高中物理-4 實驗：用打點計時器測速度教學(xué)設(shè)計學(xué)情分析教材分析課后反思

《用打點計時器測速度》總復(fù)習(xí)導(dǎo)學(xué)案安丘一中高三物理教研組【實驗?zāi)康摹?.鞏固了解打點計時器的構(gòu)造、工作原理和用途。2.通過打點計時器這一主線使學(xué)生掌握：研究勻變速直線運動、驗證牛頓運動定律、探究動能定理、驗證機械能守恒定律等高考力學(xué)實驗?！緦嶒炓蟆俊犊荚囌f明》中明確規(guī)定的物理力學(xué)實驗有：研究勻變速直線運動、探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系、驗證力的平行四邊形定則、驗證牛頓運動定律、探究動能定理、驗證機械能守恒定律。其中有四個實驗與紙帶處理有關(guān)，可見力實驗部分以紙帶的處理，打點計時器的應(yīng)用為核心來展開復(fù)習(xí)。近幾年力學(xué)實驗中與紙帶處理相關(guān)的實驗、力學(xué)創(chuàng)新實驗是高考的熱點內(nèi)容，以分組或演示實驗為背景，考查對實驗方法的領(lǐng)悟情況、靈活運用學(xué)過的實驗方法設(shè)計新的實驗是高考實驗題的新趨勢。要求學(xué)生掌握常規(guī)實驗的數(shù)據(jù)處理方法，能將課本中分組實驗和演示實驗原理、實驗方法遷移到新的背景中，深刻理解概念和規(guī)律，并能靈活運用，要求學(xué)生有較強的創(chuàng)新能力。在復(fù)習(xí)過程中，應(yīng)以掌握常規(guī)實驗原理、實驗方法、規(guī)范操作程序、數(shù)據(jù)處理方法等為本，同時從常規(guī)實驗中，有意識的、積極的提取、積累一些有價值的方法,逐步過渡到靈活運用學(xué)過的實驗方法設(shè)計新的實驗?！緦嶒炘怼俊鱴=aT2F=maW=mv22/2-mv12/2mg△h=mv22/2-mv12/2【實驗器材】打點計時器、低壓交流電源、小車、鉤碼、砝碼、細線、一端固有定滑輪的長木板、帶有鐵夾的鐵架臺、重錘、紙帶、天平、刻度尺?！緦嶒炦^程】[實驗一]：研究勻變速直線運動的加速度與瞬時速度操作一：利用以上所給的器材設(shè)計一拖動紙帶做勻變速直線運動的運動模型問題1：如何利用紙帶判斷物體是否做勻變速運動？問題2：選擇一條清晰的紙帶計算打不同計數(shù)點時的瞬時速度，并計算其加速度。問題3：若使用小車，則本實驗中需要平衡摩擦力嗎？操作二：改變物體的加速度，并重新計算其加速度例1．（中山一中2008-2009學(xué)年高三第二次統(tǒng)測物理試題）(1)在用“圖象法”處理實驗數(shù)據(jù)時，為了減少誤差（）A．應(yīng)使縱、橫坐標(biāo)每單位長度表示的數(shù)值大一些B．應(yīng)使縱、橫坐標(biāo)每單位長度表示的數(shù)值小一些C．為使圖線通過每個實驗數(shù)據(jù)點，應(yīng)使圖線畫成折線D．應(yīng)使圖線畫成直線或光滑曲線，讓實驗數(shù)據(jù)點大致均勻分布在圖線附近，對于個別離線較遠的點可以舍去(2)某同學(xué)要進行探究勻變速直線運動實驗，請在下面列出的實驗器材中，選出本實驗中不需要的器材填在橫線上(填編號)：①打點計時器②天平③低壓交流電源④低壓直流電源⑤細繩和紙帶⑥鉤碼和小車⑦秒表⑧一端有滑輪的長木板⑨刻度尺(3)某同學(xué)利用打點計時器所記錄的紙帶來研究做勻變速直線運動小車的運動情況，實驗中獲得一條紙帶，如圖所示，其中兩相鄰計數(shù)點間有四個點未畫出。已知所用電源的頻率為50HZ，則打A點時小車運動的速度vA=_______m/s，小車運動的加速度a=_______m/s2。（結(jié)果要求保留三位有效數(shù)字）OOABCD3.186.7410.6915.05(單位：cm)[實驗二]：驗證牛頓運動定律操作三：利用以上裝置設(shè)計一驗證牛頓運動定律的實驗?zāi)Ｐ蛦栴}4：交流討論實驗設(shè)計結(jié)果，并簡述實驗操作過程操作四：選擇最佳實驗?zāi)Ｐ停M行實驗操作并記錄實驗數(shù)據(jù)。