高中物理人教版必修1教案 實驗：用打點計時器測速度4

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111 長沙市第六中學(xué)備課紙 科目 物理 年級 高一 作者 趙 斌 時間 年 月 日 課題 1.4：實驗：用打點計時器測速度 教學(xué)目標(biāo) ︵ 知識 能 力品 德 ︶ 1．知識與技能 ⑴掌握打點計時器的原理及其使用方法。 ⑵掌握對紙帶上記錄的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的能力。 ⑶能測定平均速度，畫出v-t圖象，通過圖象來分析物體的運動情況。 2．過程與方法 ⑴能分析、處理實驗過程中出現(xiàn)的問題。 ⑵掌握建立圖像的一般規(guī)律，了解用圖像研究物理問題的方法。 ⑶掌握在極短的時間內(nèi)物體的瞬時速度近似等于這段時間內(nèi)的平均速度這一近似方法。 3．情感、態(tài)度與價值觀 ⑴注意培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣和實驗態(tài)度。 ⑵注意培養(yǎng)學(xué)生尊重原始測量數(shù)據(jù)這一實事求是的科學(xué)態(tài)度。 教材分析 ︵ 重點難點 ︶ 重點： 打點計時器的使用方法。 難點：對紙帶上記錄的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。測定瞬時速度，畫出v-t圖像，并通過圖像來分析物體的運動情況。 時序 教學(xué)操作過程設(shè)計（重點寫怎么教及學(xué)法指導(dǎo)，含課練、作業(yè)安排） 新課導(dǎo)入 直接測量物體運動的速度在技術(shù)上是比較復(fù)雜的，我們在測量時可以嘗試通過測量物體運動的時間和位移，再經(jīng)過計算或作圖來判斷物體的運動情況．在實驗中，我們可以使用秒表和尺子，直接測量物體運動的時間和位移，但當(dāng)物體運動速度太快時，采用這種方法的測量誤差較大．打點計時器就是一種記錄物體運動位移和時間信息的儀器，我們可以通過測量位移和時間來計算物體運動的速度以及速度的變化快慢． 【課堂活動】 同桌的同學(xué)合作，簡易模擬打點計時器． 1．同桌兩位同學(xué)之間，一位同學(xué)手拿一枝彩色畫筆，另一位同學(xué)牽動一條寬約1 cm的長紙帶，使紙帶在你的筆下沿著直線緩慢向前移動．你按照一定的時間間隔點擊紙帶(比如每秒1次，或每秒2次)，比比看，看誰牽動紙帶的速度變化最?。胍幌?，相鄰兩點的距離跟牽動紙帶的速度有什么關(guān)系?牽動紙帶的快慢不均勻，對相鄰兩點所表示的時間有沒有影響? 2．兩位同學(xué)競走比賽，為了比較他們的運動情況，現(xiàn)在讓每位同學(xué)都提著底部穿孔、漏沙比較均勻的兩個沙袋一起競走，然后通過他們的漏沙情況來判斷他們的勻速運動情況和加速情況． 以上兩個探究活動目的是讓學(xué)生體驗打點計時器通過打點達(dá)到計時目的的原理． 學(xué)生做完后討論． 分析1：相鄰兩點問的距離隨著牽動紙帶的速度的增大而加大．紙帶運動的快慢不均勻，點子的間隔也不均勻，但對相鄰兩點間的時間間隔沒有影響． 分析2：參加競走的兩人若運動快慢比較穩(wěn)定，則漏沙比較均勻，若加速運動，會發(fā)現(xiàn)快的時候漏沙少，慢的時候漏沙多． [新課教學(xué)]（引入打點計時器） 一、電磁打點計時器 閱讀課本，引導(dǎo)學(xué)生注意其重點：觀察打點計時器并閱讀其使用說明書，明確電磁打點計時器的結(jié)構(gòu)、各部分的名稱、工作原理及使用方法． 【交流與討論】 電磁打點計時器使用低壓交流電源工作，能不能使用直流電源，為什么? 分析：原理中是靠電流方向的改變來改變磁鐵的磁場方向，從而促使振動片上下振動，并且振動片的振動周期與電源的電流變化周期一致．若使用50 Hz的交流電，打點的時間間隔為0．02 s．這個值正好是電源頻率的倒數(shù)． 二、電火花計時器 學(xué)生閱讀課本，引導(dǎo)學(xué)生注意其重點：觀察打點計時器并閱讀說明書，明確兩種打點計時器的結(jié)構(gòu)、各部分的名稱、工作原理及使用方法． 