打点计时器及其纸带数据处理
高中物理必修一常考题型 一、直线运动 1、xt图像与vt图像 2、纸带问题 3、追及与相遇问题 4、水滴下落问题（自由落体） 二、力 1、滑动摩擦力的判断 2、利用正交分解法求解 3、动态和极值问题 三、牛顿定律 1、力、速度、加速度的关系； 2、整体法与隔离法 3、瞬时加速度问题 4、绳活结问题 5、超重失重 6、临界、极值问题 7、与牛顿定律结合的追及问题 8、传送带问题 9、牛二的推广 10、板块问题 11、竖直弹簧模型
一、直线运动 1、xt图像与vt图像 2014生全国（2） 14.甲乙两汽车在一平直公路上同向行驶。在t=0到t=t1的时间内，它们的v-t图像如图所示。 在这段时间内 A.汽车甲的平均速度比乙大 B.汽车乙的平均速度等于 22 1v v C.甲乙两汽车的位移相同 D.汽车甲的加速度大小逐渐减小，汽车乙的加速度大小逐渐增大 2016全国（1） 21.甲、乙两车在平直公路上同向行驶，其v-t图像如图所示。已知两车在t=3s时并排行驶，则 A.在t=1s时，甲车在乙车后 B.在t=0时，甲车在乙车前7.5m C．两车另一次并排行驶的时刻是t=2s D.甲、乙两车两次并排行驶的位置之间沿公路方向的距离 为40m 2、纸带问题 【2012年广州调研】34．（18分）(1) 用如图a所示的装置“验证机械能守恒定律”①下列物理量需要测量的是__________、通过计算得到的是_____________（填写代号）A．重锤质量B．重力加速度 C．重锤下落的高度 D．与下落高度对应的重锤的瞬时速度②设重锤质量为m、打点计时器的打点周期为T、重力加速度为g．图b是实验得到的一条纸带，A、B、C、D、E为相邻的连续点．根据测得的s1、s2、s3、s4写出重物由B点到D点势能减少量的表达式__________，动能增量的表达式__________．由于重锤下落时要克服阻力做功，所以该实验的动能增量总是__________（填“大于”、“等于”或“小于”）重力势能的减小量
电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，其工作电压是4~6V，电源的频率是50Hz，它每隔0.02s打一次点。 电火花计时器是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示出点迹的计时仪器，使用220V交流电压，当频率为50Hz时，它每隔0.02s打一次点，电火花计时器工作时，指导运动所受到的阻力比较小，它比电磁打点计时器实验误差小。 电磁打点计时器：1.打点计时器使用的电源必须是交流电源，且电压是6~9V。 2.打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点，如遇到打出的是小横线线，应调整振针具复写纸片的高度，使之大一点。 3.使用打点计时器，应先接通电源，待打点计时器稳定后再放开纸带。 使用电火花计时器时，1应注意把两条白纸带正确穿好，墨粉纸盘夹在两纸带之间；使用打点计时器时，应让纸带通过限位孔，压在复写纸下面。 2复写纸不要装反，每打完一条纸带，应调整一下复写纸的位置，若还不够清晰，考虑更换复写纸。 3处理纸带时，密集点的位移差值测量起来误差大，故应舍去。 编辑本段电火花计时器与电磁打点计时器的比较 这两种计时器的共同点是在纸带上记录运动物体的“时——空”分布信息，计时基准都是取自家用电的周期，在我国每两个点之间的时间间隔为0．02秒，因而有相同的数据采集方法与数据整理分析方法，并可与斜面小车、轨道小车等配套使用，但在可靠性、准确性以及课时利用率等方面，则有很大的差别。电火花计时器成功地克服了电磁打点计时器的缺点。， 电火花打点计时器： 1.把电火花计时器固定在桌子上，检查墨粉纸盘是否已经正确地套再纸盘轴上，检查两条白纸带是否已经正确地穿好，墨粉纸盘是否夹再两条纸带之间。 2.把计时器上的电源插头插在交流220V电源插座上。 3.按下脉冲输出开关，用守水平地拉动拉动两条纸带，纸带上就打上一列小点。 电磁打点计时器： 1.把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过两个限位孔，压在复写纸的下面。 2.把电磁打点计时器的两个接线柱用导线分别与6V的低压交流电源的接线柱相连接. 3.闭合电源开关，用手水平地拉动纸带，纸带上就打上一列小点
高中物理中的临界与极值问题 宝鸡文理学院附中何治博 一、临界与极值概念所谓物理临界问题是指各种物理变化过程中，随着条件的逐渐变化，数量积累达到一定程度就会引起某种物理现象的发生，即从一种状态变化为另一种状态发生质的变化（如全反射、光电效应、超导现象、线端小球在竖直面内的圆周运动临界速度等），这种物理现象恰好发生（或恰好不发生）的过度转折点即是物理中的临界状态。与之相关的临界状态恰好发生（或恰好不发生）的条件即是临界条件，有关此类条件与结果研究的问题称为临界问题，它是哲学中所讲的量变与质变规律在物理学中的具体反映。极值问题则是指物理变化过程中，随着条件数量连续渐变越过临界位置时或条件数量连续渐变取边界值（也称端点值）时，会使得某物理量达到最大（或最小）的现象，有关此类物理现象及其发生条件研究的问题称为极值问题。临界与极值问题虽是两类不同的问题，但往往互为条件，即临界状态时物理量往往取得极值，反之某物理量取极值时恰好就是物理现象发生转折的临界状态，除非该极值是单调函数的边界值。因此从某种意义上讲，这两类问题的界线又显得非常的模糊，并非泾渭分明。 高中物理中的临界与极值问题，虽然没有在教学大纲或考试说明中明确提出，但近年高考试题中却频频出现。从以往的试题形式来看，有些直接在题干中常用“恰好”、“最大”、“至少”、“不相撞”、“不脱离”……等
