（新課標）2015年高中物理14實驗：用打點計時器測速度教案新人教版必修1

1、第四節(jié) 實驗:用打點計時器測速度教學目標： （一）知識與技能1.了解打點計時器的計時原理,理解紙帶中包含的物體運動的信息(時間和位移)2.會安裝并使用打點計時器,理解利用紙帶測量速度的原理并會測量瞬時速度3.明確速度-時間圖象的物理意義,描點法畫圖象的方法,并畫出該實驗的速度-時間圖象（二）過程與方法1.通過學生自己看打點計時器的說明書,培養(yǎng)學生獨立學習的能力2.通過實驗得出物體的運動信息,用數(shù)學的方法表述出來.培養(yǎng)學生獲取信息處理信息的能力,體會處理問題的方法,領(lǐng)悟如何間接測量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)學生用圖象法處理數(shù)據(jù)的能力,體驗數(shù)學工具在物理發(fā)展中的作用

2、4.體驗實驗中理性思維的重要,即要動手,又要動腦5.經(jīng)歷科學探究過程認識科學探究的意義,嘗試應用科學探究的方法研究物體的運動（三）情感態(tài)度價值觀1.感受打點計時器的巧妙設計思路,體會物理原理在解決實際問題中的指導作用,增強將物理知識應用于實際生活的意識2.經(jīng)歷實驗過程,體驗科學實驗過程的艱辛與喜悅,并樂于探索自然界的奧秘3.體驗用圖象方法描述物理現(xiàn)象的樂趣,培養(yǎng)學生用數(shù)學方法處理物理問題的意識4.培養(yǎng)學生的交流與合作精神,有將自己的見解與他人交流的愿望,并養(yǎng)成尊重他人的習慣教學重點：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

3、信息教學難點：處理紙帶的方法,用描點法畫圖象的能力教學方法：實驗、講授教學用具：打點計時器, 學生電源, 導線, 紙帶, 刻度尺, 小車細線及鉤碼, 坐標紙教學過程：（一）新課導入測定物體的運動速度并不是一件容易的事,特別是物體的速度在不斷變化時.為了簡化我們今天只研究物體的直線運動.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的運動信息.怎樣記錄呢?課堂活動：請同桌的兩位同學合作用彩筆和紙帶模擬打點計時器.思考：1. 彩筆打出的點能不能準確記錄紙帶的位置?2. 在打點時間間隔大致相同的情況下,紙帶拉動的快慢對紙帶上點的間隔有無影響?學生討論:師總結(jié):彩筆打出

4、的點可以記錄紙帶的位置.但在打點時間間隔大致相同的情況下,紙帶拉動的快慢對紙帶上點的間隔有影響(拉的越慢紙帶上點越密,反之就會越稀疏)考慮到用手打點的時間間隔不能準確相等,所以無法準確測定物體的運動速度.原因在哪?生:原因出在用手打點時的時間間隔不能嚴格相等,要是有一臺打點時間間隔嚴格相等的儀器問題就可以解決了.（二）新課教學師:我們今天要介紹的打點計時器就是可以精確記錄時間間隔和位移的儀器.1、電磁打點計時器布置學生閱讀打點計時器的說明書:明確打點計時器的結(jié)構(gòu),個部分的名稱,工作原理及使用方法.師總結(jié):電磁打點計時器是一種使用交流電的計時儀器.工作電壓為10V以下.當電源頻率為50Hz時,

5、打點計時器每隔0.02s打一個點.通電前把紙帶穿過限位孔并壓在復寫紙的下面.通電時,線圈產(chǎn)生的交變磁場使振動片磁化,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而不斷變化,在永久磁鐵的作用下,振動片將上下振動.其振動周期與線圈中交流電的周期一致,即為0.02s.如果紙帶運動振動片一端的振針就會在紙帶上打出一系列的點.思考:電磁打點計時器用低壓交流電源工作,能不能用直流電源呢,為什么?師總結(jié):電磁打點計時器的工作原理是靠交流電的方向改變來改變電磁鐵的磁極方向,從而使振動片上下振動的,且振動片的頻率與交流電的頻率一致.若使用50Hz的交流電打點周期正好是頻率的倒數(shù)為0.02

6、s.若使用直流電振動片將無法振動, 打點計時器將打不出點!2、電火花打點計時器布置學生閱讀打點計時器的說明書:明確打點計時器的結(jié)構(gòu),各部分的名稱,工作原理及使用方法.師總結(jié):電火花打點計時器可以代替電磁打點計時器使用.與電磁打點計時器不同的是:電火花打點計時器的工作電壓是220V的交流電.使用時將電源插頭直接插在交流220V插座內(nèi)就可以了.點火花打點計時器用墨粉和電火花打點.墨粉盤夾在兩條紙帶之間,當按下脈沖輸出開關(guān)時會產(chǎn)生高溫電火花,高溫電火花可以使墨粉汽化在紙帶上.當輸入交流電的頻率是50Hz時,電火花打點計時器也每隔0.02s打一個點.實驗時紙帶的兩面可以重復使用,注意降低實驗成本.思考