問題5：展示實驗結(jié)果，并思考實驗中若用小車需平衡摩擦力嗎？例2．（汕頭金山中學(xué)2008-2009學(xué)年第一學(xué)期高三期中考試）某同學(xué)設(shè)計了一個探究小車的加速度a與小車所受拉力F及質(zhì)量m關(guān)系的實驗，圖（a）為實驗裝置簡圖．（所用交變電流的頻率為50Hz）（1）圖（b）為某次實驗得到的紙帶，實驗數(shù)據(jù)如圖，圖中相鄰計數(shù)點之間還有4個點未畫出，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為m/s2．（保留三位有效數(shù)字）（2）保持砂和砂桶質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m，分別得到小車加速度a與質(zhì)量m及對應(yīng)的，數(shù)據(jù)如下表：實驗次數(shù)12345678小車加速度a/m·s–20.6330.5720.4970.4180.3320.2500.1670.101小車質(zhì)量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67小車質(zhì)量倒數(shù)4.003.453.032.502.001.411.000.60請在方格坐標(biāo)紙中畫出圖線，并從圖線求出小車加速度a與質(zhì)量倒數(shù)之間的關(guān)系式是．（3）保持小車質(zhì)量不變，改變砂和砂桶質(zhì)量，一位同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a隨拉力F的變化圖線如圖所示。該圖線不通過原點，其主要原因是______________________________________．[強化訓(xùn)練一]：探究動能定理⑴有一游標(biāo)卡尺，主尺的最小分度是1mm，游標(biāo)上有20個小的等分刻度。用它測量一工件的長度，如圖甲所示，圖示的讀數(shù)是mm；甲甲乙⑵科學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)離不開科學(xué)探究，而科學(xué)探究可以分為理論探究和實驗探究。下面我們追尋科學(xué)家的研究足跡用兩種方法探究恒力做功和物體動能變化間的關(guān)系。Ⅰ．理論探究：根據(jù)牛頓運動定律和有關(guān)運動學(xué)公式，推導(dǎo)在恒定合外力的作用下，功與物體動能變化間的關(guān)系，請在答題紙上對應(yīng)位置寫出你的推導(dǎo)過程。Ⅱ．實驗探究：①某同學(xué)的實驗方案如圖乙所示，他想用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，為了減小這種做法帶來的實驗誤差，你認為在實驗中還應(yīng)該采取的兩項措施是：a．__________；b．____；②如圖丙所示是某次實驗中得到的一條紙帶，其中A、B、C、D、E、F是計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T。距離如圖。則打C點時小車的速度為 ；要驗證合外力的功與動能變化間的關(guān)系，除位移、速度外，還要測出的物理量有。丙丙ABCDEF△x1△x2△x3△x4△x5[強化訓(xùn)練二]：驗證機械能守恒定律打點計時器紙帶夾子打點計時器紙帶夾子重物（1）下面列舉了該實驗的幾個操作步驟：A．按照圖示的裝置安裝器件；B．將打點計時器接到電源的“直流輸出”上；C．用天平測出重錘的質(zhì)量；D．釋放懸掛紙帶的夾子，同時接通電源開關(guān)打出一條紙帶；E．測量紙帶上某些點間的距離；F．根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能．其中沒有必要進行的或者操作不當(dāng)?shù)牟襟E是．As2s1BCDEs0O（2）利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值．