【交流與討論】 從原理上考慮，電火花計時器跟電磁打點計時器相比，哪個更好些，誤差可能會更小? 析：電火花計時器可能會更好些，因為電磁打點計時器中振針和紙帶間的摩擦?xí)笮? 總結(jié)：電火花計時器使用中運動阻力極小，這種極小阻力來自于紙帶運動的本身，而不是打點產(chǎn)生的，因而系統(tǒng)誤差小，計時精度與交流電源頻率的穩(wěn)定程度一致(脈沖周期不大于50s，這一方面也遠(yuǎn)優(yōu)于電磁打點計時器)，同時它的操作簡易，使用安全可靠(脈沖放電電流平均值不大于5 A)． 問題討論：打點計時器能記錄哪些信息?(時間和位移．) 課堂訓(xùn)練： 出示例題： 電磁打點計時器的打點周期取決于 ( B ) A．交流電壓的高低 B．交流電的頻率 C．永久磁鐵的磁性強弱 D．振針與復(fù)寫紙間的距離 三、練習(xí)使用打點計時器 學(xué)生自主閱讀教材中的實驗步驟提示． 指導(dǎo)學(xué)生動手練習(xí)使用打點計時器，并引導(dǎo)學(xué)生思考：紙帶上的點與小車的位移和時間是如何對應(yīng)的，怎樣將紙帶上的點變成相關(guān)的數(shù)據(jù)? 【交流與討論】 問題1．電磁打點計時器中怎樣安放復(fù)寫紙和紙帶的位置?(將復(fù)寫紙?zhí)自趶?fù)寫紙定位銷上，推動調(diào)節(jié)片，可調(diào)節(jié)復(fù)寫紙位置．將紙帶從復(fù)寫紙圓片下穿過．) 問題2．振針打的點不清晰或打不出點可能是哪些原因?怎樣調(diào)整? 分析1：可檢查壓紙框的位置是否升高，而阻礙了振動片，振針打不到紙帶上，可將壓紙框向下壓恢復(fù)其原來位置． 2：可能是復(fù)寫紙該換新的了． 3：可能是振動片的振幅太小，可調(diào)整振動片的位置． 4：可能是振針的位置太高，調(diào)整振針的位置，直到打出點為止． 5：電壓在4 v和6 v的情況下，打點的清晰度有點差別，電壓高的時候稍清晰，所以可調(diào)高一點電壓． 問題3．開啟電源打點完畢后要及時關(guān)閉電源，這樣做有什么好處? 分析：因打點計時器是按間歇工作設(shè)計，故長期工作可能會因線圈發(fā)熱而損壞． 讓學(xué)生閱讀課本，學(xué)習(xí)電火花打點計時器的安裝方法： 討論回答： 紙帶處理：從能夠看清的某個點開始，往后數(shù)出若干個點．如果數(shù)出n個點，這些點劃分出來的時間間隔數(shù)是多少?(共()個．) 學(xué)生親自手拉紙帶練習(xí)使用打點計時器，自己設(shè)計表格，記錄測量數(shù)據(jù)． 【思考與討論】：怎樣根據(jù)紙帶上的點跡計算紙帶的平均速度? 討論回答：測出兩個點間的距離，數(shù)一下這兩個點間共有多少個時間間隔，即有多少個O.02 s，用這個總距離去除以所需用的時間． 【課堂訓(xùn)練】 打在紙帶上的點，記錄了紙帶的運動時間．如果把紙帶和運動的物體連接在一起，紙帶上的點就相應(yīng)地表示出運動物體在不同時刻的位置．研究紙帶上的點子之間的間隔，就可以了解運動物體在不同時間內(nèi)發(fā)生的位移，從而了解物體的運動情況．用簡短的語言描述示每條紙帶記錄的物體的運動情況． 參考答案：(a)、(b)的各點分布較為均勻，是勻速運動，但從點子的疏密程度來看，(b)上的點子較稀疏，所反映的物體運動較快，速度較大．(c)表示物體運動得越來越快，速度在增大；(d)表示物體運動得越來越慢，速度在減小． 四、用打點計時器測量瞬時速度 思想方法：用某段時間內(nèi)的平均速度粗略代表這段時間內(nèi)的某點的瞬時速度．所取的時間間隔越接近該點，這種描述方法越準(zhǔn)確． 示例：如圖，測量出包括E點在內(nèi)的D、F兩點問的位移△x和時間△t，算出紙帶在這兩點間的平均速度，用這個平均速度代表紙帶經(jīng)過E點時的瞬時速度． 可以大致表示E點的瞬時速度，D、F兩點離E點越近，算出的平均速度越接近E點的瞬時速度．然而D、F兩點距離過小則測量誤差增大，應(yīng)該根據(jù)實際情況選取這兩個點． 