有关打点计时器创新题型的解题指导23386.docx

有关打点计时器创新题型的解题指导打点计时器作为一个重要的实验工具，在高中物理学习过程中和高考中都占有重要的地位。如果以实验得到的一条纸带作为研究动力学的“根”，那么，通过一条纸带可以解读各类直线运动、牛顿运动定律、动量、机械能守恒定律、动能定理等动力学的问题。在近年高考中出现了许多涉及到打点计时器的创新题型，随着近年新课程改革和深入，在未来高考命题中会有更多的有关打点计时器的创新型命题出现。一、 关注考查打点计时器实验步骤的创新题型图1【例1】（220022年广东东）一个个有一定定厚度的的圆盘，可可以绕通通过中心心垂直于于盘面的的水平轴轴转动。用用下面的的方法测测量它匀匀速转动动的角速速度。实验器材：电磁打打点计时时器，米米尺，纸纸带，复复写纸片片。实验步骤：（1） 如图1所示示，将电电磁打点点计时器器固定在在桌面上上，将纸纸带的一一端穿过过打点计计时器的的限位孔孔后，固固定在待待测圆盘盘的侧面面上，使使得圆盘盘转动时时，纸带带可以卷卷在圆盘盘侧面上上。（2） 启动控制装装置使圆圆盘转动动，同时时接通电电源，打打点计时时器开始始打点。（3） 经过一段时时间，停停止转动动和打点点，取下下纸带，进进行测量量。由已知量量和测得得量表示示的角速速度的表表达式为为= 式中各量的的意义是是： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11图2单位：cm某次实验验测得圆圆盘半径径r =5.550×10-22m，得到到的纸带带的一段段如图22所示。求求得角速速度为: .解析（11）设圆圆盘匀速速转动的的角速度度为，圆盘盘的半径径为r。则则圆盘边边缘处的的线速度度跟纸带带水平前前进的速速度是相相等的。而而纸带前前进的速速度可以以利用纸纸带上打打下点的的情况求求出，由可得 T为电磁磁打点计计时器打打点的时时间间隔隔，r为圆盘盘的半径径，x1、x2是纸带带上选定定的两点点分别对对应的米米尺上的的刻度值值，n为选定定的两点点间的打打点数（含含两点）。（2）6.8 radd/s点评利利用打点点计时器器求转盘盘的角速速度，这这是本题题的创新新之处，转转盘边缘缘的线速速度与纸纸带的线线速度相相等是解解决本题题的关键键。此题题的实验验器材、和和实验步步骤是不不需要考考生判断断是否正正确的信信息，对对于此类类常规试试题略加加变化的的创新题题型，能能否有效效排除干干扰信息息，直指指问题关关键是高高考考查查能力的的一种全全新命题题方式。【例2】在在“验证牛牛顿第二二定律”的实验验中，下下面是按按实验要要求装置置好器材材后，进进行的实实验性步步骤：（1） 用天平测出出小车和和小桶的的质量。备备用砝码码，使小小车与砝砝码的总总质量远远大于小小桶与砂砂子的总总质量。（2） 挂上小桶，放放进砂子子，接通通打点计计时器的的电源、放放开小车车，在纸纸带上打打下一系系列的点点。（3） 保持小车的的质量不不变，改改变砂桶桶里砂子子的质量量，测出出加速度度，重复复几次。（4） 保持砂桶里里砂子质质量不变变，在小小车里加加砝码，测测出加速速度，重重复几次次。（5） 根据测量数数据，分分别画出出a-FF和a-1/mm的图线线。上述实验中中，漏掉掉一个重重要实验验步骤是是 。根据实验中中测得的的数据做做出a-F图线线，若做做出的aa-F图图线如图图3所示示，这是是由 造成成的；若若做出的的a-FF图线如如图3所所示，这这是由 造成成的。aOF图4aOF图3解析（11）平衡衡摩擦力力，将长长木板不不带滑轮轮一端垫垫一小木木板，移移动小木木板，使使小车在在长板上上匀速直直线运动动。