如圖所示，根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上的連續(xù)的五個點A、B、C、D、E，測出A距起始點O的距離為s0，點AC間的距離為sAs2s1BCDEs0O（3）在上述驗證機械能守恒定律的實驗中發(fā)現(xiàn)，重錘減小的重力勢能總是大于重錘動能的增加，其原因主要是因為在重錘下落的過程中存在阻力作用，可以通過該實驗裝置測阻力的大?。粢阎?dāng)?shù)刂亓铀俣裙J的較準(zhǔn)確的值為g，還需要測量的物理量是．試用這些物理量和上圖紙帶上的數(shù)據(jù)符號表示出重錘在下落的過程中受到的平均阻力大小F＝．[強化訓(xùn)練三]：測定動摩擦因數(shù)物理小組在一次探究活動中測量滑塊與木板之間的動摩擦因數(shù)。實驗裝置如圖，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端裝有定滑輪；木板上有一滑塊，其一端與電磁打點計時器的紙帶相連，另一端通過跨過定滑輪的細線與托盤連接。打點計時器使用的交流電源的頻率為50Hz。開始實驗時，在托盤中放入適量砝碼，滑塊開始做勻加速運動，在紙帶上打出一系列小點。（1）上圖給出的是實驗中獲取的一條紙帶的一部分：0、1、2、3、4、5、6、7是計數(shù)點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個打點（圖中未標(biāo)出），計數(shù)點間的距離如圖所示。根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計算的加速度a=(保留三位有效數(shù)字)。(2)回答下列兩個問題：①為測量動摩擦因數(shù)，下列物理量中還應(yīng)測量的有。（填入所選物理量前的字母）A.木板的長度lB.木板的質(zhì)量m1C.滑塊的質(zhì)量m2D.托盤和砝碼的總質(zhì)量m3E.滑塊運動的時間t②測量①中所選定的物理量時需要的實驗器材是。（3）滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)＝（用被測物理量的字母表示，重力加速度為g）.與真實值相比，測量的動摩擦因數(shù)（填“偏大”或“偏小”）。寫出支持你的看法的一個論據(jù)：。本堂小結(jié)：學(xué)情分析：學(xué)生已經(jīng)掌握了描繪直線運動的基本物理量a,v,t,x,及x-t,v-t,的關(guān)系、牛頓定律、動能定理、機械能守恒定律，為本節(jié)課奠定了基礎(chǔ)，沿著打點計時器的使用、紙帶的分析、數(shù)據(jù)的處理這條主線完全可以完成本實驗。一堂課的創(chuàng)新需要設(shè)計。在課堂教學(xué)中，要讓每一位學(xué)生體驗科學(xué)探究過程，領(lǐng)會科學(xué)探究方法，在掌握知識與技能的過程中受到情感態(tài)度與價值觀的熏陶，就必須為學(xué)生鋪墊好適當(dāng)?shù)摹芭_階”，讓學(xué)生沿著臺階往上走，從而達到課程目標(biāo)的要求.本課是高中階段的第一堂涉及實驗的課程,打點計時器又是高中一個重要的計時儀器，計時的同時還能記錄物體的運動情況，對于剛進入高一的學(xué)生來說常常有許多疑惑。平均速度和瞬時速度是本節(jié)的難點，教材用極限的思想，從平均速度過渡到瞬時速度。加強對瞬時速度的理解，拉近物理與生活、模型與實際的距離。用圖像表示物理量的變化，“根據(jù)所描點子”的分布和走向嘗試用條曲線來“擬合”這些測量點是教材的又一探究思想。教學(xué)過程中應(yīng)注重激發(fā)學(xué)生的探究熱情,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和合作精神，并從中體驗成功的喜悅。本節(jié)內(nèi)容從知識到能力要求均很高，特別對剛?cè)敫咧械男律鷣碚f有難度，更具有吸引力和挑戰(zhàn)性。