1、1.4 实验:用打点计时器测速度一、三维目标知识与技能1. 了解打点计时器的计时原理,理解纸带中包含的物体运动的信息(时间和位移)2. 会安装并使用打点计时器,理解利用纸带测量速度的原理并会测量瞬时速度3. 明确速度-时间图象的物理意义,描点法画图象的方法,并画出该实验的速度-时间图象过程与方法1. 通过学生自己看打点计时器的说明书,培养学生独立学习的能力2. 通过实验得出物体的运动信息,用数学的方法表述出来.培养学生获取信息处理信息的能力,体会处理问题的方法,领悟如何间接测量一些不能直接测量的物理量的方法3. 通过画速度-时间图象培养学生用图象法处理数据的能力,体验数学工具在物理发展中的作用
2、4. 体验实验中理性思维的重要,即要动手,又要动脑5. 经历科学探究过程认识科学探究的意义,尝试应用科学探究的方法研究物体的运动情感态度价值观1. 感受打点计时器的巧妙设计思路,体会物理原理在解决实际问题中的指导作用,增强将物理知识应用于实际生活的意识2. 经历实验过程,体验科学实验过程的艰辛与喜悦,并乐于探索自然界的奥秘3. 体验用图象方法描述物理现象的乐趣,培养学生用数学方法处理物理问题的意识4. 培养学生的交流与合作精神,有将自己的见解与他人交流的愿望,并养成尊重他人的习惯二、教学重点1. 学会使用打点计时器2. 能根据纸带计算物体运动的瞬时速度3. 会用描点法描绘物体的速度-时间图象,
3、并从中获取物理信息三、教学难点处理纸带的方法,用描点法画图象的能力教具准备课件 投影仪 幻灯片课时安排2 课时第 1 课时四、教学设计新课导入（5 分钟）测定物体的运动速度并不是一件容易的事,特别是物体的速度在不断变化时.为了简化我们今天只研究物体的直线运动.当物体沿直线运动时,其位移在不断变化,要研究物体的运动,我们首先要准确记录物体的运动信息.怎样记录呢?课堂活动请同桌的两位同学合作用彩笔和纸带模拟打点计时器.思考 1. 彩笔打出的点能不能准确记录纸带的位置?2. 在打点时间间隔大致相同的情况下,纸带拉动的快慢对纸带上点的间隔有无影响?学生讨论:总结:彩笔打出的点可以记录纸带的位置.但在打
4、点时间间隔大致相同的情况下,纸带拉动的快慢对纸带上点的间隔有影响(拉的越慢纸带上点越密,反之就会越稀疏)考虑到用手打点的时间间隔不能准确相等,所以无法准确测定物体的运动速度.原因在哪?生: 原因出在用手打点时的时间间隔不能严格相等,要是有一台打点时间间隔严格相等的仪器问题就可以解决了.新课教学（25 分钟）师:我们今天要介绍的打点计时器就是可以精确记录时间间隔和位移的仪器.一 电磁打点计时器1振片 2。线圈 3。永久磁铁 4。振针 5。纸带 6。限位孔 7。复写纸 布置学生阅读打点计时器的说明书:明确打点计时器的结构,个部分的名称,工作原理及使用方法.总结:电磁打点计时器是一种使用交流电的计时
5、仪器.工作电压为 46V.当电源频率为 50Hz 时, 打点计时器每隔 0.02s 打一个点.通电前把纸带穿过限位孔并压在复写纸的下面.通电时,线圈产生的交变磁场使振动片磁化,振动片的一端位于永久磁铁的磁场中,由于振动片的磁极随着电流方向的改变而不断变化,在永久磁铁的作用下,振动片将上下振动.其振动周期与线圈中交流电的周期一致,即为 0.02s.如果纸带运动振动片一端的振针就会在纸带上打出一系列的点.思考:电磁打点计时器用低压交流电源工作,能不能用直流电源呢,为什么?总结:电磁打点计时器的工作原理是靠交流电的方向改变来改变电磁铁的磁极方向,从而使振动片上下振动的,且振动片的频率与交流电的频率一
