高中物理《實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度》學(xué)案11（新人教版必修1）

《高中物理《實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度》學(xué)案11（新人教版必修1）》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理《實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度》學(xué)案11（新人教版必修1）（6頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

111 第四節(jié) 實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度 一、課標(biāo)要求 1.了解電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的基本構(gòu)成，知道打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)原理，并學(xué)會(huì)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。 2.通過實(shí)例學(xué)會(huì)根據(jù)紙帶上的點(diǎn)分析速度的變化情況，并學(xué)會(huì)測(cè)定平均速度。 3.通過實(shí)例學(xué)會(huì)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量瞬時(shí)速度。 4.學(xué)會(huì)用圖象表示速度變化規(guī)律的方法，理解用平滑曲線“擬合”坐標(biāo)系中描出的點(diǎn)來反映客觀規(guī)律的思想。 二、教材分析 這節(jié)課有三個(gè)目的：1.學(xué)會(huì)是用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；2.用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)瞬時(shí)速度；3.用圖象表示速度隨時(shí)間的變化情況。 由紙帶上某兩點(diǎn)間的位移△x和相應(yīng)的△t就能算出它們之間的平均速度。與過去的教學(xué)不同的是，教材由此又向前走了一步，說明在△x（或△t）很小時(shí)，這樣算出的平均速度可以看作瞬時(shí)速度，而不是絕對(duì)意義上的瞬時(shí)速度。對(duì)于這一點(diǎn)，老師們可能還不習(xí)慣。這是因?yàn)槲覀冞^去的物理教學(xué)過于理想化、絕對(duì)化，或說與實(shí)際問題的距離比較大。實(shí)際的測(cè)量技術(shù)測(cè)得的瞬時(shí)速度都是某段時(shí)間內(nèi)的平均速度，而不是絕對(duì)意義上的瞬時(shí)速度。例如汽車上的速度計(jì)，無論是用離心測(cè)速的方法還是用發(fā)電機(jī)測(cè)速的方法，轉(zhuǎn)動(dòng)部分都有一定的慣性，對(duì)速度變化的反應(yīng)都需要一段時(shí)間，因此，它們實(shí)際測(cè)得的速度都不是數(shù)學(xué)意義上的“極限”。本節(jié)要求用很小時(shí)間間隔內(nèi)的平均速度作為瞬時(shí)速度，除了有意加強(qiáng)瞬時(shí)速度的理解外，也是拉近物理課與實(shí)際、與技術(shù)的距離。 用圖象表示物理量的變化，在生活中是常見的方法，本書在這方面加強(qiáng)了很多。 這節(jié)實(shí)驗(yàn)之后用圖象表示速度時(shí)，思路與過去有些不同： 過去在描點(diǎn)之后往往說，“用一條直線（或曲線）連接這些點(diǎn)……”，為什么要用直線（或曲線）而不用別的曲線？因?yàn)樵谶^去的實(shí)驗(yàn)中我們都已經(jīng)知道，坐標(biāo)系中的兩個(gè)物理量之間的關(guān)系就是直線（例如勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度與時(shí)間的關(guān)系）。這是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的做法。 這節(jié)中，測(cè)的是手拉紙帶的速度，事先并不知道速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，也就是說不知道圖象是一條什么曲線。這種情況下我們只能根據(jù)所描點(diǎn)子的分布和走向，嘗試用某條曲線來“擬合”這些測(cè)量點(diǎn)。這是探究性實(shí)驗(yàn)中常用的方法。 這兩種情況下的作圖，操作步驟相似，但思路不一樣，邏輯線索不一樣，教學(xué)中要注意表達(dá)清楚。 第24頁的“說一說”中即要求學(xué)生學(xué)會(huì)用圖象表示速度與時(shí)間的關(guān)系，又要求學(xué)生知道優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員與沒有受過訓(xùn)練的學(xué)生兩人在百米賽時(shí)速度變化的不同點(diǎn)。這個(gè)欄目的目的是讓學(xué)生體會(huì)到，解決實(shí)際問題要有比較寬的知識(shí)面做基礎(chǔ)，只有課本上的知識(shí)是不行的。 25頁“做一做”欄目的目的是把學(xué)科教學(xué)與信息技術(shù)結(jié)合起來。由于這項(xiàng)工作在我國剛剛開始，各地條件不同，所用器材的差別很大，所以這里只給出了原則性的指導(dǎo)，給出了思路。教師應(yīng)該根據(jù)具體條件開展這方面的教學(xué)。 三、教法建議 1.電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與電火花計(jì)時(shí)器 這兩種計(jì)時(shí)器由于計(jì)時(shí)原理相同，所以在實(shí)際應(yīng)用中不加區(qū)分，根據(jù)學(xué)校的實(shí)際條件，用哪一種都行。