《物理：1.3《實驗：用打點計時器測速度》教案（新人教版必修1）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《物理：1.3《實驗：用打點計時器測速度》教案（新人教版必修1）（10頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

111 1.4 實驗：用打點計時器測速度 整體設計 物理是以實驗為基礎的自然科學，物理實驗是學生獲取知識，進行知識創(chuàng)新的重要手段，是培養(yǎng)學生的科學興趣、科學態(tài)度和提高學生終身學習能力的重要途徑.本課是高中第一節(jié)實驗課，應向學生介紹實驗室要求及安全注意事項.讓學生認識實驗在物理學中的地位和作用，掌握物理實驗的一些基本技能，會使用基本的實驗儀器，能獨立完成物理實驗.本教學設計重在讓學生體驗物理實驗的過程，培養(yǎng)他們正確的科學態(tài)度和科學精神，感受實驗的樂趣.將實驗教學與其他教學內容緊密地結合在一起的教學形式是本教學設計的一個特點.實驗課以學生活動為主、教師合理指導.本節(jié)課為后續(xù)實驗——探究小車速度隨時間變化的規(guī)律作鋪墊.本節(jié)課要求學生通過教科書和閱讀“說明卡”觀察儀器，掌握使用打點計時器在紙帶上記錄時間和位移的技能，并運用這一技能測定平均速度，畫出v-t圖象.了解圖象研究物理問題的方法. 教學重點 1.學會使用打點計時器. 2.能根據(jù)紙帶計算物體運動的瞬時速度. 3.會用描點法描繪物體的速度—時間圖象，并從中獲取物理信息. 教學難點 處理紙帶的方法，用描點法畫圖象的能力. 時間安排 2課時 三維目標 知識與技能 1.了解電磁打點計時器和電火花計時器的構造、差異及功能. 2.能夠閱讀產品說明書，掌握打點計時器的使用方法. 3.初步學會從紙帶上獲取時間和位移等實驗數(shù)據(jù)信息進行處理，測定物體的運動速度. 4.學會建立物體運動的vt圖象. 過程與方法 1.通過實驗探究過程，了解物理學的研究方法，培養(yǎng)學生信息收集和處理能力，分析、解決問題能力和交流、合作能力. 2.初步了解用圖象描述和研究物理過程的方法，體會數(shù)學在物理知識中的應用. 情感態(tài)度與價值觀 1.在實驗活動中，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和實事求是的科學精神. 2.在探討問題的過程中，鼓勵學生主動與他人合作，交流思想，感受團隊精神，體驗探索的樂趣. 課前準備 電磁打點計時器、電火花計時器、紙帶（每小組兩條）、透明塑料刻度尺（長度在30 cm以上）、學生電源（使用4 V——6 V交流電壓擋）、導線若干、自制課件. 教學過程 導入新課 活動導入 1.同桌之間，一位同學手拿一支彩色畫筆，另一位同學牽動一條寬約1 cm的長紙帶，使紙帶在筆下沿著直線緩慢向前移動.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小.想一想，相鄰兩點的距離跟牽動紙帶的速度有什么關系？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？ 2.兩位同學競走比賽，為了比較他們的運動情況，現(xiàn)在讓每位同學都提著底部穿孔、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. 問題導入 古時候由于生產力不發(fā)達,計時的方法是滴水法和日影法等原始的方法.隨著科學技術的發(fā)展，今天的計時方法既有鐘表一般的計時器，還有精度極高的光電計時器.在實驗中我們還用到打點計時器.當打點計時器外接交流電源的頻率為50 Hz時，打出的紙帶上相鄰兩點間的時間間隔為多少？