學(xué)生根據(jù)粗略表示某點瞬時速度的方法，選擇合適的計數(shù)點，測量包含這個點的一段時間內(nèi)的位移△z，同時記錄對應(yīng)的時間△t，填入教材中設(shè)計好的表1中． 根據(jù)算出剛填完的表1中各點附近的平均速度，把它當(dāng)作計時器打下這些點時的瞬時速度，抄入教材表2中．從該表中能粗略看出手拉紙帶運動的速度變化情況． 【課堂訓(xùn)練】 如圖，打點計時器所用電源的頻率為50 Hz，某次實驗中得到一條紙帶，用毫米刻度尺測出各點問的距離為：AC=14．O mm，AD=25.0 mm．那么由此可以算出紙帶在AC間的平均速度為 O.35 m／s，紙帶在AD間的平均速度為O.42 m／s；B點的瞬時速度更接近于 O．35 m／s． 五、用圖象表示速度 剛才我們從表2中的數(shù)據(jù)可以粗略看出我們自己手拉紙帶運動的速度變化情況，圖象是表示變化規(guī)律的好方法，我們可以用圖象來描述物體的速度變化情況，那么怎樣用圖象來表示物體運動的速度呢?請同學(xué)們先看課文并回答． 析：在方格紙上建立直角坐標(biāo)系，用縱坐標(biāo)表示物體運動的速度，用橫坐標(biāo)表示時間，根據(jù)表中各時刻的速度，將(v，t)作為一組坐標(biāo)在圖象中描點，將點連線后得出的圖象稱為速度一-時間圖象(v一t圖象)，簡稱速度圖象． 學(xué)生具體操作描點． 為了更清晰，把點用折線連起來． 速度的實際變化應(yīng)該是比較平滑的，所以，如果用一條平滑的曲線來“擬合”這些點，曲線反映的規(guī)律應(yīng)該與實際情況更接近． 指導(dǎo)學(xué)生換用紅色筆用平滑的線將剛才描過的點再重新描畫一遍． 再次手拉紙帶動現(xiàn)在來觀察圖象，更形象直觀地顯示自己手拉紙帶的運動情況． 【說一說】百米賽跑時運動員的速度從始至終是不變的嗎?如果有變化，你估計是怎樣變化的?某位運動員的百米賽跑的成績是10.57 s，按照你的估計畫出他在這段時間的v一t圖象的草圖． 如果是沒有受過訓(xùn)練的同學(xué)跑百米，他的v一t圖象的形狀可能有什么不同? 參考提示：運動員的百米賽跑中，速度變化較大．大致可以分為三個階段：啟動階段，速度從零迅速增大；中間階段，這一階段速度幾乎不變；沖刺階段，速度逐漸增到最大．如圖1—4—6所示． 如果是沒有受過訓(xùn)練的同學(xué)跑百米，他的速度可能是先增加到最大，然后又逐漸減?。鐖D． [小結(jié)] 電磁打點計時器和電火花計時器都是記錄運動物體在一定時間間隔內(nèi)位移的儀器．V一t圖象：表示做直線運動物體的速度隨時間變化的規(guī)律．某段時間圖線與時間軸圍成的面積值表示該段時間內(nèi)物體通過的位移大?。螤钜粯拥膱D線，在不同圖象中所表示的物理規(guī)律不同． [課外訓(xùn)練] 1．運動的物體帶動紙帶被打點計時器打上一系列的點，這些點的距離不一定相等，但這些 點能說明 (ABCD ) A．運動物體在一段時間內(nèi)的位移 B．運動物體在一段時間內(nèi)的運動快慢 C．運動物體在某時刻的位置 D．運動物體的運動性質(zhì) 2．通過打點計時器得到的一條打點紙帶上的點子不均勻，下列判斷正確的是 ( BC ) A．點子密集的地方物體運動的速度比較大 B．點子密集的地方物體運動的速度比較小 C．點子不均勻說明物體做變速運動 D．點子不均勻說明打點計時器有故障 3．在你練習(xí)使用打點計時器時，小車拖動紙帶并在上面打下了一系列的小點．根據(jù)你所打 出點的紙帶，在判斷紙帶表示的運動是勻速直線運動還是變速直線運動時 ( D ) A．應(yīng)通過測量紙帶表示的運動的全程來判斷 B．必須通過計算任意兩點間的平均速度來判斷 C．必須通過計算全程的平均速度來判斷 D．可以通過測量每相鄰兩點間的距離，看其是否都相等來判斷 4．如圖1-4-9所示是一個物體運動的速度一時間(v-t)圖象，從以下三個方面說明它的速度是怎樣變化的：(1)物體是從靜止開始運動還是具有一定的初速度?(2)運動的方向是否變化? (3)速度的大小是否變化?怎樣變化? 解析：(1)有初速度；(2)運動方向變化，O～之間運動方向不變，與正方向相同，為同一方向，，之后方向改變，為負(fù)方向；(3)速度先變大后不變再變小而后又反向變大． 教 學(xué) 后 記 111