（22）平衡衡摩擦力力时木板板倾角过过大，小小车重力力沿斜面面的分力力大于小小车所受受摩擦力力；实际际的外力力比小桶桶和砂子子的质量量小。点评本本题考查查实验步步骤是常常规题，对对图象的的判断是是本题的的创新之之处，由由此可以以变化出出许多新新的题型型，关键键是同学学在学习习过程中中善于归归纳和总总结。二、关注类类似于打打点计时时器新器器材的命命题图5【例3】如如图5甲所示示，用包包有白纸纸的质量量为1.00kkg的圆圆柱棒替替代纸带带和重物物，蘸有有颜料的的毛笔固固定在电电动机上上并随之之转动，使使之替代代打点计计时器。当当烧断悬悬挂圆柱柱棒的线线后，圆圆柱棒竖竖直自由由下落，毛毛笔就在在圆柱棒棒面上的的纸上画画出记号号，如图图5乙所示示，设毛毛笔接触触棒时不不影响棒棒的运动动。测得得记号之之间的距距离依次次为266.0mmm、42.0mmm、58.0mmm、74.0mmm、90.0mmm、1066.0mmm，已已知电动动机铭牌牌上标有有“14440r/minn”字样，由由此验证证机械能能守衡。根根据以上上内容。回回答下列列问题（计计算结果果保留三三位有效效数字）：（1）毛笔笔画相邻邻两条线线的时间间间隔TT = ss，图乙乙中的圆圆柱棒的的 端是悬悬挂端（填填左或右右）。（2）根据据乙所给给的数据据，可知知毛笔画画下记号号C时，圆圆柱棒下下落的速速度vc= mm/s；画下记记号D时，圆圆柱棒下下落的速速度vD= mm/s；记号CC、D之间棒棒的动能能的变化化量为 J，重重力势能能的变化化量为 J（g=9.88m/ss2）。由由此可得得出的结结论是 。解析（11） 由于圆柱棒棒下降是是做匀加加速运动动，所以以速度不不断增大大，则悬悬挂点应应在左端端。（2）得CD间动能能的变化化CD间重力力势能的的变化在误差允许许的范围围内，圆圆柱棒的的机械能能是守恒恒的。点评本本题考查查学生对对纸带处处理一般般的方法和对实际际问题的的处理能能力，把把打点计计时器和和纸带变变成电机机、毛笔笔和长木木板是本本题的创创新之处处，由此此可引导导学生在在实际生生活中寻寻求更多多的类似似“打点计计时器”。【例4】科科技馆中中有一个个展品，如如图6所示。在在较暗处处有一个个不断均均匀滴水水的龙头头。在一一种特殊殊的灯光光照射下下，可观观察到一一个个下下落的水水滴。缓缓缓调节节水滴下下落的时时间间隔隔到适当当情况。可可看到一一种奇特特的现象象，水滴滴似乎不不再往下下落，而而是固定定在图中中A、BB、C、DD四个位位置不动动，一般般要出现现这种现现象，照照明光应应该满足足（g=10mm/s2） ( )A普通光光即可 0104090ABCD(单位:cm)图6光源B.间隙发发光，间间隔时间间为1.4sC间隙发发光，间间隙时间间为0.14ss D.间隙发发光，间间隙时间间为0.2s解析：水滴滴做自由由落体运运动，由由图6可知xAB=110cmm,xBCC=(440-110)ccm=330cmm, XXCD=(90-40)cm=50ccm,xxBC-xxAB=xxCD-xxBC=20ccm,所以水滴从从A到BB与从BB到C及及C到DD的时间间相等，设设为T。只只要光源源的发光光时间间间隔为TT，我们们就能看看到题中中所说的的奇特的的现象。由得答案：C点评本本题又给给我们提提供了一一个全新新的打点点计时器器，由此此类打点点计时器器可以想想到用频频闪仪照照小球下下落的实实验、滴滴水法测测重力加加速度、用用数码相相机连拍拍功能拍拍的匀变变速运动动物体、雷雷达测速速仪、气气垫导轨轨上用光光电门测测速等类类似的实实验，这这样打点点计时器器的家族族就扩大大了许多多，在高高考中命命题也就就不在局局限于实实验题了了，可以以是选择择是、计计算题、探究题题、也可以以让学生生进行一一下创新新实验的的设计等等。