而美國、加拿大及日本的西部地區(qū)常用的交流電頻率是60 Hz，若接在打點計時器上，打出的紙帶上相鄰兩點間的時間間隔又為多少？ 推進新課 測定物體的速度并不是一件容易的事情，特別是當物體的運動速度在不斷變化時，測定某時刻的速度更是比較困難的，如上下飛舞的蝴蝶，要確定它某一時刻的速度是很困難的.我們現(xiàn)在只研究直線運動的速度的測量問題. 教師引導：當物體沿直線運動時，其位移在不斷變化，要研究物體的運動，我們首先要準確記錄物體運動的信息.直接測量物體運動的速度在技術上是比較復雜的，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. 一、電磁打點計時器 教師布置學生對照儀器看說明書，引導學生注意其重點：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構、各部分的名稱、工作原理及使用方法.（如圖1-4-1） 圖1-4-1 提出要求：課件展示電磁打點計時器的大幅實物照片，方便教師的講解和學生的討論交流. 請同學們觀察一下，閱讀其使用說明書，說說它的工作原理. 歸納總結：電磁打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器，如圖1-4-1所示.工作電壓為4 V——6 V.當電源的頻率是50 Hz時，它每隔0.02 s打一次點.通電以前，把紙帶穿過限位孔，再把套在軸上的復寫紙片壓在紙帶的上面.當接通電源時，線圈產生的交變磁場使振動片（由彈簧鋼制成）磁化，振動片的一端位于永久磁鐵的磁場中.由于振動片的磁極隨著電流方向的改變面不斷變化，在永久磁鐵的磁場作用下，振動片將上下振動，其振動周期與線圈中的電流變化周期一致，即為0.02 s.位于振片一端的振針就跟著上下振動起來，這時，如果紙帶運動，振針就在紙帶上打出一系列小點. 交流與討論：電磁打點計時器使用低壓交流電源工作，大家想一想能不能使用直流電源，為什么？ 學生通過閱讀學習電磁打點計時器的工作原理，能夠總結歸納： 工作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). 課堂訓練 電磁打點計時器的打點周期取決于（ ） 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.振針與復寫紙間的距離 解析：電磁打點計時器的打點周期，即振針擊打復寫紙和紙帶的周期，從它利用電磁感應打點的原理可知，振針是由振片帶動振動的，而振片上下振動的周期就是線圈中磁場變化的周期，與所用交流電源的電流方向變化周期相對應.也就是交流電的周期，等于交流電的頻率的倒數(shù)，即若使用電源的頻率為50 Hz，則交流電的周期為1/50 s=0.02 s.我國使用的交流電的頻倒數(shù)，即若使用電源的頻率為50 Hz，則交流電的周期為頻率統(tǒng)一為50 Hz. 答案：B 二、電火花計時器 教師布置學生對照儀器看說明書，引導學生注意其重點：觀察打點計時器并閱讀說明書，明確電火花計時器的結構、各部分的名稱、工作原理及使用方法.如圖1-4-2. 圖1-4-2 課件展示：課件投影電火花計時器的實物照片，讓學生對照實驗桌上的實物說出各部分的名稱. 師生歸納總結：使用時電源插頭直接插在交流220 V插座內，將裁成圓片（直徑約38 mm）的墨粉紙盤的中心孔套在紙盤軸上，將剪切整齊的兩條普通有光白紙帶（20 mm700 mm）從彈性卡和紙盤軸之間的限位槽中穿過，并且要讓墨粉紙盤夾在兩條紙帶之間.這樣當兩條紙帶運動時，也能帶動墨粉紙盤運動，當按下脈沖輸出開關時，放電火花不至于始終在墨粉紙盤的同一位置而影響到點跡的清晰度.也可以用上述尺寸的白紙帶和墨粉紙帶（位于下面）做實驗，還可以用兩條白紙帶夾著一條墨粉紙帶做實驗；墨粉紙可以使用比較長的時間，一條白紙帶也可以重復使用，應注意降低實驗成本. 