词语对临界状态给出了明确的暗示，审题时，要抓住这些特定的词语发掘其内含的物理规律，找出相应的临界条件。也有一些临界问题中并不显含上述常见的“临界术语”，具有一定的隐蔽性，解题灵活性较大，审题时应力图还原习题的物理情景，周密讨论状态的变化。可用极限法把物理问题或物理过程推向极端，从而将临界状态及临界条件显性化；或用假设的方法，假设出现某种临界状态，分析物体的受力情况及运动状态与题设是否相符，最后再根据实际情况进行处理；也可用数学函数极值法找出临界状态，然后抓住临界状态的特征，找到正确的解题方向。从以往试题的内容来看，对于物理临界问题的考查主要集中在力和运动的关系部分，对于极值问题的考查则主要集中在力学或电学等权重较大的部分。 二、常见临界状态及极值条件解答临界与极值问题的关键是寻找相关条件，为了提高解题速度，可以理解并记住一些常见的重要临界状态及极值条件： 1.雨水从水平长度一定的光滑斜面形屋顶流淌时间最短——屋面倾角 为0 45 2.从长斜面上某点平抛出的物体距离斜面最远——速度与斜面平行时 刻 3.物体以初速度沿固定斜面恰好能匀速下滑（物体冲上固定斜面时恰 好不再滑下）—μ=tgθ。 4.物体刚好滑动——静摩擦力达到最大值。
《打点计时器的使用及相关计算》专题 命题人：王树斌 班级：姓名： 一、知识要点： 1、打点计时器构造及原理： 1）、电磁打点计时器是一种使用电源的计时仪器，其工作电压约为 V，电火花计时器的工作电压是 V。通常打点的时间间隔为 s.如果每打5个取一个计数点，即相邻两个计数点间的时间间隔为________秒。 2）、根据图所示的打点计时器构造图，指出各主要部件的名称：①____，②____，③____，④____，⑤____，⑥____，⑦____，⑧____，⑨____ 2、相关计算： 1)、通过打点计时器在纸带上打点(或照像法记录在底片上)来研究物体的运动规律：此方法称留迹法。 2）、初速无论是否为零,只要是匀变速直线运动的质点,就具有下面两个很重要的特点： 在连续相邻相等时间间隔内的位移之差为一常数； s = aT2（判断物体是否作匀变速运动的依据）。中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度。 3）、注意： ⑴、判断物体是否作匀变速直线运动的方法 ⑵、求平均速度的方法、 ⑶、求a方法： （4）、根据各计数点的速度画出图线,图线的斜率等于a； （5）、求某一段位移 4）、易出错的地方： （1）、找位移关系时容易出错：相等时间间隔的位移 （2）、找时间关系时容易出错：计时点和计数点的区别 （3）、计算中未统一单位容易出错：纸带上通常以厘米为单位
二、针对训练： 1、根据电磁打点计时器的工作原理可知，影响其打点周期的主要因素是（ ） A.振片的长度 B.振针的长度 C.电源的频率 D.电源的电压 2、在“练习使用打点计时器”的实验中，确定纸带上的点表示的运动是匀速直线运动还是变速直线运动时：（ ） A 、可以根据测出每相邻两点间的距离，看其是否都相等来判断； B 、应通过测出纸带表示的运动的全路程来判断； C 、必须通过计算任意两点间的平均速度来判断； D 、必须通过计算全程的平均速度来判断。 3、用打点计时器研究纸带的运动规律时，在拉动纸带和合上电源开关两个操作中，应当先进行的操作是：（ ） A 、先拉动纸带； B 、先合下开关； C 、拉动纸带和合下开关同时进行； D 、先进行哪个操作都可以。 4．下列关于打点计时器说法正确的是（ ） A ．在处理数据时，纸带上的点一定要每五个点选一个 B ．电磁打点计时器和电火花计时器统称为打点计时器 C ．电磁打点计时器使用的电源是6V 以下低压，故可用4节干电池供电 D ．在纸带上打点时候必须先接通电源，让打点计时器工作一段时间稳定后再进行拉纸带或让小车带动纸带运动，次序不能颠倒 5、利用打点计时器测定物体做匀变速直线运动的加速度时，在纸带上所打的一系列的点如图，各相邻记数点之间的距离分别为s 1、s 2、s 3、s 4、……，则下面各关系式中正确的是（ ） A 、s 2- s 1=aT 2 B 、s 3-s 1=3aT 2 C 、s 2-s 1=s 3-s 2 D 、s 3-s 2=aT 2/2 6、在研究匀变速直线运动的实验中，如图为记录小车运动情况的纸带，图中A 、B 、C 、D 、E 为相邻的记数点，相邻记数点间的时间间隔t=0.1s 。根据 可判断小车做 运动。根据 计算各点瞬时速度，且V B = m/s 。小车运动的加速度是 。 7. 研究“匀变速直线运动”的实验中，打点计时器在纸带上打出一系列的点如图所示，每两点之间有4个记时点，其中OA=0.9cm ，OB=2.4cm ，OC=4.5cm ，OD=7.2cm ，求纸带加速度=a ，A 点的瞬时速 度是=A v 。 8、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 ，图为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 六个计数点，用米尺量出1、2、3、4、
