附有滑轮的长木板、小车、带小钩的细线、钩码若干、打点计时器、纸带、刻度尺、导线、交流电源.
3.实验原理
把纸带跟运动物体连接在一起,并穿过打点计时器,这样纸带上的点不但记录了物体的运动时间,而且相应地表示运动物体在不同时刻的位置,研究这些点的情况,就可以了解物体的运动情况.
4.实验步骤
①把附有滑轮的长木板放在实验台上,并使滑轮伸出桌面,把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端,连接好电路,如图所示.
②把一条细绳拴在小车上,使细绳跨过滑轮,下面挂上合适的钩码.放手后,看小车能否在木板上平衡地加速滑行,然后把纸带穿过打点计时器,并把纸带的一端固定在车的后面.
③使小车停在打点计时器处,先接通电源,后释放小车,让小车拖着纸带运动,打点计时器就在纸带上打下一列小点,再按同样的方法(不改变钩码个数)打出两条纸带.从这三条纸带中选用一条最清晰的,记录为纸带Ⅰ.
④增加一个钩码,按上述方法打出纸带Ⅱ.
⑤在打纸带I时的基础上减少一个钩码,仍按上述方法打出纸带Ⅲ.
⑥整理器材.
5.注意事项
(1)平行:
纸带和细绳要和木板平行.
(2)一先一后:
实验中应先接通电源,后让小车运动;实验后应先断开电源后取纸带.
(3)防止碰撞:
在到达长木板末端前应让小车停止运动,要防止钩码落地和小车与滑轮相撞.
(4)减小误差:
小车的加速度宜适当大些,可以减小长度的测量误差,加速度大小以能在约50cm的纸带上清楚地取出6~7个计数点为宜.
(5)弄清间隔:
要区别计时器打出的点与人为选取的计数点,一般在纸带上每隔四个点取一个计数点,即时间间隔为T=0.02×5s=0.1s.
(6)仔细描点:
描点时最好用坐标纸,在纵、横轴上选取合适的单位.用细铅笔认真描点.
要点三、实验数据的处理
要点诠释:
1.纸带上点的意义
①表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置.
②通过研究纸带上各点之间的间隔,可以判断物体的运动情况.
③可以利用纸带上打出的点来确定计数点间的时间间隔.
2.纸带的选取
从三条纸带上选择一条比较理想的纸带,舍掉开头一些比较密集的点,在后边便于测量的地方找一个开始点来确定计数点.为计算方便和减小误差,通常用连续打五个点的时间作为时间间隔,即T=0.1s.
3.采集数据的方法
如图所示,不直接测量两个计数点间的距离,而是要先量出各个计数点到计时零点的距离x1、x2、x3、x4…然后再计算出相邻的两个计数点的距离.
,
,
,
,
.
4.根据纸带分析物体的运动情况并计算速度
(1)根据纸带分析物体的运动情况并计算平均速度
①在纸带上相邻两点的时间间隔均为0.02s(电源频率为50Hz),所以点迹密集的地方表示纸带运动的速度小.
②根据
,求出任意两点间的平均速度,这里△x可以用直尺测量出两点间的距离,△x为两点间的时间间隔数与0.02s的乘积.这里必须明确所求的是哪两点之间的平均速度.
(2)粗略计算瞬时速度
某点E的瞬时速度可以粗略地由包含E点在内的两点间的平均速度来表示,如图所示,
或
.
【说明】在粗略计算E点的瞬时速度时,可利用
公式来求解,但需注意的是,如果取离E点越接近的两点来求平均速度,这个平均速度越接近E点的瞬时速度,但是距离过小会使测量误差增大,应根据实际情况选取这两个点.
各计数点的瞬时速度用平均速度来代替,即
,
…(△t为相邻两个计数点之间的时间间隔)
将各计数点对应的时刻及瞬时速度填入下表中:
计数点位置编号n
0
1
2
3
4
5
6
时间t/s
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
相邻两计数点间的距离s/m
对应计数点的速度v/(m·s-1)
5.由实验数据得到v-t图象
①如何由实验数据得出v-t图象
有了原始实验数据,如何更好地确定运动规律呢?
最好的方法是作v-t图象,具体的运动规律便能直接显现.
根据表格中的v、t数据,在直角坐标系中仔细描点.作一条直线,使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上,落不到直线上的各点,应均匀分布在直线的两侧,这条直线就是本次实验的v-t图象,它是一条倾斜的直线,如图所示.
②如何由实验得出的v-t图象进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律
可以从两条途径进行:
一是通过直接分析图象(如图所示)的特点得到.小车运动的v-t图象是一条倾斜的直线,那么当时间增加相同的值△t,速度也会增加相同的值△v.也就可得出结论:
小车的速度随时间均匀增加(或变化).