學習了兩種打點計時器，應留給學生充足的時間對它們進行比較，思考并交流討論得出結論，體驗打點計時器的用途，感受實驗的樂趣. 交流與討論 從原理上考慮，電火花計時器與電磁打點計時器相比，哪個更好些，誤差可能會更??？ 學生猜想：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會更大些. 教師總結：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50 μs，這一方面也遠優(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 μA）. 三、練習使用打點計時器 教師指導學生自主閱讀教材中的實驗步驟提示.學習打點計時器的使用方法，對學生講清注意事項及安全問題. 指導學生動手練習使用打點計時器，并引導學生思考：紙帶上的點與小車的位移和時間是如何對應的，怎樣將紙帶上的點變成相關的數(shù)據(jù)？ 根據(jù)學生的實際操作，讓學生體會操作過程的樂趣.指導學生解決實驗過程中遇到的問題. 交流與實踐 1.電磁打點計時器中怎樣安放復寫紙和紙帶的位置？ 將復寫紙?zhí)自趶蛯懠埗ㄎ讳N上，推動調節(jié)片，可調節(jié)復寫紙位置.將紙帶從復寫紙圓片下穿過. 2.振針打的點不清晰或打不出點可能是哪些原因？怎樣調整？ 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其原來位置. 補充1.可能是復寫紙該換新的了. 補充2.可能是振動片的振幅太小，可調整振動片的位置. 補充3.可能是振針的位置太高，調整振針的位置，直到打出點為止. 補充4.所選的電壓在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，所以可調高一點電壓. 3.開啟電源打點完畢后要及時關閉電源，這樣做有什么好處？ 因打點計時器是按間歇工作設計的，故長期工作可能會因線圈發(fā)熱而損壞. 課件展示：電火花計時器的紙帶安裝方法（讓學生閱讀）: 使用電火花計時器在紙帶上打點，安裝紙帶的方法有兩種，一種是用一條紙帶從墨粉盤下穿過，打點時墨粉盤不隨紙帶轉動，電火花只將墨粉盤上某一位置的墨粉蒸發(fā)到紙帶上，打出的點跡顏色較淡，打過一條紙帶后要將墨粉盤轉一角度再打另一條紙帶.學生實驗時可采用這一方法.另一種是用兩條紙帶，將墨粉盤夾在中間，拖動紙帶時由于兩條紙帶的摩擦作用，墨粉盤會隨紙帶轉動，電火花將墨粉盤上不同位置的墨粉蒸發(fā)到紙帶上，所以打出的點跡顏色較重.墨粉盤上面的一條紙帶沒有點跡，可重復使用.用一條紙帶打點時，紙帶與打點計時器之間的摩擦阻力較小，用兩條紙帶打點時摩擦阻力較大.不管用哪種方法,打完紙帶后應立即切斷電源. 教師設疑：處理紙帶時，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？ 學生答疑：共（n-1）個. 課件展示：展示某同學打出的一條點跡清晰的紙帶，并提出問題：怎樣根據(jù)紙帶上的點跡計算紙帶的平均速度？ 學習歸納總結：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0.02 s，用這個總距離去除以所需用的時間. 課堂訓練 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發(fā)生的位移，從而了解物體的運動情況.請你用簡短的語言描述圖1-4-3所示每條紙帶記錄的物體的運動情況. 圖1-4-3 解答：（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 通過以上知識的學習，尤其是通過紙帶的數(shù)據(jù)處理，我們可以求解紙帶上某段時間的平均速度.但是，如何來求解某點的瞬時速度呢？ 