6、致.若使用 50Hz 的交流电打点周期正好是频率的倒数为 0.02s.若使用直流电振动片将无法振动, 打点计时器将打不出点!二 电火花打点计时器布置学生阅读打点计时器的说明书:明确打点计时器的结构,个部分的名称,工作原理及使用方法.总结:电火花打点计时器可以代替电磁打点计时器使用.与电磁打点计时器不同的是:电火花打点计时器的工作电压是 220V 的交流电.使用时将电源插头直接插在交流 220V插座内就可以了.点火花打点计时器用墨粉和电火花打点.墨粉盘夹在两条纸带之间,当按下脉冲输出开关时会产生高温电火花,高温电火花可以使墨粉汽化在纸带上.当输入交流电的频率是 50Hz 时,电火花打点计时器也每
7、隔 0.02s 打一个点.实验是纸带的两面可以重复使用,注意降低实验成本.三 练习使用打点计时器学生自主阅读教材中的实验步骤提示使用打点计时器：1 了解打点计时器的结构，然后把它固定在桌子上。2 把纸带装好。3 启动电源用手拉动纸带，纸带上就打出一行小点，随后关闭电源。4 取下纸带，从能够看清的某个点开始，往后数出若干个点，这些点划分出来的间隔数是多少？由此计算出纸带从第一个点到第 N 个点的运动时间。5 用刻度尺测量出第一个点至第 N 个点的距离。6 计算纸带上的平均速度。图 1.4-4 这是按实际大小画出的一条纸带,在打出 D、G 这两个点的时间间隔中,纸带的平均速度是多少?四 用打点计时
8、器测量瞬时速度思想方法:用某段时间内的平均速度来粗略的代替这段时间内的某点的瞬时速度.所取的时间间隔越接近该点计算出的瞬时速度就越精确.如图（书 21 页 1.4-5 图）:要计算 E 点的瞬时速度可以用 D-E 的平均速度来替代,也可以用 EF 的平均速度来替代,还可以用 DF 的平均速度来替代.这三种方法中 DF 包含 E 点切比较靠近 E 点,所以用 DF 的平均速度来替代 E 点的瞬时速度是最精确的!(1)求平均速度利用公式 计算出纸带在这段时间内的平均速度，把测量和计算的结果填入 txv表 1 中表 1点数 n 点间隔数 n-1 运动时间 t/s 位移 /mx平均速度 mv/1s可以
9、用同样的方法计算出图中各点的瞬时速度填入课本 21 页的表 2 中,从表中列出的点我们可以粗略的了解纸带的运动情况.五 用图象表示速度在表 2 中我们只能粗略得知纸带在有些间断的点的速度.要想知道纸带的速度变化规律我们还要借助于图象怎样用图象来表示物体的运动速度呢?学生讨论:总结:在坐标纸上建立直角坐标系,用纵坐标表示物体的运动速度,用横坐标表示时间,根据表 2 中各个时刻的速度,将(v,t)作为一组坐标在图象中描点,将点连线后得出的图象称为速度-时间图象(v-t 图象),简称速度图象.学生实际操作:思考:我们从根据实际测量数据所描出的点的走向可以大致看出纸带的速度变化规律.在把点连成线的时候
10、我们是用折线来连还是用光滑的曲线来连呢?学生讨论:总结:速度的变化应该是比较平滑的,所以,如果用一条平滑的曲线来”拟合”这些点应该更符合实际情况.小结：电磁打点计时器和电火花打点计时器都是记录物体在一定时间间隔内位移的仪器.vt 图象:表示做运动的物体的速度随时间变化的规律巩固教学.（2 分钟）板书设计4 用打点计时器测速度电磁打点计时器 靠电磁感应带动振针振动通过复写纸打点电火花打点计时器 靠产生的电火花放电蒸发墨粉打点打点计时器的使用 注意使用方法和领悟注意事项测量瞬时速度 用包含某点的一段时间的平均速度来粗略表示该点的瞬时速度速度时间图象 以时间为横坐标,速度为纵坐标,描点连线作出的平滑