专题十、实验（一）：打点计时器和纸带的处理 一、典例精析： 例1某同学在做“测定匀变速直线运动的加速度”实验时，从打下的若干纸带中选出了如图所示的一条 （每两点间还有4个点没有画出来），图中上部的数字为相邻两个计数点间的距离。打点计时器的电源频率为50Hz。 5.007.109.1010.8 1 12.7015.1[0单 1 O ■J* * A ■- E t 1 3 C ■ ■ D * ‘I p ? E F 由这些已知数据计算：①该匀变速直线运动的加速度a=_l.93 _m/s2。②与纸带上D点相对应的瞬时速度 A. ①③ B.②③ C.①④ D.②④ 例3、“研究匀变速直线运动”的实验中，使用电磁式打点计时器（所用交流电的频率为50Hz），得到如图8 所示的纸带图中的点为计数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，下列表述正确的是（C） A.实验时应先放开纸带再接通电源 B . （S6 —S）等于（S2 —S）的6 倍 C.从纸带可求出计数点B对应的速率 v=___1.39 __ m/s。（答案均要求保留3位有效数字） 例2、小明同学在学习了DIS实验后，设计了一个测物体瞬 速度的实验，其装置如下图所示。在小车上固定挡光片，使光片的前 端与车头齐平、将光电门传感器固定在轨道侧面，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, 得了如下几组实验数据。 则以下表述正确的是（D） 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W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 实验不同的通过光电门的时间速度 次数挡光片(s ) (m/s) 第一次I0.230440.347 第二次n0.174640.344 第三次出0.116620.343 第四次IV0.058500.342
物理中的极值问题 武穴育才高中 刘敬 随着高考新课程改革的深入及素质教育的全面推广，物理极值问题成为中学物理教学的一个重要内容，作为对理解、推理及运算能力都有很高要求的物理学科，如何提高提高学生思维水平，运用数学知识解决物理问题的能力，加强各学科之间的联系，本文筛选出典型范例剖析，从中进行归纳总结。 极值问题常出现如至少、最大、最短、最长等关键词，通常涉及到数学知识有：二次函数配方法，判别式法,不等式法，三角函数法,求导法,几何作图法如点到直线的垂线距离最短,圆的知识等等。 1．配方法：a b ac a b x a c bx ax 44)2(2 22 -++=++ 当a ＞0时，当2b x a =-时，y min =a b a c 442- 当a ＜0时当2b x a =-时，y max =a b a c 442- 2.判别式法：二次函数令0≥?，方程有解求极值. 3.利用均值不等式法：ab 2b a ≥+ a=b 时， y min =2ab 4.三角函数法：θθcos sin b a y +==)sin(22θ?++b a 当090=+θ?，22max b a y += 此时，b a arctan =θ 也可用求导法：b a b a y arctan 0sin cos ==-='θθθ，得令 5.求导法：对于数学中的连续函数，我们可以通过求导数的方式求函数的最大值或最小值.由二阶导数判断极值的方法．某点一阶导数为0，二阶导数大于0，说明一阶导数为增函数，判断为最小值；反之，某点一阶导数为0，二阶导数小于0，说明一阶导数为单调减函数，判断此点为最大值． 6.用图象法求极值 通过分析物理过程所遵循的物理规律，找到变量之间的函数关系，作出其图象，由图象求极值。 7.几何作图法 研究复合场中的运动，可将重力和电场力合成后，建立直角坐标系，按等效重力场处理问题。 研究力和运动合成和分解中，可选择合适参考系，将速度及加速度合成，结合矢量三角形处理问题。 例1.木块以速度v 0=12m ／s 沿光滑曲面滑行，上升到顶部水平的跳板后飞出，求跳板高度h 多大时， 木块飞行的水平距离s 最大?最大水平距离s 是多少?(g=10 m ／s 2)。 解：2202121mv mgh mv =+, vt s =得：22022020)4()4(22)2(g v h g v g h gh v s --=-=
精心整理 打点计时器及纸带处理 1．张强同学在做“研究匀变速直线运动”实验时打出纸带如图6所示，舍去前面较密集的点，取O为起始位置，每隔五个间隔为一个计数点，则在A、B、C三个计数点处的瞬时速度分别为v A＝______，v B＝______，v C＝______(图中刻度尺的最小刻度为mm)，整个运动中的平均速度是______． 2． 3、（1 用在纸带上打出点迹的，它接的是V交流电源，当使用的交流电源频率是 点． （2）一辆小车沿一条直线运动，车上放着盛水的滴漏，每隔 G 4 0、13=3.62 cm，3 5点 5点开始每测得OA= t/s 答案：0.11.20.26 6．山东省实验中学在“研究匀变速直线运动”的实验中所使用的电源是50H Z的交流电，某同学打好三条纸带，选取其中最好的一条，其中一段如图所示。图中A、B、C、D、E为计数点，相邻两个计数点间有四个点未画出。
根据纸带可计算出各计数点的瞬时速度，则V B =________m/s,并计算纸带所对应小车的加速度a=m/s 2（本题结果均要求保留三位有效数字） 答案： 7取了 （1（2（3（48． 9.、G 大小：_______________m/s ；(2)纸带运动的加速度大小：________________m/s 。(结果保留3位有效数字) 答案：1.18 m/s ；1.50 m/s 2。 10．江苏省马塘中学（6分）在测定匀变速直线运动加速度的实验中，选定一条纸带如图所示，从0点开始，每9.50 11.00 12.55 14.00 15.50 17.05 单位：cm A B C D E F G s