對(duì)這部分的教學(xué)要注意： （1）突出計(jì)時(shí)原理，不過分追求工作原理。 （2）要充分向?qū)W生展示實(shí)物，以使學(xué)生掌握接入電源的方法和穿紙帶的方法。 （3）明確紙帶上的點(diǎn)是如何反映時(shí)間和物體運(yùn)動(dòng)情況的。 （4）讓學(xué)生知道電火花計(jì)時(shí)器必電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器誤差小的原因。 2.練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器主要包括兩個(gè)方面，一是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的安裝，特別是紙帶的安裝；二是用紙帶上的點(diǎn)研究物體的運(yùn)動(dòng)。由于是第一個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，所以教學(xué)中要注意： （1）要讓學(xué)生在教師的指導(dǎo)下按步驟有序操作，培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的習(xí)慣。 （2）掌握由紙帶上的點(diǎn)確定物體運(yùn)動(dòng)位移與運(yùn)動(dòng)時(shí)間的方法與原理。 （3）牽拉紙帶一定要讓學(xué)生親自動(dòng)手操作，然后與紙帶上的點(diǎn)跡分布相對(duì)應(yīng)，以感悟運(yùn)動(dòng)速度變化情況。 （4）要注意測(cè)量點(diǎn)與打點(diǎn)的區(qū)別，并學(xué)會(huì)靈活選定測(cè)量點(diǎn)。 3.用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量瞬時(shí)速度 用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶計(jì)算平均速度絕大多數(shù)學(xué)生都能掌握，但用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量瞬時(shí)速度多數(shù)學(xué)生可能會(huì)感到困惑。教學(xué)中要突出： （1）平均速度與瞬時(shí)速度主要是描述的精確程度不同。 （2）這里采取的描述方法是：用包含該點(diǎn)在內(nèi)的一小段位移上的平均速度代替該點(diǎn)的瞬時(shí)速度。 （3）要求每個(gè)0.1s測(cè)一次速度，這主要是為了處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)計(jì)算方便，在實(shí)際教學(xué)中根據(jù)紙帶上的點(diǎn)的分布情況靈活確定。 （4）要嚴(yán)格按實(shí)際測(cè)出數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，不可主觀臆造，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅進(jìn)行科學(xué)研究的學(xué)習(xí)品質(zhì)。 4.用圖象表示速度 用圖象表示速度，在這里主要是作為一種處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法，而不是作為一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)，這一點(diǎn)在實(shí)際教學(xué)中要充分注意。作為一種方法的教學(xué)，要按一定的思維程序進(jìn)行： （1）建立坐標(biāo)系，設(shè)定合適的刻度，注明單位。 （2）嚴(yán)格按實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)，根據(jù)點(diǎn)的分布定分析速度的變化特點(diǎn)。 （3）描出的點(diǎn)是不連續(xù)的，之所以要用平滑曲線來“擬合”實(shí)驗(yàn)中描出的點(diǎn)，是因?yàn)楦鱾€(gè)時(shí)刻都有速度，速度隨時(shí)間是連續(xù)變化的，而實(shí)驗(yàn)中又不可能把所有時(shí)刻的速度都測(cè)出來。 5.“說一說”與“做一做” “說一說”中要求學(xué)生在知道優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員與沒有受過訓(xùn)練的學(xué)生兩人在百米賽時(shí)速度變化的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，學(xué)會(huì)用圖象表示速度與時(shí)間的關(guān)系。教學(xué)中要讓學(xué)生主動(dòng)思考，充分討論，將感性認(rèn)識(shí)用理性的方法表達(dá)出來，突出對(duì)學(xué)生的能力培養(yǎng)。 “做一做”欄目中用的實(shí)驗(yàn)器材較先進(jìn)，不同學(xué)校的條件差異很大，所以教學(xué)中教師應(yīng)該根據(jù)具體條件開展這方面的教學(xué)，也可以師生進(jìn)行互動(dòng)參與。但不管采用深器材，要突出實(shí)驗(yàn)原理和研究思路。 關(guān)于“科學(xué)漫步”這部分內(nèi)容，可以通過演示讓學(xué)生明確：一是數(shù)字計(jì)時(shí)器的使用；二是氣墊導(dǎo)軌能提高實(shí)驗(yàn)精度的原因；三是測(cè)速度的基本物理思想。 四、教學(xué)資源 （一） 參考資料 1.J0201－1型數(shù)字計(jì)時(shí)器使用方法 (1)使用前的檢查與調(diào)整：第一步，先不插入光電門，把功能轉(zhuǎn)換開關(guān)K1撥向S1計(jì)時(shí)檔，打開電源開關(guān)，數(shù)碼管應(yīng)跳字。