本節(jié)課在教學(xué)過程中通過教師引導(dǎo)、學(xué)生自主探究、相互合作交流培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣和實驗態(tài)度，嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物體運動，達到三維育人目標(biāo)。本課是高中階段的第一堂涉及實驗的課程，使學(xué)生養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣和實驗態(tài)度顯得非常重要，而且打點計時器是一個既重要又較難的實驗，應(yīng)該讓學(xué)生多想、多看、多動手。

“用打點計時器測速度”，對于剛進入高一的學(xué)生來說常常有許多疑惑：什么是打點計時器，如何使用打點計時器，又如何利用打點計時器測速度，如何利用測出的速度對物體的運動狀態(tài)進行分析等，因此本課也應(yīng)該圍繞這些問題來而展開教學(xué)活動。在這些問題中如何使用打點計時器在紙帶上打出清晰的點是關(guān)鍵（當(dāng)然后幾個問題都很重要），以后的學(xué)習(xí)過程中會多次遇到，因此在教學(xué)過程中應(yīng)采用邊講邊做的方式，特別要讓學(xué)生多練，遇到問題也要讓學(xué)生多想，激發(fā)他們探究的熱情，并引導(dǎo)學(xué)生試著解決這些問題，從中體驗成功的喜悅?！队么螯c計時器測速度》總復(fù)習(xí)測評練習(xí)1．(2013～2014江蘇南京高一期中)關(guān)于打點計時器的使用，下列說法正確的是()A．紙帶上打的點越密，說明物體運動得越快B．電火花打點計時器使用的是220V交流電源C．使用的電源頻率越高，打點的時間間隔就越長D．在“探究勻變速直線運動的規(guī)律”的實驗中應(yīng)先釋放小車，后接通打點計時器的電源2．打點計時器所用電源的頻率為50Hz，某次實驗中得到一條紙帶，用毫米刻度尺測量情況如圖147所示，紙帶上A、C兩點對應(yīng)的時間為________s，紙帶在A、C間的平均速度為________m/s.在A、D間的平均速度為________m/s.二者之間B點的瞬時速度更接近于________m/s.圖1473.在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz，查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=9.80m/s2，測得所用重物的質(zhì)量為1.00kg．實驗中得到一條點跡清晰的紙帶，把第一個點記作O，每兩個計數(shù)點之間有四點未畫出，另選連續(xù)的3個計數(shù)點A、B、C作為測量的點，如圖2所示．經(jīng)測量知道A、B、C各點到O點的距離分別為50.50cm、86.00cm、130.50cm．（1）根據(jù)以上數(shù)據(jù)，計算重物由O點運動到B點，重力勢能減少了8.43J，動能增加了8.00J（最后結(jié)果要求保留三位有效數(shù)字）．（2）假設(shè)物體下落做勻加速運動，則物體在下落過程中的實際加速度為9.00m/s2．4.某同學(xué)設(shè)計了一個如圖13所示的裝置測定滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)，其中A為滑塊，B和C是質(zhì)量可調(diào)的砝碼，不計繩和滑輪的質(zhì)量及它們之間的摩擦，裝置水平放置。實驗中該同學(xué)在砝碼總質(zhì)量(m＋m′＝m0)保持不變的條件下，改變m和m′的大小，測出不同m下系統(tǒng)的加速度，然后通過實驗數(shù)據(jù)的分析就可求出滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)．(1)該同學(xué)手中有打點計時器、紙帶、質(zhì)量已知且可隨意組合的砝碼若干、滑塊、一端帶有定滑輪的長木板、細線，為了完成本實驗，得到所要測量的物理量，還應(yīng)有()．A．秒表