二是通过图象写出函数关系式进一步得到结论,既然小车的v-t图象是一条倾斜的直线,那么v随t变化的函数关系式为v=kt+b,显然v与t成“线性关系”小车的速度随时间均匀增加(或变化).
6.由纸带求加速度的方法
由图所示的纸带各计数点1、2、3、4、5…所对应的速度分别是v1、v2、v3、v4、v5…T为计数点间的时间间隔.
,
,
,…,
.
求加速度的平均值
从结果看,真正参与运算的只有v1和vn+1,中间各点的瞬时速度在运算中都未起作用.
方法二:
逐差法求
,
,
,则
这样可使各点的瞬时速度都参与了运算,可减小误差.比较两种方法,“方法二”比“方法一”好,一般不用方法一.
方法三:
由图象求加速度
由多组数据描绘出v-t图象,v-t图象的直线斜率即为物体运动的加速度.
三种方法中,最准确,科学的是方法三,不过较繁一点.
要点四、一些利用现代技术测速度的方法
除用打点计时器测速度外,还可用以下的方法进行测量:
(1)借助传感器用计算机测速度
如图所示是一种运动传感器的原理图,这个系统由A、B两个小盒子组成.将红外线、超声波发射器A盒固定在小车上,接收传感器B盒固定在某一位置并调整其高度与传感器A等高.小车上A盒发射器对着接收器B,并处在同一直线上.将接收传感器B探测到的红外线、超声波到达的时间差等数据输入计算机,利用专门软件可以分析小车的位移与时间的关系.将这些位移和对应的时间差再利用计算机进行处理,就可以分析小车的速度随时间的变化.根据小车的两个位置变化可求得△x,两位置的时间差为△t,则小车速度
.
(2)利用光电门测瞬时速度
实验装置如图所示,使一辆小车从一端垫高的木板上滑下,木板旁装有光电门,其中A管发出光线,B管接收光线.当固定在车上的遮光板通过光电门时,光线被阻挡,记录仪上可以直接读出光线被阻挡的时间.这段时问就是遮光板通过光电门的时间.根据遮光板的宽度△x和测出的时间△t,就可以算出遮光板通过光电门的平均速度
.由于遮光板的宽度△x很小,因此可以认为,这个平均速度就是小车通过光电门的瞬时速度.
(3)利用频闪照相分析计算物体的速度
频闪照相法是一种利用照相技术,每间隔一定时间曝光,从而形成间隔相同时间的影像的方法.在频闪照相中会用到频闪灯,它每隔相等时间闪光一次,例如每隔0.1s闪光一次,即每秒闪光10次.当物体运动时,利用频闪灯照明,照相机可以拍摄出该物体每隔相等时间所到达的位置.通过这种方法拍摄的照片称为频闪照片.
如图中是采用每秒闪光10次拍摄的小球沿斜面滚下的频闪照片,照片中每两个相邻小球的影像间隔的时间就是0.1s,这样便记录了物体运动的时间.而物体运动的位移则可以用尺子量出.
与打点计时器记录的信息相比,频闪灯的闪光频率相当于打点计时器打出的点迹.因此,运动物体的频闪照片既记录了物体运动的时间信息,又记录了物体运动的位移信息.至于求平均速度和瞬时速度,两者都是一样的.