第二步，把兩個(gè)光電門分別插入輸入插座“Ⅰ”、“Ⅱ”，數(shù)碼管應(yīng)停止跳字；如果仍不斷跳字，表明光電門的發(fā)光管光線沒照準(zhǔn)接受管，或者光電門的四芯插頭沒插好，應(yīng)仔細(xì)加以調(diào)整，直至數(shù)碼管停止跳字為止。第三步，檢查清零性能，按一下“復(fù)位”鈕，數(shù)碼管應(yīng)全部清零；間隔2、3秒鐘連續(xù)接通電源，數(shù)碼管應(yīng)能自動(dòng)全部清零。 　　儀器接通電源后，要經(jīng)五分鐘預(yù)熱，使時(shí)基脈沖達(dá)到穩(wěn)定后，再開始使用。 　　(2)S1檔計(jì)時(shí)：K1置“S1”檔，對(duì)任一光電門遮光，便開始計(jì)時(shí)，露光則停止計(jì)時(shí)。數(shù)碼管顯示的數(shù)字為遮光的時(shí)間值。 　　(3)S2檔計(jì)時(shí)：K1置“S2”檔，對(duì)任一光電門第一次遮光即開始計(jì)時(shí)，第二次遮光則停止計(jì)時(shí)。數(shù)碼管顯示的數(shù)字為兩次遮光間隔的時(shí)間值。 　　S1和S2檔計(jì)時(shí)所得時(shí)間值的讀數(shù)，為數(shù)碼管顯示的數(shù)字與所取的時(shí)基信號(hào)單位之積。假如顯示的數(shù)字為153，時(shí)基信號(hào)為1毫秒時(shí)，讀數(shù)為153毫秒；時(shí)基信號(hào)為10毫秒時(shí)，續(xù)數(shù)則為1.53秒。 　　(4)光控計(jì)數(shù)：K1置“計(jì)數(shù)”，對(duì)任一光電門每遮光一次，數(shù)碼管就累加一個(gè)字，顯示出遮光的次數(shù)。 　　(5)數(shù)碼管窗口玻璃絲有機(jī)玻璃，經(jīng)摩擦?xí)a(chǎn)生靜電，以致感應(yīng)數(shù)碼管的亮段消失，要待一會(huì)才能恢復(fù)。因此，在使用過程中，禁忌用手或其它干燥物揩試窗口玻璃，以免造成數(shù)碼管暫時(shí)不亮的現(xiàn)象。 2.電火花計(jì)時(shí)器電路原理 電火花計(jì)時(shí)器電路原理如圖所示。當(dāng)S1開關(guān)接通時(shí)，220V、50Hz交流電壓的正半周通過二極管D1、D4及限流電阻R1對(duì)電容器C1進(jìn)行充電，使電容器上電壓達(dá)到交流電壓的峰值311V；在負(fù)半周時(shí)，通過二極管D3、D2，限流電阻R2及穩(wěn)壓管D5形成回路，穩(wěn)壓管D5的穩(wěn)壓電壓為10V，其作用是限制加到晶閘管觸發(fā)極上的電壓不致過高，晶閘管D6被觸發(fā)，電容器C1上的電壓通過高壓變壓器Ｔ初級(jí)線包，二極管D8及晶閘管D6迅速放電，于是在T的次級(jí)產(chǎn)生3.5~3.8kV的脈沖電壓，經(jīng)過放電針、墨粉紙盤在普通紙帶上產(chǎn)生放電跡點(diǎn)。電源頻率的每一個(gè)周期放電一次，因電源頻率為50Hz，故兩個(gè)放電跡點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02s。高壓脈沖也可以由接線柱引出，供電火花描跡儀及其他儀器使用。 電火花計(jì)時(shí)器采用高壓脈沖計(jì)時(shí)，放電針與運(yùn)動(dòng)紙帶是不接觸的，因此避免了計(jì)時(shí)與紙帶運(yùn)動(dòng)的相互干擾。該儀器沒有機(jī)械振動(dòng)部分，可靠性好，整個(gè)電路部分密封在塑料盒中，高壓脈沖電流小于0.2mA，安全性好。 若電路發(fā)生故障，應(yīng)特別注意檢查二極管D1~D4有無損壞，C1電容是否擊穿；也可用電阻表直接檢測(cè)高壓脈沖輸出插孔兩端，其阻值應(yīng)約為3kΩ。如測(cè)得的阻值很大，則說明高壓變壓器次級(jí)斷路，應(yīng)進(jìn)行調(diào)換。 （二）習(xí)題精選 1.小明以同一個(gè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定頻率下，測(cè)量小車?yán)瓌?dòng)紙帶甲、乙、丙、丁的運(yùn)動(dòng)速度，每次車子都是自右向左運(yùn)動(dòng)，四段紙帶的長度都相同。則下列敘述哪些是正確？（AB） A.紙帶甲打點(diǎn)均勻，表示車子的速度一定 B.紙帶乙顯示的平均速度最大 C.紙帶丙表示的速度越來越小 D.紙帶丁表示小車的速率越來越大 2.某同學(xué)在“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度”的實(shí)驗(yàn)中，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄了被小車拖動(dòng)的紙帶的運(yùn)動(dòng)情況，在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。其相鄰點(diǎn)間的距離如圖所示，每兩個(gè)相鄰的測(cè)量點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.10s。 (1)試根據(jù)紙帶上各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，每個(gè)0.10s測(cè)一次速度，計(jì)算出打下B、C、D、E、F五個(gè)點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度，并將各個(gè)速度值填入下表(要求保留3位有效數(shù)字) (2)將B、C、D、E、F各個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)速度標(biāo)在直角坐標(biāo)系中，并畫出小車的瞬時(shí)速度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖線。 參考答案： 111