高一物理《1-4用打点计时器测速度》教案（必修一）

高一物理《1-4用打点计时器测速度》教案（必修一）

课 题 名 称 课时 数 1 课 时 课型 问题解决课 课 程 标 准 1.了解电磁式打点计时器、电火花计时器的结构及原理； 2.经历使用打点计时器的过程，能正确熟练地使用打点计时器； 3.会根据纸带上的点迹计算物体运动的平均速度，理解用平均速度代替瞬时速度的 方法； 4.会用实验数据绘制 v-t 图像，并会根据画出的图像描绘物体的运动速度。 学 习 目 标[来源:学.科. 网 Z.X.X.K] 1．知识与技能 ⑴掌握打点计时器的原理及其使用方法。 ⑵掌握对纸带上记录的原始数据进行处理的能力。 ⑶能测定平均速度，画出 v-t 图象，通过图象来分析物体的运动情况。 2．过程与方法 ⑴能分析、处理实验过程中出现的问题。 ⑵掌握建立图像的一般规律，了解用图像研究物理问题的方法。 ⑶掌握在极短的时间内物体的瞬时速度近似等于这段时间内的平均速度这 一近似方法。 3．情感、态度与价值观 ⑴注意培养学生养成良好的实验习惯和实验态度。 ⑵注意培养学生尊重原始测量数据这一实事求是的科学态度。 重 点 难 点 重点：打点计时器的使用方法。 难点： 对纸带上记录的原始数据进行处理。测定瞬时速度，画出 v-t 图像，并通过图像 来分析物体的运动情况。 学习过程 评价任务（内容、问题、试题） 学习活动（方式、行为策略） 新课导入 直接测量物体运动的速度在技术上是比较复杂的，我们 在测量时可以尝试通过测量物体运动的时间和位移，再经过 计算或作图来判断物体的运动情况．在实验中，我们可以使 用秒表和尺子，直接测量物体运动的时间和位移，但当物体 运动速度太快时，采用这种方法的测量误差较大．打点计时 器就是一种记录物体运动位移和时间信息的仪器，我们可以 通过测量位移和时间来计算物体运动的速度以及速度的变化 快慢． 【课堂活动】 同桌的同学合作，简易模拟打点计时器． 1．同桌两位同学之间，一 位同学手拿一枝彩色画笔，另 一位同学牵动一条宽约 1 cm 的长纸带，使纸带在你的笔下沿 着直线缓慢向前移动．你按照一定的时间间隔点击纸带(比如 每秒 1 次，或每秒 2 次)，比比看，看谁牵动纸带的速度变化 最小．想一想，相邻两点的距离跟牵动纸带的速度有什么关 系?牵动纸带的快慢不均匀，对相邻两点所表示的时间有没有 影响? 2．两位同学竞走比赛，为了比较他们的运动情况，现在 让每位同学都提着底部穿孔、漏沙比较均匀的两个沙袋一起 竞走，然后通过他们的漏沙情况来判断他们的匀速运动情况 和加速情况． 以上两个探究活动目的是让学生体验打点计时器通过打 点达到计时目的的原理． 学生做完后讨论． 分析 1：相邻两点问的距离随着牵动纸带的速度的增大 而加大．纸带运动的快慢不均匀，点子的间隔也不均匀，但 对相邻两点间的时间间隔没有影响． 分析 2：参加竞走的两人若运动快慢比较稳定，则漏沙 比较均匀，若加速运动，会发现快的时候漏沙少，慢的时候 漏沙多． [新课教学]（引入打点计时 器） 一、电磁打点计时器 阅读课本，引导学生注意其重 点：观察打点计时器并阅读其使用 说明书，明确电磁打点计时器的结构、 各部分的名称、工作原理及使用方法． 【交流与讨论】 电磁打点计时器使用低压交流电源工作，能不能使用直流 电源，为什么? 分析：原理中是靠电流方向的改变来改变磁铁的磁场方向， 从而促使振动片上下振动，并且振动片的振动周期与电源的 电流变化周期一致．若使用 50 Hz 的交流电，打点的时间间 隔为 0．02 s．这个值正好是电源频率的倒数． 二、电火花计时器 学生阅读课本，引导学生注意其重点：观察打点计时器并 阅读说明书，明确两种打点计时器的结构、各部分的名称、 工作原理及使用方法． 【交流与讨论】 从原理上考虑，电火花计时器跟电磁打点计时器相比，哪 个更好些，误差可能会更小? 