【巩固练习】
一、选择题:
1.当纸带与运动物体连接时,打点计时器接通频率恒定的电源在纸带上打出一系列点迹.下列关于纸带上点迹的说法中,正确的是()
A.点迹越密集,说明物体运动越快B.点迹越密集,说明物体运动越慢
C.点迹越密集,说明振针打点越快D.点迹越密集,说明振针打点越慢
2.如图所示,根据打点计时器打出的纸带判断哪条纸带表示物体做匀速运动()
3.在一次常规体检中,某运动员心电图记录仪的出纸速度(纸带移动的速度)是2.0cm/s,如图所示每格边长是0.5cm,由此可知他的心率和他的心脏每跳一次所需的时间分别为()
A.约100次/min,1sB.约75次/min,0.8s
C.约80次/min,1.2sD.约60次/min,1s
4.有一身高为H的田径运动员正在进行100m国际比赛,在终点处,有一站在跑道旁边的摄影记者用照相机给他拍摄冲线运动,摄影记者使用的照相机的快门(曝光时间)是
.得到照片后测得照片中人的高度为h,胸前号码布上模糊部分的宽度是△L,由以上数据可以知道运动员的()
A.100m成绩B.冲线速度C.100m内的平均速度D.100m比赛过程中发生的位移大小
5.关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作,下列说法中不正确的是()
A.长木板不能侧向倾斜,但可一端高一端低
B.在释放小车前,小车应紧靠在打点计时器上
C.应先接通电源,待打点计时器开始打点后再释放小车
D.要在小车到达定滑轮前使小车停止运动
6.在实验中,下列关于计数点间时间间隔的说法中正确的是()
A.每隔四个点取一个计数点,则计数点间的时间间隔为0.10s
B.每隔四个点取一个计数点,则计数点间的时间间隔为0.08s
C.每隔五个点取一个计数点,则计数点间的时间间隔为0.08s
D.每隔五个点取一个计数点,则计数点问的时间间隔为0.10s
7.在“探究小车的速度随时间变化的规律”的实验中,为了减小测量小车运动加速度的相对误差,下列措施中哪些是有益的()
A.使小车运动的加速度尽量小一些
B.适当增加挂在细绳下的钩码的个数
C.在同样条件下,打出多条纸带,选其中一条最理想的进行测量和计算
D.舍去纸带上较密集的点,然后选取计数点,进行计算
8.在“研究匀变速直线运动”的实验中,下列方法有助于减少实验误差的是( )
A.选取计数点,把每打5个点的时间间隔作为一个时间单位
B.使小车运动的加速度尽量小些
C.舍去纸带上开始时密集的点,只利用点迹清晰、点间隔适当的那一部分进行测量、计算
D.适当增加挂在细绳下钩码的个数
9.小明同学在学习了DIS实验后,设计了一个测物体瞬时速度的实验,其装置如图所示.在小车上固定挡光片,使挡光片的前端与车头平齐,将光电门传感器固定在轨道侧面,垫高轨道的一端.小明同学将小车从该端同一位置由静止释放,获得了如下几组实验数据.
实验次数
不同的挡光片
能过光电门的时间/s
速度/
第一次
Ⅰ
0.23044
0.347
第二次
Ⅱ
0.17464
0.344
第三次
Ⅲ
0.11662
0.343
第四次
Ⅳ
0.05850
0.342
则以下表述正确的是()
①四个挡光片中,挡光片Ⅰ的宽度最小②四个挡光片中,挡光片Ⅳ的宽度最小③四次实验中,第一次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度④四次实验中,第四次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度
A.①③B.②③C.①④D.②④
二、填空题:
1.在研究匀变速直线运动的实验中,某同学操作以下实验步骤,其中错误或遗漏的步骤有(遗漏步骤可编上序号G、H、…)________
A.拉住纸带,将小车移至靠近打点计时器处放开纸带,再接通电源
B.将打点计时器固定在平板上,并接好电路
C.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下面吊着适当重的钩码
D.取下纸带
E.将平板一端抬高,轻推小车,使小车能在平板上做匀速运动
F.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔
将以上步骤完善后写出合理的步骤顺序_____________.
2.在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中,用打点计时器记录纸带运动的时间,计时器所用电源的频率为50Hz,如图所示是一次实验得到的一条纸带,纸带上每相邻的两计数点间都有四个点未画出,按时间顺序取0、1、2、3、4、5、6七个计数点,用刻度尺量出1、2、3、4、5、6点到0点的距离分别为1.40cm、3.55cm、6.45cm、10.15cm、14.55cm、19.70cm.由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度大小为v4=__________m/s,小车的加速度大小a=______m/s2.(结果保留三位有效数字)
3.某同学在测定匀变速直线运动的加速度时,得到了几条较为理想的纸带,已在每条纸带上每5个计时点取好了一个计数点,即两计数点之间的时间间隔为0.1s,依打点先后编为0、1、2、3、4、5.由于不小心,纸带被撕断了,如图所示.请根据给出的A、B、C、D四段纸带回答:
(填字母)
(1)从纸带A上撕下的那段应该是B、C、D三段纸带中的________.
(2)打A纸带时,物体的加速度大小是________m/s2.
4.在研究某物体的运动规律时,打点计时器打下如图所示的一条纸带.已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz,相邻两计数点间还有四个打点未画出.由纸带上的数据可知,打E点时物体的速度v=________,物体运动的加速度a=________(结果保留两位有效数字).
5.某同学在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验时,打点计时器所用电源的频率是50Hz,在实验中得到一条点迹清晰的纸带,他把某一点记作O,再选依次相邻的6个点作为测量点,分别标以A、B、C、D、E和F,如左图所示.
(1)如果测得C、D两点相距2.70cm,D、E两点相距2.90cm,则在打D点时小车的速度是________m/s.