11、图象五、例题讲解1. 运动的物体带动纸带被打点计时器打上一系列的点,这些点的距离不一定相等,但这些点能说明 ( )A 运动物体在一段时间内的位移B 运动物体在一段时间内的运动快慢C 运动物体在某时刻的位置D 运动物体的运动性质2. 通过打点计时器得到的一条纸带上的点子不均匀,下列判断正确的是 ( )A 点子密集的地方物体的运动速度比较大B 点子密集的地方物体的运动速度比较小C 点子不均匀说明物体在做变速运动D 点子不均匀说明打点计时器有故障3.在你练习使用打点计时器时,小车拖动纸带并在上面打下一系列的小点,根据你所打出纸带,在判断纸带表示的运动是匀速直线运动还是变速直线运动时 ( )A 应通过
12、测量纸带表示的运动的全程来判断B 必须通过计算任意两点间的平均速度来判断C 必须通过计算全程的平均速度来计算D 可以通过测量每相邻两点间的距离,看其是否相同来判断参考答案1.ABCD 2.BC 3.D六、课堂小结提问的方式问同学学到那些知识多媒体课件演示布置作业实验：练习使用打点计时器实验目标要求通过教科书和阅读“说明卡”观察仪器，掌握使用打点计时器在纸带上记录时间和位移的技能，并运用这一技能测定平均速度，画出 v-t 图象。了解用图象研究物理问题的方法。实验器材电磁打点计时器(或电火花计时器 )、纸带、复写纸片、低压交流电源、刻度尺、导线实验过程使用打点计时器：7 了解打点计时器的结构，然后
13、把它固定在桌子上。8 把纸带装好。9 启动电源用手拉动纸带，纸带上就打出一行小点，随后关闭电源。10 取下纸带，从能够看清的某个点开始，往后数出若干个点，这些点划分出来的间隔数是多少？由此计算出纸带从第一个点到第 N 个点的运动时间。11 用刻度尺测量出第一个点至第 N 个点的距离。12 计算纸带上的平均速度。疑惑解答学生自主阅读教材中的实验步骤提示:教师指导学生练习使用打点计时器并引导学生思考下列问题:问题 1. 电磁打点计时器中怎样安放复写纸和纸带?师总结:将复写纸套在复写纸定位销上,推动调节片可以调节复写纸位置.将纸带从复写纸圆片下穿过即可.问题 2. 振针打的点不清晰或打不出点可能有哪
14、些情况?怎样调节?师总结: 1.可能是复写纸该换新的了2.可能是振动片的振动幅度太小了,可以调节振动片的位置3.可检查压纸框的位置是否升高而阻碍了振动片使振针打不到纸带上,可将压纸框向下调节到原来的位置4.可能是振针的位置太高,调节振针直到能打出点为止5.可能是选择的 46V 的电压太低,可适当调高电压,但不得超过 10V问题 3.为什么要先打开电源让打点计时器先工作 12s 再松手打纸带?可不可以先松手再打开打点计时器的电源?师总结: 打点计时器打开电源后要经过一个短暂的时间才能稳定工作,所以应先打开电源让打点计时器工作 12s 后才能松手打纸带.这样做可以减小误差问题 4. 打点计时器打完
15、点后要及时关闭电源,这样做有什么好处?师总结:因为打点计时器是按照间歇性工作设计的,长期工作会导致线圈发热而损坏问题 5.处理纸带时从某个能看清楚的点开始,往后数出 n 个点,这些点之间的时间间隔应该怎样确定?师总结:每 2 个相邻的点之间的时间间隔是 0.02s,n 个点之间的时间间隔为(n-1)倍的 0.02s问题 6.怎样根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度?师总结:测出两个点的距离 ,数出两个点之间有 n 段时间间隔,则 .在用公式即可计算出平均速度注意事项1， 会安装复写纸，并且会调节复写纸的位置，将纸带从复写纸圆片下穿过。2， 开启电源，打点计时器工作，待 1S2S 再拖动纸带打出点子。观察点迹是否清晰，打完点后，立即关闭电源。3， 在纸带上打不出点或点迹过暗是，纠正的对策大致有三种：电源电压较低情况下，可适当提高；调整复写纸的位置或是更换复写纸；调整打点计时器。4， 打点计时器的调整。数据处理