7、1:從原理上講兩種打點計時器哪中誤差更小,為什么?學生討論:師總結(jié):電磁打點計時器使用時阻力較大:阻力包括振針和紙帶間的摩擦以及限位孔和紙帶間的摩擦.而電火花打點計時器在使用過程中阻力極小,這極小的阻力來自紙帶運動的本身而不是打點時產(chǎn)生的,因而系統(tǒng)誤差較小.同時電火花打點計時器操作簡易,安全可靠.思考2: 打點計時器能記錄哪些信息?生:時間(時間間隔)和位移3、練習使用打點計時器學生自主閱讀教材中的實驗步驟提示:教師指導學生練習使用打點計時器并引導學生思考下列問題:問題1. 電磁打點計時器中怎樣安放復寫紙和紙帶?師總結(jié):將復寫紙?zhí)自趶蛯懠埗ㄎ讳N上,推動調(diào)節(jié)片可以調(diào)節(jié)復寫紙位置.將紙帶從復寫紙圓

8、片下穿過即可.問題2. 振針打的點不清晰或打不出點可能有哪些情況?怎樣調(diào)節(jié)?師總結(jié): 1.可能是復寫紙該換新的了2.可能是振動片的振動幅度太小了,可以調(diào)節(jié)振動片的位置3.可檢查壓紙框的位置是否升高而阻礙了振動片使振針打不到紙帶上,可將壓紙框向下調(diào)節(jié)到原來的位置4.可能是振針的位置太高,調(diào)節(jié)振針直到能打出點為止5.可能是選擇的電壓太低,可適當調(diào)高電壓,但不得超過10V問題3.為什么要先打開電源讓打點計時器先工作12s再松手打紙帶?可不可以先松手再打開打點計時器的電源?師總結(jié): 打點計時器打開電源后要經(jīng)過一個短暫的時間才能穩(wěn)定工作,所以應先打開電源讓打點計時器工作12s后才能松手打紙帶.這樣做可以

9、減小誤差問題4. 打點計時器打完點后要及時關(guān)閉電源,這樣做有什么好處?師總結(jié):因為打點計時器是按照間歇性工作設計的,長期工作會導致線圈發(fā)熱而損壞問題5.處理紙帶時從某個能看清楚的點開始,往后數(shù)出n個點,這些點之間的時間間隔應該怎樣確定?師總結(jié):每2個相鄰的點之間的時間間隔是0.02s,n個點之間的時間間隔為(n-1)倍的0.02s問題6.怎樣根據(jù)紙帶上的點跡計算紙帶的平均速度?師總結(jié):測出兩個點的距離 ,數(shù)出兩個點之間有n段時間間隔,則 .在用公式V=x0.02×n即可計算出平均速度4、用打點計時器測量瞬時速度思想方法:用某段時間內(nèi)的平均速度來粗略的代替這段時間內(nèi)的某點的瞬時速度.所

10、取的時間間隔越接近該點計算出的瞬時速度就越精確.如圖:要計算C點的瞬時速度可以用B-C的平均速度來替代,也可以用CD的平均速度來替代,還可以用EF的平均速度來替代.這三種方法中EF包含C點且比較靠近C點,所以用EF的平均速度來替代C點的瞬時速度是最精確的!EF5、用圖象表示速度根據(jù)實驗數(shù)據(jù)我們只能粗略得知紙帶在有些間斷的點的速度.要想知道紙帶的速度變化規(guī)律我們還要借助于圖象怎樣用圖象來表示物體的運動速度呢?學生討論:師總結(jié):在坐標紙上建立直角坐標系,用縱坐標表示物體的運動速度,用橫坐標表示時間,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)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

11、),簡稱速度圖象.學生實際操作:思考:我們從根據(jù)實際測量數(shù)據(jù)所描出的點的走向可以大致看出紙帶的速度變化規(guī)律.在把點連成線的時候我們是用折線來連還是用光滑的曲線來連呢?學生討論:師總結(jié):速度的變化應該是比較平滑的,所以,如果用一條平滑的曲線來”擬合”這些點應該更符合實際情況.小結(jié)：作業(yè)：課本第26-27頁“問題與練習”補充練習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 ( )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紙帶上的點子不均勻,下列判斷正確的是  ( )A 點子密集的地方物體的運動速度比較大B 點子密集的地方物體的運動速度比較小C 點子不均勻說明物體在做變速運動D 點子不均勻說明打點計時器有故障3.在你練習