高中物理人教版必修1教案 實驗：用打點計時器測速度1

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111 1.4 實驗：用打點計時器測速度 新課標(biāo)要求 （一）知識與技能 1、了解兩種打點計時器的結(jié)構(gòu)和工作原理。 2、會安裝并使用打點計時器。 3、理解根據(jù)紙帶測量速度的原理并測量瞬時速度。 4、明確速度—時間圖象的意義，描點法畫圖象的方法，并畫出該實驗中的速度—時間圖象。 （二）過程與方法 1、通過學(xué)生自己看打點計時器的說明書，培養(yǎng)學(xué)生獨立學(xué)習(xí)的能力。 2、通過對紙帶的處理過程培養(yǎng)學(xué)生獲取信息、處理信息的能力，體會處理問題的方法，領(lǐng)悟如何間接測一些不能直接測量的物理量的方法。 3、通過畫速度—時間圖象培養(yǎng)學(xué)生用圖象法處理數(shù)據(jù)的能力，體驗數(shù)學(xué)工具在物理發(fā)展中的作用。 4、體驗實驗中理性思維的重要，既要動手，更要動腦。 （三）情感、態(tài)度與價值觀 1、感覺打點計時器的巧妙設(shè)計思路，體會物理原理在解決實際問題中的指導(dǎo)作用，增強(qiáng)將物理知識應(yīng)用于生活實際的意識。 2、經(jīng)歷實驗過程，體驗科學(xué)實驗過程的艱辛與喜悅，并樂于探索自然界的奧妙。 3、培養(yǎng)學(xué)生敢于創(chuàng)新和實事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。 教學(xué)重點 1、打點計時器的使用。 2、由紙帶計算物體運動的瞬時速度。 3、畫物體的速度—時間圖象。 教學(xué)難點 1、 對紙帶數(shù)據(jù)的處理。 2、 畫圖象的方法。 教學(xué)方法 教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生自主閱讀、思考，親自動手實驗，并討論、交流學(xué)習(xí)成果。 教學(xué)過程 （一）課前活動 教師活動：課前布置學(xué)生預(yù)習(xí)本節(jié)實驗。 學(xué)生活動：學(xué)生看書明確實驗的各項任務(wù)及實驗儀器。 （二）進(jìn)行新課 1、對“打點計時器的認(rèn)識”的學(xué)習(xí) 教師活動：教師布置學(xué)生對照儀器看說明書，引導(dǎo)學(xué)生注意其重點部分 學(xué)生活動：觀察打點計時器并閱讀其使用說明書，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。 教師活動：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)。 學(xué)生活動：動手練習(xí)使用打點計時器，打出幾條紙帶，討論怎樣獲取數(shù)據(jù)，并用列表格的形式把數(shù)據(jù)列出。 教師活動：聆聽學(xué)生回答，進(jìn)行點評和指導(dǎo)。 學(xué)生活動：思考23頁的思考與談?wù)摚涸鯓痈鶕?jù)紙帶上的點跡計算紙帶的平均速度？如果紙帶上的點跡分布不均，那么，點跡密集的地方表示運動的速度較大還是較??？ 教師活動：聆聽學(xué)生回答，進(jìn)行點評。 2、用打點計時器測量瞬時速度 教師活動：根據(jù)前面所學(xué)的瞬時速度的理論，引導(dǎo)學(xué)生怎樣計算實際運動中物體的瞬時速度。教師巡回指導(dǎo)。 學(xué)生活動：討論怎樣獲取數(shù)據(jù)，怎樣根據(jù)自己的紙帶計算不同時刻的瞬時速度并采用列表法有條理的列出。 3、用圖象表示速度 教師活動：引導(dǎo)學(xué)生思考怎樣畫出速度—時間圖象，為什么要用平滑的曲線“擬合”。 學(xué)生活動：根據(jù)前面計算的瞬時速度，畫出速度—時間圖象，同組各成員之間再次比較運動的區(qū)別，感受不同的運動規(guī)律。體會交流“擬合”的意義。 教師活動：聆聽學(xué)生回答，點評。 （三）課堂總結(jié)、點評 1、打點計時器的原理構(gòu)造（如圖） 實驗原理：（1）電磁打點計時器：它是利用電磁感應(yīng)原理打點計時的一種儀器，當(dāng)通過4—6V低壓交流電時，在線圈和永久磁鐵的作用下，振片便上下振動起來，位于振片一端的振針就跟著上下振動而打點，這時，如果紙帶運動 ，振針就在紙帶上打出一系列點，當(dāng)交流電源頻率為50Hz時，它每隔0.02s打一點，即打出的紙帶上每相鄰兩點間的時間間隔為0.02s。 （2）電火花計時器：它是利用火花放電在紙帶上打出小孔而顯示點跡的計時儀器。當(dāng)接通220V交流電源，按下脈沖輸出開關(guān)時，計時器發(fā)出的脈沖電流經(jīng)接正極的放電針、墨粉紙盤到接負(fù)極的紙盤軸，產(chǎn)生火花放電，于是在運動紙帶上就打出一系列點跡。當(dāng)電源頻率為50Hz時，它也是每隔0.02s打一次點，即打出的紙帶上每相鄰兩點間的時間間隔也是0.02s。 電火花計時器工作時，紙帶運動時受到的阻力小，比電磁打點計時器實驗誤差小。 打在紙帶上的點，記錄了紙帶運動的時間，如果把紙帶跟物體連在一起，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。 2、帶分析物體的運動情況并能計算平均速度。 （1）在紙帶上相鄰兩點間的時間間隔均為0.02s（電源頻率為50Hz），所以點跡密集的地方表示紙帶運動的速度很小。 （2）根據(jù)v=△x/△t，求出在任意兩點間的平均速度，這里△x可以用直尺測量出兩點間的距離，△t為兩點間的時間間隔數(shù)與0.02s的乘積。這里必須明確所求的是哪兩點之間的平均速度。 3、粗略計算瞬時速度。 某點E的瞬時速度可以粗略地由包含E點在內(nèi)的兩點間的平均速度來表示。如圖1.4-1， vE≈vDG，或vE=vDF。 說明：在粗略計算E點的瞬時速度時，可利用公式v=△x/△t來求解，但須注意的是，如果取離E點越接近的兩點來求平均速度，這個平均速度越接近E點的瞬時速度，但是距離太小會使測量誤差增大，應(yīng)該根據(jù)實際情況選取這兩個點。 4、v-t圖象與其畫法 為了更直觀地反映物體的運動情況，我們可以用v-t圖象來表示速度隨時間的變化規(guī)律。 以速度v為縱軸，時間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系，根據(jù)計算出的不同時刻對應(yīng)的瞬時速度值，在坐標(biāo)系中描點，最后用平滑曲線把這些點連接起來就得到了一條能夠描述速度v與時間t關(guān)系的圖象。 5、實驗器材 電磁打點計時器（或電火花計時器）及紙帶、刻度尺、電源、導(dǎo)線等。 6、注意事項 （1）電源電壓要符合要求，電磁打點計時器應(yīng)使用10V以下的交流電源；電火花計時器要使用220V交流電源。 （2）實驗前要檢查打點的穩(wěn)定性和清晰程度，必要時要進(jìn)行調(diào)節(jié)或更換器材。 （3）使用打點計時器應(yīng)先接通電源，待打點計時器穩(wěn)定后再用手拉紙帶。 （4）手拉紙帶時，速度應(yīng)快一些，以防點跡太密集。 （四）實例探究 打點計時器及應(yīng)用 ［例1］一同學(xué)在使用打點計時器時，紙帶上點不是圓點而是一些短線，這可能的原因是（ ） A．接在直流電源上 B．電源電壓不穩(wěn) C．電源頻率不穩(wěn) D．打點針壓得過緊 解析：A．接在直流電源上不會打點。A錯。 B．打點與電壓是否穩(wěn)定無關(guān)，點痕重輕與電壓有關(guān)。B錯。 C．頻率不同打的點仍為圓點。故C錯。 D．打點針壓得過緊。針和紙接觸時間長，打出一些短線。D正確。 答案：D 打點計時器直接測量的量 ［例2］電磁打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器，根據(jù)打點計時器打出的紙 帶，我們可以從紙帶上直接得到的物理量是（ ） A．時間間隔 B．位移 C．加速度 D．平均速度 解析：從打下的紙帶上數(shù)一下點的個數(shù)就知道時間，因為兩個點的時間間隔為0.02s.故A選項正確。 用刻度尺量一下任意兩個點間的距離，就知道了物體的位移。故B選項正確。 從紙帶上不能直接得到加速度、平均速度，只可以間接計算。故C、D選項錯誤。 答案：AB ［例3］ 用接在50 Hz 交流電源上的打點計時器，測定小車速度，某次實驗中得到一條紙帶，如下圖所示，從比較清晰的點起，每五個打印點取一個記數(shù)點，分別標(biāo)明0、l、2、3、4……，量得0與 1兩點間距離x1=30mm，3與4兩點間的距離x2=48mm，則小車在0與1兩點間平均速度為 m／s。 解析：0～1兩點間的平均速度m/s 課余作業(yè) 1、思考P22“說一說”欄目中提出的問題， 2、完成P24“問題與練習(xí)”中的問題。 3、閱讀教材P23“科學(xué)漫步”《氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計數(shù)器》短文，思考并回答文后提出的問題。 111