析：电火花计时器可能会更好些，因为电磁打点计时器中 振针和纸带间的摩擦会更大些． 总结：电火花计时器使用中运动阻力极小，这种极小阻力来 自于纸带运动的本身，而不是打点产生的，因而系统误差小， 计时精度与交流电源频率的稳定程度一致(脉冲周期不大于 50  s，这一方面也远优于电磁打点计时器)，同时它的操作 简易，使用安全可靠(脉冲放电电流平均值不大于 5  A)． 问题讨论：打点计时器能记录哪些信息?(时间和位移．) 课堂训练： 出 示 例 题 ： 电 磁 打 点 计 时 器 的 打 点 周 期 取 决 于 ( B ) A．交流电压的高低 B．交流电的频率 C．永久磁铁的磁性强弱 D．振针与复写纸间的距离 三、练习使用打点计时器 学生自主阅读教材中的实验步骤提示． 指导学生动手练 习使用打点计时器，并引导学生思考：纸带上的点与小车的 位移和时间是如何对应的，怎样将纸带上的点变成相关的数 据? 【交流与讨论】 问题 1．电磁打点计时器中怎样安放复写纸和纸带的位 置?(将复写纸套在复写纸定位销上，推动调节片，可调节复 写纸位置．将纸带从复写纸圆片下穿过．) 问题 2．振针打的点不清晰或打不出点可能是哪些原因?怎 样调整? 分析 1：可检查压纸框的位置是否升高，而阻碍了振动 片，振针打不到纸带上，可将压纸框向下压恢复其原来位置． 2：可能是复写纸该换新的了．[来源:Z+xx+k.Com] 3：可能是振动片的振幅太小，可调整振动片的位置． 4：可能是振针的位置太高，调整振针的位置，直到打出 点为止． 5：电压在 4 v 和 6 v 的情况下，打点的清晰度有点差别， 电压高的时候稍清晰，所以可调高一点电压． 问题 3．开启电源打点完毕后要及时关闭电源，这样做 有什么好处? 分析：因打点计时器是按间歇工作设计，故长期工作可 能会因线圈发 热而损坏． 让学生阅读课本，学习电火花打点计时器的安装方法： 讨论回答： 纸带处理：从能够看清的某个点开始，往后数出若干个 点．如果数出 n 个点，这些点划分出来的时间间隔数是多 少?(共( 1-n )个．) 学生亲自手拉纸带练习使用打点计时器，自己设计表格， 记录测量数据． 【思考与讨论】：怎样根据纸带上的点迹计算纸带的平均 速度? 讨论回答：测出两个点间的距离，数一下这两个点间共 有多少个时间间隔，即有多少个 O.02 s，用这个总距离去除 以所需用的时间．[来源:学科网] 【课堂训练】 打在纸带上的点，记 录了纸带的运动时间．如果 把纸带和运动的物体连接在 一起，纸带上的点就相应地表示出运动物体在不同时刻的位 置．研究纸带上的点子之间的间隔，就可以了解运动物体在 不同时间内发生的位移，从而了解物体的运动情况．用简短 的语言描述示每条纸带记录的物体的运动情况． 参考答案：(a)、(b)的各点分布较为均匀，是匀速运动， 但从点子的疏密程度来看，(b)上的点子较稀疏，所反映的物 体运动较快，速度较大．(c)表示物体运动得越来越快，速度 在增大；(d)表示物体运动得越来越慢，速度在减小． 四、用打点计时器测量瞬时速度 思想方法：用某段时间内的平均速度粗略代表这段时间内 的某点的瞬时速度．所取的时间间隔越接近该点，这种描述 方法越准确． 示 例 ： 如图，测 量出包括 E 点 在 内 的 D、F 两点问的位移△x 和时间△t，算出纸带在这两点间 的平均速度 t xv   ，用 这个平均速度代表纸带经过 E 点时 的瞬时速度． t x   可以大致表示 E 点的瞬时速度，D、F 两点离 E 点越近， 算出的平均速度越接近 E 点的瞬时速度．然而 D、F 两点距离 过小则测量误差增大，应该根据实际情况选取这两个点． 学生根据粗略表示某点瞬时速度的方法，选择合适的计数 点，测量包含这个点的一段时间内的位移△z，同时记录对应 的时间△t，填入教材中设计好的表 1 中． 根据 t xv   算出刚填完的表 1 中各点附近的平均速度，把 它当作计时器打下这些点时的瞬时速度，抄入教材表 2 中．