摘要:“类打点计时器”题型初探,主要研究了“墨滴”等时性、“匀速圆周运动”等时性、“闪光”等时性、“脉冲”等时性四方面内容,旨在培养学生创新意识,提高学生解题能力。
关键词:“类打点计时器”
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,它的身影随处可见:研究匀变速直线运动、验证牛顿第二定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律等等,通过一条纸带可以解读各类直线运动、牛顿运动定律、机械能守恒定律、动能定理等动力学的问题。
打点计时器的基本题型,都总结的非常透彻,烂熟于胸。类似打点计时器的题目,由于化了妆,令人目眩,只有将其卸了妆,才能识破真面目,本文做一个初步探讨。
具有如下特点的问题,可以归纳为“类打点计时器”题型。
1:纸带(或标尺等)反映了运动物体的位移和运动的时间
2:相邻两点时间间隔相等。
一:“滴墨”等时性
带滴墨水装置的小车每隔相等的时间滴一滴墨水,把小车放在铺有纸带的水平面上做直线运动,会在纸带上留下一系列墨水“滴痕”.小车先后两次向左做直线运动,得到两条有“滴痕”的纸带,如图所示.
(1)小车每隔相等的时间滴一滴墨水,表明小车在纸带上留下任意相邻两个“滴痕”的时间间隔______.(选填“相等”或“不相等”)
(2)由纸带甲的“滴痕”表明,小车在这段时间做______运动,此时小车在水平方向上受______(选填“平衡力”“非平衡力”),在运动过程中,小车的动能______.(选填“增大”“减小”或“不变”)
(3)由纸带乙的“滴痕”表明,小车在这段时间内的运动速度逐渐______(选填“减小”或“增大”)小车的动能______.(选填“增大”“减小”或“不变”)
解析:
(1) 因为小车每隔相等时间滴一滴墨水,所以相邻两个“滴痕”的时间间隔是相等的;
(2)由纸带甲的“滴痕”知:小车沿直线在相邻相等时间间隔内的路程相等,则小车在这段时间内做匀速直线运动;做匀速直线运动的物体受到的是平衡力的作用;
(3)由纸带乙的“滴痕”知:小车在相邻相等时间间隔内的路程越来越小,则小车运动的速度逐渐减小.
故答案为:(1)相等;(2)匀速直线;平衡力;不变;(3)减小;减小.
二、“匀速圆周运动”等时性
如图5甲所示,用包有白纸的质量为1.00kg的圆柱棒替代纸带和重物,蘸有颜料的毛笔固定在电动机上并随之转动,使之替代打点计时器。当烧断悬挂圆柱棒的线后,圆柱棒竖直自由下落,毛笔就在圆柱棒面上的纸上画出记号,如图5乙所示,设毛笔接触棒时不影响棒的运动。测得记号之间的距离依次为26.0mm、42.0mm、58.0mm、74.0mm、90.0mm、106.0mm,已知电动机铭牌上标有“1440r/min”字样,由此验证机械能守衡。根据以上内容。回答下列问题(计算结果保留三位有效数字):
(1)毛笔画相邻两条线的时间间隔T = s,图乙中的圆柱棒的 端是悬挂端(填左或右)。
(2)根据乙所给的数据,可知毛笔画下记号C时,圆柱棒下落的速度vc= m/s;画下记号D时,圆柱棒下落的速度vD= m/s;记号C、D之间棒的动能的变化量为 J,重力势能的变化量为 J(g=9.8m/s2)。由此可得出的结论是 。
解析
(1)
由于圆柱棒下降是做匀加速运动,所以速度不断增大,则悬挂点应在左端。
(2)
得
CD间动能的变化
CD间重力势能的变化
在误差允许的范围内,圆柱棒的机械能是守恒的。
三:“闪光”等时性
科技馆中有一个展品,如图6所示。在较暗处有一个不断均匀滴水的龙头。在一种特殊的灯光照射下,可观察到一个个下落的水滴。缓缓调节水滴下落的时间间隔到适当情况。可看到一种奇特的现象,水滴似乎不再往下落,而是固定在图中A、B、C、D四个位置不动,一般要出现这种现象,照明光应该满足(g=10m/s2) ( )
A.普通光即可
B.间隙发光,间隔时间为1.4s
C.间隙发光,间隙时间为0.14s
D.间隙发光,间隙时间为0.2s
解析
水滴做自由落体运动,由图6可知:
xAB=10cm,xBC=(40-10)cm=30cm,
XCD=(90-40)cm=50cm,xBC-xAB=xCD-xBC=20cm,
所以水滴从A到B与从B到C及C到D的时间相等,设为T。只要光源的发光时间间隔为T,我们就能看到题中所说的奇特的现象。
由得
答案:C
四、“脉冲”等时性
某人在医院做了一次心电图,结果如图所示。如果心电图仪卷动纸带的速度为1.5 m/min ,图中方格纸每小格长 1 mm ,则此人的心率为( )
A.80次/ min B.70次/ min C.60次/ min D.50次/ min
解析
由心电图可知,出现两个波峰之间的距离相等,所用的时间为
则此人每分钟心跳次数为
答案:C