B．毫米刻度尺

C．天平

D．低壓交流電源(2)實驗中，該同學(xué)得到一條較為理想的紙帶，如圖所示，從清晰的O點開始，每隔4個點取一計數(shù)點(中間4個點沒畫出)，分別記為A、B、C、D、E、F，各計數(shù)點到O點的距離為OA＝1.61cm，OB＝4.02cm，OC＝7.26cm，OD＝11.30cm，OE＝16.14cm，OF＝21.80cm，打點計時器打點頻率為50Hz，則由此紙帶可得到打E點時滑塊的速度v＝______m/s，此次實驗滑塊的加速度a＝_____m/s2.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(3)在實驗數(shù)據(jù)處理中，該同學(xué)以m為橫軸，以系統(tǒng)的加速度a為縱軸，繪制了如圖15所示的實驗圖線，結(jié)合本實驗可知滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)μ＝_______.(g取10m/s2)

5.某同學(xué)驗證動能定理的實驗裝置如圖1所示．水平桌面上固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌；導(dǎo)軌上A點處有一帶長方形遮光片的滑塊，其總質(zhì)量為M，左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細繩與一易拉罐相連，易拉罐和里面的細沙總質(zhì)量為m；遮光片兩條長邊與導(dǎo)軌垂直；導(dǎo)軌上B點有一光電門，可以測量遮光片經(jīng)過光電門時的擋光時間為t，L表示A、B兩點間的距離．滑塊與氣墊導(dǎo)軌間沒有摩擦，用g表示重力加速度．①該同學(xué)首先用游標(biāo)卡尺測量了遮光片的寬度．將游標(biāo)卡尺的測量爪合在一起，發(fā)現(xiàn)游標(biāo)尺的零刻度線與主尺的零刻度線不重合，如圖2甲所示．用此游標(biāo)卡尺測遮光片的寬度時示數(shù)如圖2乙所示讀數(shù)值d測=1.4mm，遮光片寬度的實際值d真=1.8mm．②該同學(xué)首先調(diào)整導(dǎo)軌傾角，易拉罐內(nèi)盛上適量細沙，用輕繩通過滑輪連接在滑塊上．讓滑塊恰好在A點靜止，此時易拉罐和里面的細沙總質(zhì)量為m．剪斷細繩后，滑塊開始加速下滑，則其受到的合外力為mg．③為驗證從A→B過程中小車合外力做功與動能滑塊變化的關(guān)系，需要驗證的關(guān)系式為mgL=M（）2（用題目中所給的物理量符號表示）．1.解析紙帶上打的點越密，說明物體運動越慢；電火花打點計時器使用的是220V交流電源；因為T＝eq\f(1,f)，所以使用的電源頻率越高，打點的時間間隔就越短；在“探究勻變速直線運動的規(guī)律”的實驗中應(yīng)先接通打點計時器的電源，后釋放小車．B正確．答案B2.解析由題意知，相鄰兩點間的時間間隔為0.02s.A、C間對應(yīng)的時間為0.02×2s＝0.04s.A、D間的距離為25.5mm＝0.0255m.A、C間的距離為14.0mm＝0.0140m.由公式v＝eq\f(Δx,Δt)得．vAC＝eq\f(0.0140,2×0.02)m/s＝0.35m/s，vAD＝eq\f(0.0255,3×0.02)m/s≈0.43m/s.B點的瞬時速度更接近于A、C間的平均速度，即vB≈0.35m/s.答案0.040.350.430.353.解析（1）8.43，8.00（2）9.00．（1）重力勢能減小量為：△Ep=mgh=1.0×9.8×0.8600J=8.43J．在勻變速直線運動中時間中點的瞬時速度等于該過程中的平均速度，因此有：vB===4.00m/s則動能增加量為：△EK=mvB2=×1×4.002=8.00J（2）根據(jù)△x=aT2得：a==9.00m/s2．故答案為：（1）8.43，8.00（2）9.00．4.解析

（1）實驗需要測兩點間距離，故要刻度尺，打點計時器用到低壓電源，故BD正確（2）每