动力学中的临界极值问题的处理
动力学中临界极值问题的处理及分析 物理学中的临界和极值问题牵涉到一定条件下寻求最佳结果或讨论其物理过程范围的问题，此类问题通常难度较大技巧性强，所涉及的内容往往与动力学、力学密切相关，综合性强。在高考命题中经常以压轴题的形式出现，临界和极值问题是每年高考必考的内容之一。 一．解决动力学中临界极值问题的基本思路 所谓临界问题是指当某种物理现象（或物理状态）变为另一种物理现象（或另一物理状态）的转折状态叫临界状态．可理解成“恰好出现”或“恰好不出现”．某种物理现象转化为另一种物理现象的转折状态称为临界状态。至于是“出现”还是“不出现”，需视具体问题而定。极值问题则是在满足一定的条件下，某物理量出现极大值或极小值的情况。临界问题往往是和极值问题联系在一起的。 解决此类问题重在形成清晰的物理图景，分析清楚物理过程，从而找出临界条件或达到极值的条件，要特别注意可能出现的多种情况。动力学中的临界和极值是物理中的常见题型，同学们在刚刚学过的必修1中匀变速运动规律、共点力平衡、牛顿运动定律中都涉及到临界和极值问题。在解决临办极值问题 注意以下几点：○1临界点是一个特殊的转换状态，是物理过程发生变化的转折点，在这个转折点上，系统的一些物理量达到极值。○2临界点的两侧，物体的受力情况、变化规律、运动状态一般要发生改变，能否用变化的观点正确分析其运动规律是求解这类题目的关键，而临界点的确定是基础。○3许多临界问题 常在题目的叙述中出现“恰好”、“最大”、“至少”、“不相撞”、“不脱离”……等词句对临界问题给出了明确的暗示，审题是只要抓住这些特定词语 其内含规律就能找到临界条件。○4有时，某些临界问题中并不包含常见的临界 术语，但审题时发现某个物理量在变化过程中会发生突变，如运动中汽车做匀 减速运动类问题，则该物理量突变时物体所处的状态即为临界状态。○5临界问 题通常具有一定的隐蔽性，解题灵活性较大，审题时应力图还原习题的物理情 景，抓住临界状态的特征，找到正确的解题方向。○6确定临界点一般用极端分 析法，即把问题（物理过程）推到极端，分析在极端情况下可能出现的状态和满足的条件。解题常用的思路用矢量法、三角函数法、一元二次方程判别式法或根据物理过程的特点求极值法等。 二．匀变速运动规律中与临界极值相关问题的解读 在质点做匀变速运动中涉及到临界与极值的问题主要有“相遇”、“追及”、“最大距离”、“最小距离”、“最大速度”、“最小速度”等。 【例1】速度大小是5m/s的甲、乙两列火车，在同一直线上相向而行。当它们相隔2000m时，一只鸟以10m/s的速度离开甲车头向乙车头飞去，当到达乙车车头时立即返回，并这样连续在两车间来回飞着。问： （1）当两车头相遇时，这鸟共飞行多少时间？
怀仁名师教育高一物理学案 打点计时器、运动学公式 知识点：打点计时器的介绍基本使用 一、了解打点计时器（打点计时器是计时仪器） 1．作用及分类 打点计时器是一种使用________电源的计时仪器，当电源频率为50 Hz时，它每隔________打一次点．打点计时器和纸带配合，可以记录物体运动的时间及在一段时间内的________．供高中学生实验用的计时器有________打点计时器和________打点计时器两种． 2．电磁打点计时器 ①工作电压：________以下的交流电源； ②原理：接通交流电源后，在线圈和永久磁铁的作用下，________便振动起来，带动其上的________上下振动．这时，如果纸带运动，振针就通过复写纸在纸带上留下一行小点． 3．电火花计时器 ①工作电压：________交流电源； ②原理：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． 4．两种计时器误差比较，________计时器使用中运动阻力极小，因而系统误差较小．5.使用打点计时器应注意哪些事项？ 6.纸带上的计时点和计数点的区分。
7.测量各计数点间的距离时，逐个测量较好还是一次测出各计数点到起始计数点O的距离，再计算各计数点间的距离较好？（刻度尺的读数） 8.纸带上平均速度的计算和某点瞬时速度的计算。 二、现代科技仪器测速度 1．借助传感器用计算机测速度 2．光电门测速度 例题一：如图所示，滑块在牵引力作用下先后通过两 个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光板通过第一 个光电门的时间Δt1＝0.29 s，通过第二个光电门的时 间Δt2＝0.11 s，已知遮光板的宽度为3.0 cm，分别求 滑块通过第一个光电门和第二个光电门时的速度大小． 3．利用频闪照相分析计算物体的速度 例题二：下图是采用每秒闪光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0.1 s，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．