因此此，同时时要注意意相关能能力的培培养和提提高，这这对提高高高考应应试能力力有很大大帮助。三、关注新新型实验验器材中中“纸带”类问题题的处理理【例5】某某人在医医院做了了一次心心电图，结结果如图图所示。如如果心电电图仪卷卷动纸带带的速度度为1.5 mm/miin ，图图中方格格纸每小小格长 1 mmm ，则则此人的的心率为为（ ）1070203040506080图7A.80次次/ mmin B.70次次/ mmin C.660次/ miin D.550次/ miin 解析由由心电图图可知，出出现两个波峰峰之间的的距离相相等，所所用的时时间为b000显示屏光电门光电计时器图8a则此人每分分钟心跳跳次数为为答案：C点评此此题的创创新之处处在于把把心电图图引入到到试题之之中，从从生活中中提取信信息，用用物理学学的原理理进行解解读，这这正是新新课标理理念下对对物理学学习提出出新的要要求，创创新产生生与平时时对生活活的观察察与思考考，这正正是本题题给我们们的启迪迪。【例6】光光电计时时器是一一种研究究物体运运动情况况的常用用计时仪仪器，其其结构如如图8所示，aa、b分别是是光电门门的激光光发射和和接收装装置，当当有物体体从a、b间通过过时，光光电计时时器就可可以显示示物体的的挡光时时间。图10图912l利用如图99所示装装置测量量滑块与与长1mm左右的的木板间间动摩擦擦因数及及被压缩缩弹簧的的弹性势势能，图图中木板板固定在在水平面面上，木木板的左左壁固定定有一个个处于锁锁定状态态的压缩缩轻弹簧簧（弹簧簧长度与与木板相相比可忽忽略），弹弹簧右端端与滑块块接触，1和2是固定在木板上适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出。现使弹簧解除锁定，滑块获得一定的初速度后，水平向右运动，光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为2.0×10-2s和5.0×10-2s，用游标卡尺测量小滑块的宽度d，卡尺示数如图10所示. （1）读读出滑块块的宽度度d= cmm.（2）滑块块通过光光电门11的速度度v1= m/s；滑滑动通过过光电门门2的速度度v2= mm/s；（3）若用用米尺测测量出两两个光电电门之间间的距离离为l，已知知当地的的重力加加速为gg，则滑滑块与木木板动摩摩擦因数数表达式式为 （各各量均用用字母表表示）。（4）若用用米尺测测量出滑滑块初始始位置到到光电门门2的距离离为S，为测测量被压压缩弹簧簧的弹性性势能，还还需测量量的物理理量是 （说说明其含含义，并并指明代代表物理理量的字字母），被被压缩弹弹簧的弹弹性势能能可表示示为 （各量量均用字字母表示示）。解析（1）游标卡卡尺的读读数为55.500cm （2）滑块块通过第第一个光光电门的的平均速速度滑块通过第第二个光光电门的的平均速速度（3）对于于滑块由由牛顿第第二定律律得由运动学关关系得 （4） 还需测量的的物理量量是滑块块的质量量m，根据功功能原理理，弹簧压压缩最短短时的弹弹性势能能Ep全部转转化为滑滑块的动动能和克克服摩擦擦力做功功，滑块块由初始始位置到到光电门门2位置置时有 点评本题叙叙述过程程较复杂，是是近年高高考中经经常出现现信息题题的一种种，如何何学会正正确阅读读信息题题这是近近年高考考命题者者常思考考的一个个重要问问题，专专家们想想通过这这类命题题来引导导学生提提高阅读读和理解解能力，学学会化繁繁为简，这这也是提提高创新新能力的的重要途途径之一一。