(2)该同学分别算出打各点时小车的速度,然后根据数据在v-t坐标系中描点(如右图所示),由此可求得小车的加速度a=________m/s2.
6.某同学用打点计时器测量做匀加速直线运动的物体的加速度,电源频率f=50Hz.在纸带上打出的点中,选出零点,每隔4个点取1个计数点,因保存不当,纸带被污染,如图所示,A、B、C、D是依次排列的4个计数点,仅能读出其中3个计数点到零点的距离:
sA=16.6mm,sB=126.5mm,sD=624.5mm.
若无法再做实验,可由以上信息推知:
(1)相邻两计数点的时间间隔为________s;
(2)打C点时物体的速度大小为________m/s(取2位有效数字);
(3)物体的加速度大小为________(用sA、sB、sD和f表示).
【答案与解析】
一、选择题:
1.B
解析:
振针打点的周期相同,点迹越密说明在相同的打点周期内,纸带运动的距离越小,即纸带运动越慢,故选项B正确.
2.B
解析:
匀速直线运动时纸带上的点迹是均匀的,故只有选项B正确.
3.D
解析:
由题图可知,心跳一次纸带移动2.0cm,所用时间
,即每分钟跳动60次,D正确.
4.B、D
解析:
号码布上的模糊部分是闪光照片上人
时间内前进的位移,实际人前进的位移为
,因此可以知道
时间内运动员的平均速度,由于时间比较短,可用这段时间内的平均速度代表运动员冲线的速度,故选项B正确;没有测量运动员跑完100m的时间,故无法知道100m成绩和100m内的平均速度,所以选项A、C均错;100m比赛是直线运动,其位移大小为100m,故D选项正确.
5.B
解析:
实验过程中,一般长木板应平放,不能侧向倾斜,但适当一端高一端低,也是可以的,故A项正确.在释放小车前,小车应在靠近打点计时器处,不能紧靠在打点计时器上,故B项不正确.应先通电后再放小车,故c项正确.不要让小车碰在滑轮上.故D项正确.
6.A
7.B、C、D
解析:
满足纸带长度要求的前提下,应使加速度适当大一点,可使相同时间内的位移大一些,便于减小测量误差,所以A错.
8.ACD
解析:
选取的计数点间隔较大,在用直尺测量这些计数点间的间隔时,在测量绝对误差基本相同的情况下,相对误差较小,因此A项正确;在实验中,如果小车运动的加速度过小,打出的点很密,长度测量的相对误差较大,测量准确性降低,因此小车的加速度应适当大些,而使小车加速度增大的常见方法是适当增加挂在细绳下钩码的个数,以增大拉力,故B错,D对;为了减少长度测量的相对误差,舍去纸带上过于密集,甚至分辨不清的点,因此C项正确.
9.D
解析:
通过光电门的时间越短,越接近通过光电门的瞬时速度,速度不变的情况下,时间越短,说明通过的距离越小,因此②④正确.
二、填空题:
1.
(1)A中应先通电,再放开纸带;
(2)D中取下纸带前应先断开电源;
(3)补充步骤G:
换上新纸带,重复上述步骤三次步骤顺序为:
BFECADG
解析:
在用打点计时器研究匀变速直线运动的实验中,要先接通电源,再放开纸带;在取下纸带前要先断开电源;为了减小实验误差,要重复实验三次即打三条纸带,然后选择理想纸带进行处理.
2.0.405 0.756
3.
(1)C
(2)0.6
解析:
因小车做匀变速直线运动,加速度保持不变,打A纸带时,加速度
=0.6m/s2.
又小车运动的加速度:
,
则4、5两点间隔为:
x5=x2+3aT2=36.0×10-3m+3×0.6×0.12m
=54×10-3m
所以从纸带A上撕下的那段应是C.
4.0.25m/s 0.30m/s2
解析:
T=5×0.02s=0.1s,
,
5.
(1)1.40
(2)5.00
解析:
(1)根据匀变速直线运动的规律,打D点的速度等于CE段的平均速度,即
(2)根据描点作一条过原点的直线,直线的斜率即
为小车的加速度.图象如图所示,求出加速度为5.00m/s2.
6.
(1)0.1s
(2)2.5 (3)
解析:
(1)因相邻的两计数点间还有4个计时点,故
(2)由匀变速直线运动的特点可知:
.
(3)设
,
,
,则
,
,即
,
,故
,所以
.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 核心素养优化提升 高一物理必修1 双基全讲与全练清北必刷题 附答案详解 纸带问题分析 能力提升 核心 素养 优化 提升 物理 必修 双基全讲 全练清北必刷题 答案 详解 纸带 问题 分析 能力
链接地址:https://www.bingdoc.com/p-13139157.html