物理中的极值问题 1．物理中的极值问题： 物理试题常出现如：至少、最大、最短、最长等物理量的计算，这类问题就属于极值问题。其处理是高考试题中是常见的，本专题以此作为重点，试图找出处理该问题的一般方法。 2．物理中极值的数学工具： （1）y=ax 2 +bx+c 当a ＞0时，函数有极小值 y m in =a b a c 442 - 当a ＜0时，函数有极大值 y m ax =a b a c 442 - （2）y= x a +b x 当ab =x 2 时，有最小值 y m in =2ab （3）y=a sin θ+b cos θ=22b a + sin （)θ?+ 当θ?+=90°时，函数有最大值。 y m ax =22b a + 此时，θ=90°-arctan a b （4）y =a sin θcon θ= 21a sin2θ 当θ=45°时，有最大值：y m ax =2 1a 3．处理方法： （1）物理型方法： 就是根据对物理现象的分析与判断，找出物理过程中出现极值的条件，这个分析过程，既可以用物理规律的动态分析方法，也何以用物理图像发热方法（s-t 图或v-t 图）进而求出极值的大小。该方法过程简单，思路清晰，分析物理过程是处理问题的关键。 （2）数学型方法： 就是根据物理现象，建立物理模型，利用物理公式，写出需求量与自变量间的数学函数关系，再利用函数式讨论出现极值的条件和极值的大小。 4．自主练习 1．如图所示，在倾角为300的足够长的斜面上有一质量为m 的物体，它受到沿斜面方向的力F 的作用。力F 可按图（a ）、（b ）（c ）、（d ）所示的四种方式随时间变化（图中纵坐标是F 与mg 的比值，力沿斜面向上为正）。已知此物体在t =0时速度为零，若用v 1、v 2 、v 3 、v 4分别表示上述四种受力情况下物体在3秒末的速率，则这四个速率中最大的是（ ） A 、v 1 B 、v 2 C 、v 3 D 、v 4 2．一枚火箭由地面竖直向上发射，其v ~t 图像如图所示，则 A ．火箭在t 2—t 3时间内向下运动 B ．火箭能上升的最大高度为4v 1t 1 v v 12
（2013 福建）19．（18分） ⑴（6分）在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中（装置如图甲）： ①下列说法哪一项是正确的。（填选项前字母） A ．平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上 B ．为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量 C ．实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放 ②图乙是实验中获得的一条纸带的一部分，选取O 、A 、B 、 C 计数点，已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz ，则打B 点时小车的瞬时速度大小为____m/s （保留三位 有效数字）。 （2013 广东）34．（18分）（1）研究小车匀变速直线运动的实验装置如图16（a ）所示，其中斜面倾角可调。打点计时器的工作频率为50Hz 。纸带上计数点的间距如图16（b ）所示，其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出。 ①部分实验步骤如下： A. 测量完毕，关闭电源，取出纸带。 B. 接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车。 C. 将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连。 D. 把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔。 上述实验步骤的正确顺序是：_________________________（用字母填写）。 ②图16（b ）中标出的相信两计数点的时间间隔T =_________s 。 ③计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v 5=_________。 ④为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应为a =_________. 【答案】①CDBA ②0.1s ③ 45 2s s T + ④ 4561232()() 9s s s s s s T ++-++ （2013 四川） 2）（11分） 如图1所示，某组同学借用“探究a 与F 、m 之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作，进行“探究合外力做功和动能变化的关系”的实验： ①为达到平衡阻力的目的，取下细绳和托盘，通过调节垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做___________运动。 ②连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到图2所示的纸带。纸带上O 为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1s 的 小图16（b ）
打点计时器问题 1．“研究匀变速直线运动”的实验中，使用电磁打点计时器(所用交流电的频率为50 Hz)，得到如图所示的纸带．图中的点为计数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，下列表述正确的是() A．实验时应先放开纸带再接通电源 B．(x6－x1)等于(x2－x1)的6倍 C．从纸带可求出计数点B对应的速率 D．相邻两个计数点间的时间间隔为0.02 s 解析：在“研究匀变速直线运动”的实验中，实验时应先接通电源再放开纸带，A错误．根据做匀变速直线运动的物体在相邻相等的时间间隔内通过的位移差相等得x M－x N＝(M－N)aT2，可知(x6－x1)等于(x2－x1)的5倍，B错误．根据B 点为A与C的中间时刻点有v B＝x AC 2T，C正确；由于相邻的计数点之间还有4个 点没有画出，所以时间间隔为0.1 s，D错误． 答案：C 2．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 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．