提出要求：設計實驗——測量手拉紙帶在幾個時刻的瞬時速度. 1.引導學生進行實驗原理的探究：能否測算出物體在相鄰幾段相等時間內的平均速度？ 學習思考并回答：可以利用打點計時器，從紙帶上先求出位移和時間，再根據(jù)速度公式 v=，算出每段平均速度. 2.引導學生進行實驗方法的探究 提問：瞬時速度如何測量呢？ 學生思考并交流討論得出在極短時間內，平均速度可近似代替某點的瞬時速度.訓練學生利用物理概念和規(guī)律解決實際問題的能力.估計學生會不知如何入手，教師可根據(jù)實際情況加以提示引導. 3.引導學生列出所需器材，設計實驗步驟. 學生根據(jù)實驗需要，列出實驗器材，設計實驗步驟，并互相交流討論. 4.要求學生根據(jù)實驗目的，自行設計實驗方案，進行實驗，并根據(jù)所得數(shù)據(jù)畫出物體的v-t圖象，對數(shù)據(jù)分析后得出相關結論.各實驗小組充分交流討論，初步制定出實驗方案，設計好表格.指導學生理順實驗思路，培養(yǎng)他們交流、合作的能力. 在實驗方案和表格的設計上，可能個別小組會出現(xiàn)一些困難，鼓勵他們多進行交流討論. 五、用圖象表示速度 圖象是研究物理問題中經常使用的一種數(shù)據(jù)處理方式，圖象法處理數(shù)據(jù)直觀、方便，圖象法在生活中也有廣泛的應用，例如氣溫的變化、股票的跌漲、學習成績的浮動等等都可以用圖象簡便地表示出來.圖象是表示變化規(guī)律的好方法.我們也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？ 指導學生自主閱讀課文并思考. 學生通過自主學習歸納出用圖象法表示物體運動的速度的方法： 在方格紙上建立直角坐標系，用縱坐標表示物體運動的速度，用橫坐標表示時間，根據(jù)表中各時刻的速度.將（v,t）作為一組坐標在圖象中描點，將點連線后得出的圖象稱為速度—時間圖象（v-t圖象），簡稱速度圖象. 作圖訓練：要求學生用打點計時器測得數(shù)據(jù)填寫的表格作出圖象——速度時間圖象. 手拉紙帶的數(shù)據(jù) 距離d/m 時間t/s 速度v/(ms-1) 0.029 0 0.10 0.29 0.038 3 0.20 0.38 0.044 9 0.30 0.45 0.045 9 0.40 0.46 0.045 9 0.50 0.46 0.056 0 0.60 0.56 0.057 8 0.70 0.58 0.056 2 0.80 0.56 0.057 8 0.90 0.58 0.057 4 1.00 0.57 0.058 8 1.10 0.59 學生具體操作，縱坐標表示速度、橫坐標表示時間，建立平面直角坐標系.教師指導學生畫v-t圖象時，橫軸、縱軸單位長度的確定要根據(jù)實驗數(shù)據(jù)的最大值、最小值合理選取，使描繪的v-t圖象能充滿坐標平面的大部分空間. 學生具體描點. 教師引導學生雖然可以根據(jù)所描的點的走向大致看出紙帶速度的變化規(guī)律，但為了更加清晰地反映規(guī)律，可把這些點用折線連起來. 學生在老師的提示和幫助下連線. 教師引導：速度的變化應該是比較平滑的，所以，如果是用一條平滑的曲線來“擬合”這些點，曲線反映的規(guī)律應該與實際情況更接近. 教師指導學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.如圖1-4-4. 手拉紙帶的速度—時間圖象（示例） 圖1-4-4 點評：通過指導學生親手作出vt圖象可以使學生充分體會圖象法處理數(shù)據(jù)的直觀性、方便性.要求學生根據(jù)作出的圖象描述手拉紙帶的速度變化情況.物理圖象是一種特殊、形象的語言和工具，是研究物理問題的重要手段，在本環(huán)節(jié)讓學生切實感受這一點. 