P1n1甲p2n2乙图11【例7】雷雷达是利利用电磁磁波来测测定物体体的位置置和速度度的设备备，它可可以向一一定方向向发射不不连续的的尖形电电磁波，当当遇到障障碍物时时，在荧荧光屏上上会接收收到一个个尖形波波。某型型号防空空雷达某某时刻发发射一个个雷达波波p1,在雷雷达监视视屏上接接收到的的雷达波波形如图图11甲甲n1所示，330s后后在同方方向上显显示的发发射波pp2和接收收波形nn2如图55乙所示示。已知知雷达监监视屏上上相邻刻刻线间表表示时间间间隔为为10-4s，电电磁波在在空气中中传播的的速度为为3×108m/s，则则被监视视的目标标的速度度最接近近（ ）A12000m/s B.9000m/ss CC.5000m/s DD.3000m/s解析电电磁波pp1与障碍碍物的距距离电磁波p22与障碍碍物的距距离被监视的目目标的速速度点评把把雷达接接收到的的尖端电电磁波看看作是打打点计时时器打到到纸带上上的点，然然后根据据运动学学规律进进行数据据处理，看看来学习习物理只只要掌握握了基本本方法，很很多问题题都很好好解决的的。这就就向我们们学走路路一样，只只要会迈迈步，那那么转弯弯、上下下坡照走走就是了了，学物物理道理理也是如如此。【例8】（2200年年上海）两两木块自自左向右右运动，现现用高速速摄影机机在同一一底片上上多次曝曝光，记记录下木木块每次次日光时时的位置置，如图图12所所示，连连续两次次曝光的的时间间间隔是相相等的，由由图可知知（ ）A在时刻刻t2以及时时刻t55两木块块速度相相同B在时刻刻t1两木块块速度相相同C在时刻刻t3和时刻刻t4之间某某瞬间两两木块速速度相同同D在时刻刻t4和时刻刻t5之间某某瞬间两两木块速速度相同同t2t2t1t1t3t3t4t4t5t5t7t7t6t6图12解析由由图122看出：上边那那个物体体相邻相相等时间间内的位位移之差差为恒量量，可以以判定其其做匀加加速直线线运动；下边那那个物体体明显地地做匀速速运动。由由于时刻刻t2及时刻刻t5两物体体位置相相同，这这表明这这段时间间内它们们的位移移相同，因因此其中中间时刻刻的即时时速度相相等，这这个中间间时刻显显然在tt3、t4之间，因因此本题题选C。答案：C 点点评此此题的底底片又成成了我们们研究问问题的一一条纸带带，看来来如果抓抓住了纸纸带这个个根，然然后认真真观察、认认真思考考，很多多动力学学问题都都可以归归类到与一一条小小小纸带相相关的简简单问题题，如果果把纸带带看作动力力学的一一个根，那那完全可可以从这这个打点点计时器器和纸带带这个“根”找到根根深叶茂茂的物理理动力学学的知识识之树。【关于“题题根”理论的的说明】“题根”理论是特级教师，享受国务院政府特殊津贴的教育专家，中国数学学会普及教育工作会员。北京师范大学教育科学研究所课改专题研究员万尔遐老师首先提出的，他是在目前高考竞争日益激烈、各种辅导资料多如牛毛，学生在题海中苦苦挣扎的形势下提出的。万老师认为要想让学生提高素质，脱离题海之苦，就必须寻找各类试题的“根”，找到解题最基本的题型、最基本的思路、最简单解法，这就是各类试题的“根”。“题根”理论提出者认为学习就向人学走路一样，现在各种题海是在教学生如何走路的同时，还在教学生如何转弯、上坡、下坡、举手投足，已经关注到了所有细微之处，这样培养的学生缺少了许多能力。而“题根”理论要求教会学生怎样走路就行了，至于各种路如何走，学生会在实践中自己体会的。目前，“题根”理论研究已经成为教育部主管、北师大方办的高中数理化杂志社的重要研究课题之一。本文是通过打点计时器这个动力学中常用的实验仪器进行探索性的文章之一，笔者衷心的希望此文能为“题根”理论在高考备考中启到抛砖引玉的作用，为造福与考生献一分微薄之力。