物理解题中求极值的常用方法 运用数学工具处理物理问题的能力是高考重点考查的五种能力之一，其中极值的计算在教学中频繁出现。因为极值问题范围广、习题多，会考、高考又经常考查，应该得到足够重视。另外很多学生数、理结合能力差，这里正是加强数理结合的“切人点”。学生求极值，方法较少，教师应该在高考专题复习中提供多种求极值的方法。求解物理极值问题可以从物理过程的分析着手，也可以从数学方法角度思考，下面重点对数学方法求解物理极值问题作些说明。 1、利用顶点坐标法求极值 对于典型的一元二次函数y=ax 2+bx+c, 若a>0,则当x=-a b 2时,y 有极小值，为y min =a b ac 442-； 若a<0,则当x=-a b 2时,y 有极大值，为y max =a b ac 442-； 2、利用一元二次函数判别式求极值 对于二次函数y=ax 2+bx+c ，用判别式法 利用Δ＝b 2-4ac ≥0。(式中含y) 若y ≥A ，则y min ＝A 。 若y ≤A ，则y max ＝A 。 3、利用配方法求极值 对于二次函数y=ax 2+bx+c ，函数解析式经配方可变为y=(x-A)2+常数：（1）当x ＝A 时，常数为极小值；或者函数解析式经配方可变为y = －( x －A )2+常数。（2）当x ＝A 时，常数为极大值。 4、利用均值定理法求极值 均值定理可表述为 ≥+2 b a a b ，式中a 、b 可以是单个变量，也可以是多项式。 当a ＝b 时， (a+b)min ＝2ab 。 当a ＝b 时， (a+b) max ＝2 )(2 b a +。 5、利用三角函数求极值 如果所求物理量表达式中含有三角函数，可利用三角函数的极值求解。若所求物理量表达式可化为“y=Asin ααcos ”的形式，则y= 21Asin2α，在α=45o时，y 有极值2 A 。 对于复杂的三角函数，例如y=asin θ+bcos θ，要求极值时先需要把不同名的三角函数sin θ和cos θ，变成同名的三角函数，比如sin(θ+ф) 。这个工作叫做“化一”。首先应作辅助角如所示。
物理解题中求极值的常用方法 运用数学工具处理物理问题的能力是高考重点考查的五种能力之一，其中极值的计算在教学中频繁出现。因为极值问题范围广、习题多，会考、高考又经常考查，应该得到足够重视。另外很多学生数、理结合能力差，这里正是加强数理结合的“切人点”。学生求极值，方法较少，教师应该在高考专题复习中提供多种求极值的方法。求解物理极值问题可以从物理过程的分析着手，也可以从数学方法角度思考，下面重点对数学方法求解物理极值问题作些说明。 1、利用顶点坐标法求极值 对于典型的一元二次函数y=ax 2+bx+c, 若a>0,则当x=-a b 2时,y 有极小值，为y min =a b ac 442-； 若a<0,则当x=-a b 2时,y 有极大值，为y max =a b ac 442-； 2、利用一元二次函数判别式求极值 对于二次函数y=ax 2+bx+c ，用判别式法 · 利用Δ＝b 2-4ac ≥0。(式中含y) 若y ≥A ，则y min ＝A 。 若y ≤A ，则y max ＝A 。 3、利用配方法求极值 对于二次函数y=ax 2+bx+c ，函数解析式经配方可变为y=(x-A)2+常数：（1）当x ＝A 时，常数为极小值；或者函数解析式经配方可变为y = －( x －A )2+常数。（2）当x ＝A 时，常数为极大值。 4、利用均值定理法求极值 均值定理可表述为 ≥+2 b a a b ，式中a 、b 可以是单个变量，也可以是多项式。 当a ＝b 时， (a+b)min ＝2ab 。 — 当a ＝b 时， (a+b) max ＝2 )(2 b a +。 5、利用三角函数求极值 如果所求物理量表达式中含有三角函数，可利用三角函数的极值求解。若所求物理量表达式可化为
打点计时器纸带处理方法及其应用 打点计时器是一种使用交流电的计时仪器，它每隔0.02s 打一次点，因此纸带上的点就表示了和纸带相连的运动物体在不同时刻的位置，研究纸带上点子之间的间隔，就可以了解物体运动的情况。 1、由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法：如图1所示， A 、 B 、 C 、 D 、 E 为时间间隔相等的各计数点，s 1、s 2、s 3、s 4为相邻计数点间的距离，若△s ＝s 2－s 1＝s 3 －s 2＝…… ＝c(常 数)，即若连续相等的时间间隔内的位移差是恒量，则与纸带相连的物体的运动是匀变速直线运动。 2、由纸带求物体加速度的方法：根据s 4－s 1＝s ５－s 2＝s ６－s 3＝3a T 2 （T 为相邻两计数点间的时间间隔），求出a 1，a 2 ，a 3 ，再计算出其平均值即为物体运动的加速度。 同学们在学习纸带处理方法时，要灵活理解题目在信息呈现方式上的差异，再运用最基本的原理进行求解。下面举几例变化的情况，同学们可从中体会一下。 一．位移给出形式的变化 例1．