課堂訓練 在學校舉行的秋季運動會上，某同學獲得了高一級100 m賽跑的第一名，他的成績是 12.01 s.按照你的估計畫出他在比賽過程中的v-t圖象.（思考提示：這位同學賽跑時的速度從始至終都是不變的嗎？如果有變化，你估計是怎樣的變化？把這種變化用圖線表示出來時，要考慮哪些描述運動的物理量？） 解答：100 m賽跑時該同學的速度不是從始至終不變的.起跑時從靜止開始加速，速度迅速增大，然后以大致相等的速度完成后段路程. 該運動員的v-t圖象如圖1-4-5. 圖1-4-5 圖線要求具有的特征： 1.速度圖線必須從零開始. 2.能反映開始的加速段和后來的勻速段，圖線前段較陡，后段較平. 3.圖線至少有12 s，面積約為100 m，可通過數(shù)格的方法進行，大于半格的算一個，小于半格的不算. 課堂小結 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位移的儀器. v-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物體通過的位移大小.形狀一樣的圖線，在不同圖象中所表示的物理規(guī)律不同. 布置作業(yè) 1.教材第24頁“問題與練習”第2、3題. 2.利用第4題提供的方法，與同桌合作，自制模擬打點計時器. 板書設計 4 實驗：用打點計時器測速度 一、電磁打點計時器 1.原理 2.構造 3.使用注意事項 二、電火花計時器 1.原理 2.構造 3.使用注意事項 三、練習使用打點計時器 四、用打點計時器測量瞬時速度 五、用圖象表示速度 活動與探究 課題：利用位移傳感器測物體間的距離與速度. 內容：如圖1-4-6所示是運動傳感器的原理圖，這個系統(tǒng)由A、B兩個小盒組成的，A盒裝有紅外線發(fā)射器和超聲波發(fā)射器，B盒裝有紅外線接收器和超聲波接收器，A盒被固定在運動的小車上.測量時A向B同時發(fā)射一個紅外線脈沖和一個超聲波脈沖，B盒接收到紅外線脈沖時開始計時，接收到超聲波脈沖時停止計時.若兩者的時間差為t1,空氣中的聲速為v0. 圖1-4-6 問題：（1）A與B之間的距離為多少？（紅外線的傳播時間不計） （2）經過短暫的Δt后，進行第二次測量，此時的時間差為t2,A與B之間的距離又為多少？ （3）運動物體的速度是多少？ 參考解析：（1）A與B之間的距離為：x1=v0t1. （2）經過短暫的Δt后，進行第二次測量，此時的時間差為t2,A與B之間的距離為x2=v0t2. （3）運動物體的速度是:v==v0. 習題詳解 1.解答：電磁打點計時器引起的誤差較大.因為電磁打點計時器打點瞬時要阻礙紙帶的運動. 2.解答：（1）紙帶左端與重物相連.（2）A點和右方鄰近一點的距離Δx=7.010-3 m,時間Δt=0.02 s，Δt很小，可以認為A點速度v==0.35 m/s. 3.解答：(1)甲物體有一定的初速度，乙物體初速度為0. （2）甲物體速度大小不變，乙物體先勻加速、勻速，最后勻減速運動. （3）甲、乙物體運動方向都不改變. 4.解答：紙帶速度越大，相鄰兩點的距離也越大.紙帶速度與相鄰兩點時間無關. 設計點評 本教學設計明確了本節(jié)課程的主題，圍繞教材中提出的幾個問題，逐一在學生中展示討論，在充分交流的基礎上，激發(fā)學生探究問題的興趣，讓學生帶著問題進行學習并自己總結歸納儀器的構造、原理等.在實驗中自主了解打點計時器的計時原理、紙帶如何記錄運動信息，為后面進一步探究物體的運動打下基礎.在實驗過程中，注意培養(yǎng)學生實驗能力和動手操作能力，培養(yǎng)學生用多種手段處理問題的能力，積極體現(xiàn)了新課程“教師為主導，學生為主體”的理念.尤其對速度時間圖象的教學，采用了根據(jù)測量數(shù)據(jù)學生實際親手繪制并總結方法的形式，讓學生切實感受了過程的重要性，感受了圖象處理數(shù)據(jù)的方便性、直觀性. 111