从 该表中能粗略看出手拉纸带运动的速度变化情况． 【课堂训练】 如图，打点计时器所用电源的频率为 50 Hz，某次实验中 得到一条纸带，用毫米刻度尺测出各 点问的距离为：AC=14．O mm，AD=25.0 mm．那么由此可以算出纸带在 AC 间的 平均速度为 O.35 m／s，纸带在 AD 间的平均速度为 O.42 m／s；B 点的瞬时速度更接近于 O．35 m／s． 五、用图象表示速度 刚才我们从表 2 中的数据可以粗略看出我们自己手拉纸带 运动的速度变化情况，图象是表示变化规律的好方法，我们 可以用图象来描述物体的速度变化情况，那么怎样用图象来 表示物体运动的速度呢?请同学们先看课文并回答． 析：在方格纸上建立直角坐标系，用纵坐标表示物体运 动的速度，用横坐标表示时间，根据表中各时刻的速度，将(v， t)作为一组坐标在图象中描点，将点连线后得出的图象称为 速度一-时间图象(v 一 t 图象)，简称速度图象． 学生具体操作描点． 为了更清晰，把点用折线连起来． 速度的实际变化应该是比较平滑的，所以，如果用一条平 滑的曲线来“拟合”这些点，曲线反映的规律应该与实际情 况更接近． 指导学生换用红色笔用平滑的线将刚才描过的点再重新 描画一遍． 再次手拉纸带动现在来观察图象，更形象直观地显示自 己手拉纸带的运动情况． 【说一说】百米赛跑时运动员的速度从始至终是不变的 吗?如果有变化，你估计是怎样变化的?某位运动员的百米赛 跑的成绩是 10.57 s，按照你的估计画出他在这段时间的 v 一 t 图象的草图． 如果是没有受过训练的同学跑百米，他的 v 一 t 图象的形状 可能有什么不同? 参考提示：运动员的百米赛跑中，速度变化较大．大致 可以分为三个阶段：启动阶段，速度从零迅速增大；中间阶 段，这一阶段 速 度 几 乎 不 变；冲刺阶段， 速度逐渐增到最大．如图 1—4—6 所示． 如果是没有受过训练的同学跑百米，他的速度可能是先 增加到最大，然后又逐渐减小．如图． [小结] 电磁打点计时器和电火花计时器都是记录运动物体在一 定时间间隔内位移的仪器． V 一 t 图象：表示做直线运动物 体的速度随时间变化的规律．某段时间图线与时间轴围成的 面积值表示该段时间内物体通过的位移大小．形状一样的图 线，在不同图象中所表示的物理规律不同． [课外训练] 1．运动的物体带动纸带被打点计时器打上一系列的点，这 些点的距离不一定相等，但这些[来源:学科网 ZXXK] 点能说明 (ABCD ) A．运动物体在一段时间内的位移 B．运动物体在一段时 间内的运动快慢 C．运动物体在某时刻的位置 D．运动物体的运动性 质 2．通过打点计时器得到的一条打点纸带上的点子不均匀， 下列判断正确的是 ( BC ) A．点子密集的地方物体运动的速度比较大 B．点子密集 的地方物体运动的速度比较小 C．点子不均匀说明物体做变速运动 D．点子不均 匀说明打点计时器有故障 3．在你练习使用打点计时器时，小车拖动纸带并在上面打 下了一系列的小点．根据你所打 出点的纸带，在判断纸带表示的运动是匀速直线运动还是变 速直线运动时 ( D ) A．应通过测量纸带表示的运动的全程来判断 B．必须通 过计算任意两点间的平均速度来判断 C．必须通过计算全程的平均速度来判断 D．可以通过测量每相邻两点间的距离，看其是否都相等来判 断 4．如图 1-4-9 所示是一个物体运动的速度一时间(v-t)图象， 从以下三个方面说明它的速度是怎样变化的：(1)物体是从静 止开始运动还是具有一定的初速度?(2)运动的方向是否变 化? (3)速度的大小是否变化?怎样变化? 解析：(1)有初速度；(2)运动方向变化，O～ 3t 之间运动方 向不变，与正方向相同，为同一方向， 3t ，之后方向改变， 为负方向；(3)速度先变大后不变再变小而后又反向变大． 课 后 反 思