在“研究匀变速直线运动”的实验中，小车拖着纸带运动，打点计时器每隔0.02s 打一个点，打出的纸带如图2，选出A 、B 、C 、D 、E 共5个计数点，每相邻两点间还有四个实验点（图中未画出），以A 点为起点量出的到各点的位移已标在图上。由此可求得小车运动的加速度a = m/s 2 ，打下A 点时小车运动的速度为v A = m/s 。 二．时间间隔给出形式的变化 例2．在“研究匀变速直线运动”的实验中，小车拖着纸带运动，打点计时器每隔0.02s 打一个点，打出的纸带如图3，选出A 、B 、C 、D 、E 共5个计数点，每相邻两点间还有四个实验点（图中未画出），以A 点为起点量出的到各点的位移已标在图上。由此可求得小车运动的加速度a = m/s 2 ，打下A 点时小车运动的速度为v = m/s 。 三．纸带数据呈现方式的变化 例3．做匀加速直线运动的小车，牵引一条纸带，通过打点计时器交流电源的频率是50Hz ，由纸带上打出的某一点开始，每5个点剪下一段纸带，按如图4所示，使每一条纸带下端与x 轴重合，左边与y 轴平行，将纸带贴在直角坐标系中，求： （1）在第一个0.1s 内中间时刻的速度是 m/s 。 （2）运动物体的加速度是 m/s 2。 图2 图1 图4
高中物理中的极值问题及求解方法 随着高考新课程改革的深入及素质教育的全面推广，物理极值问题成为中学物理教学的一个 重要内容，它对培养学生的理解能力、逻辑推理能力、数学运算能力、综合分析能力都有很高要求，所以研究极值问题的规律和探究解决解决极值问题的方法，对于培养学生创造性思维能力和掌握科学研究的方法均有重要的意义。 一、 利用数学方法求极值 1．配方法： 22 24()24b ac b ax bx c a x a a -++=++ 当a ＞0时，当2b x a =- 时，y 有最小值为：2min 44ac b y a -= 当a ＜0时，当2b x a =- 时，y 有最大值为：2max 44ac b y a -= 例1.如图所示摩托车做腾跃特技表演，以速度v 0=10m ／s 冲上顶部水平的高台试分析：当台高h 多大时飞出，求跳板高度h 多大时，飞出的水平距离最远？且最大值是多少?(一切摩擦不计，取g=10 m ／s 2)。 解析:设摩托车从高台飞出的水平速度为v ，根据 机械能守恒定律有：2 20 1122 mv mgh mv =+ ① 摩托车飞出后做平抛运动，飞出的水平距离：2h s vt v g == ② 由①和②有：2 2 20 02224h v s v gh h h g g =-=-g ③ 因为40a =-<，所以s 有最大值的条件为：22 00 2/ 2.522(4)4b v g v h m a g =-=-==?- ④ 且最大距离为; 2 max 52v s m g = = ⑤ 例2甲、乙两车同时从同一地点出发，向同一方向运动，其中甲以10 m/s 的速度匀速行驶，乙以2 m/s 2的加速度由静止启动，求： (1)经多长时间乙车追上甲车？此时甲、乙两车速度有何关系？ (2)追上前经多长时间两者相距最远？此时二者的速度有何关系？ 【解析】(1)乙车追上甲车时，二者位移相同，设甲车位移为x 1，乙车位移为x 2，则x 1＝x 2，即 211 a 2 v t t 11＝，解得12110 s 20 m /s t v at ＝，＝＝，因此212v v ＝. (2)设追上前二者之间的距离为x ?，则22221 2 x x x v t at t t 12122Δ10＝－＝－＝－ 由数学知识知：当10 s 521 t s =?2＝ 时，两者相距最远，此时21v v '＝. 例3、.(2017新课标II)如图，半圆形光滑轨道固定在水平地面上，半圆的直径与地面垂直。一小物快以速度 v 从轨道下端滑入轨道，并从轨道上端水平飞出，小物块落地点到轨道下端的距离与轨道半径有关，此距离最大时。对应的轨道半径为（重力加速度大小为g ）( ) A ．2 16v g B ．28v g C ．24v g D.2 2v g
中学物理中的极值问题 一、找极值条件和函数极值 例1:一条河宽为d ，水流速度v 1=2m/s ，有一条小船在静水中的速度为v 2=1m/s.求小船过河 的最小位移。 解：2cos d t θ =v （1） ()1 2sin x t θ=-v v （2） y =d 当x 最小时，总位移最小。 （1）带入（2），并将已知条件代入得： 2(sin )cos d x θθ = - （3） 将 22 22 11tan cos tan θ θθ-= + 222 21tan sin tan θ θθ= + 代入（3）得： 2 22 2 2 211(tan tan )tan d x θ θθ = +-- 整理得： 22 2 2220()tan tan x d d d x θθ +-+-= 方程有实根的条件为：2 2 444220=()()≥b ac d d x d x ?-=-+- 解得：≥x in x = in S = d ( 位移取最小值时，2 2tan θ =- 即：sin θ=0.5) 或：2(sin )cos d x θθ= -=2tan cos d d θθ - 而cos θ= 带入上式得： 2tan x d θ=-
整理得：222 23240tan tan d dx d x θθ-+-= 如果函数为2 y ax bx c =++ 如果x 没有限定范围，当a >0时，y 有极小值；当a <0 时，y 有极大值。如果x 给定范围，需配方。 例2．在图（甲）所示电路中，滑动变阻器的滑动触头从一端滑到另一端的过程中，其 U －I 图线如图（乙）所示。求滑动变阻器的变化范围。 若将电路改为图（丙）所示，图中R 0=4Ω，变阻器的变化范围如前所求。求电流表的示数的最大值和最小值。(电流表内阻忽略不计) 解：U =IR 0≤U ≤8 2≤I ≤10 解得：0≤R ≤4Ω 由图得：E =10V r =1Ω 设R 左段电阻为x ，则： 0000A R E I R x R x R x r R x = ++-++=240 520-x x ++=2 4026.25( 2.5)x -- 根据：0≤x ≤4 得：1.52≤I A ≤2.0(A) 有些函数求极值，并不能如上直接求其极值，需要用其它方法。例用某一物理量的极值求另一物理量的极值。 例3：如图所示，一长为L 的轻细线的一端固定于O 点，另一端系一质量为m 、带电量为 q 的小球，小球由最大偏角α处静止释放，装置处于匀强磁场中，磁感应强度垂直摆动平面。为了使摆动始终正常进行，求磁感应强度应满足的条件。 解： 21 2 (cos cos )m mgL βα=-v （1） 2 cos T Bq mg m L β+-=v v (2) 由（1）得：2 2cos cos gL βα= +v （3） (甲 ) /A U (乙) (丙) × B
打点计时器实验专题 试题1 一、选择题 1.对电磁打点计时器和电火花计时器的有关说法中，正确的是( ) A ．电磁打点计时器和电火花计时器都使用交流电 B ．两种打点计时器的打点频率与交流电源的频率一样 C ．电火花计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸 D ．电磁打点计时器在纸带上打点是靠放电针和墨粉纸盘 解析：电磁打点计时器使用6 V 以下的交流电，电火花计时器使用220 V 的交流电，A 对；两种打点计时器的打点频率都由交流电源的频率决定，B 对；电火花计时器在纸带上打点是靠放电针和墨粉纸盘，C 错；电磁打点计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸，D 错． 答案：AB 2．打点计时器在纸带上的点迹，直接记录了 ( ) A ．物体运动的时间 B ．物体在不同时刻的位置 C ．物体在不同时间内的位移 D ．物体在不同时刻的速度 解析：电火花计时器和电磁打点计时器都是每隔 s 在纸带上打一个点．因此，根据打在纸带上的点迹，可直接反映物体的运动时间．因为纸带跟运动物体连在一起，打点计时器固定，所以纸带上的点迹就相应记录了物体在不同时刻的位置．故正确答案为AB. 答案：AB 3．关于纸带上打点间隔的分析，下列说法正确的是( ) A ．沿着点迹运动的方向看去，点间距离越来越小，说明纸带在做加速运动 B ．沿着点迹运动的方向看去，点间距离越来越小，说明纸带在做减速运动 C ．纸带上点间间隔相等，表示纸带是在做匀速运动 D ．纸带上点间间隔相等，表示纸带是在做变速运动 解析：纸带上点间间隔相等，由v ＝Δx Δt 知纸带运动是匀速的，若沿点迹运动的方向看去，点间 距离越来越小，即Δx 变小而时间Δt 不变，说明纸带在做减速运动． 答案：BC
弹簧问题 轻弹簧是不考虑弹簧本身的质量和重力的弹簧，是一个理想模型，可充分拉伸与压缩。 无论轻弹簧处于受力平衡还是加速状态，弹簧两端受力等大反向。合力恒等于零。 弹簧读数始终等于任意一端的弹力大小。 弹簧弹力是由弹簧形变产生，弹力大小与方向时刻与当时形变对应。一般应从弹簧的形变分析入手，先确定弹簧原长位置，现长位置，找出形变量x与物体空间位置变化的几何关系，分析形变所对应的弹力大小、方向，以此来分析计算物体运动状态的可能变化。 性质1、轻弹簧在力的作用下无论是平衡状态还是加速运动状态，各个部分受到的力大小是相同的。 其伸长量等于弹簧任意位置受到的力和劲度系数的比值。 性质2、两端与物体相连的轻质弹簧上的弹力不能在瞬间突变——弹簧缓变特性； 有一端不与物体相连的轻弹簧上的弹力能够在瞬间变化为零。 性质3、弹簧的形变有拉伸和压缩两种情形，拉伸和压缩形变对应弹力的方向相反。 分析弹力时，在未明确形变的具体情况时，要考虑到弹力的两个可能的方向。 弹簧问题的题目类型 1、求弹簧弹力的大小、形变量（有无弹力或弹簧秤示数） 2、求与弹簧相连接的物体的瞬时加速度 3、在弹力作用下物体运动情况分析（往往涉及到多过程，判断v S a F变化） 4、有弹簧相关的临界问题和极值问题 除此之外，高中物理还包括和弹簧相关的动量和能量以及简谐振动的问题 1、弹簧问题受力分析 受力分析对象是弹簧连接的物体，而不是弹簧本身 找出弹簧系统的初末状态，列出弹簧连接的物体的受力方程。（灵活运用整体法隔离法）； 通过弹簧形变量的变化来确定物体位置。（高度，水平位置）的变化 弹簧长度的改变，取决于初末状态改变。（压缩——拉伸变化） 参考点，指的是相对于自然长度（原长）的改变量，不一定是相对于之前状态的长度改变量。 抓住弹簧处于受力平衡还是加速状态，弹簧两端受力等大反向。合力恒等于零的特点求解。 注：如果a相同，先整体后隔离。 隔离法求内力，优先对受力少的物体进行隔离分析。 2、瞬时性问题 题型：改变外部条件（突然剪断绳子，撤去支撑物） 针对不同类型的物体的弹力特点（突变还是不突变），对物体做受力分析 3、动态过程分析 三点分析法（接触点，平衡点，最大形变点） 竖直型： 水平型：明确有无推力，有无摩擦力。物体是否系在弹簧上。 小结：弹簧作用下的变加速运动， 速度增减不能只看弹力，而是看合外力。（比较合外力方向和速度方向判断） 加速度等于零常常是出现速度极值的临界点。速度等于零往往加速度达到最大值。