《实验：用打点计时器测速度》教案设计

实验：用打点计时器测速度【教学目标】：（一）知识目标：1、了解两种打点计时器的结构和工作原理。2、会安装并使用打点计时器。3、理解根据纸带测量速度的原理并测量瞬时速度。4、明确速度一时间图象的意义，描点法画图象的方法，并画出该实验中的 速度一时间图象。（二）能力目标：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，领悟如何间接测一些不能直接 测量的物理量的方法.3 .通过画速度一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.4 .体验实验中理性思维的重要，既要动手，更要动脑.（三）彳惠育目标：1、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 奥妙。2、培养学生敢于创新和实事求是的科学态度和科学精神。【教学重点】：1、打点计时器的使用。2、由纸带计算物体运动的瞬时速度。3、画物体的速度一时间图象。教教学难点】：1、对纸带数据的处理。2、画图象的方法。【教学方法】：探究、讲授、讨论【教学用具】：多媒体课件、电磁打点计时器、电火花计时器、学生电源、 导线、纸带、刻度尺、坐标纸【教学过程】：（一）引入测定物体的速度并不是一件很容易的事情， 特别是当物体的运动速度在不停 变化时，测定某时刻的速度更是比较困难的， 如上下飞舞的蝴蝶，要确定它某一 时刻的速度是很困难的.我们现在只研究直线运动的速度的测量问题.今天 ，我 们来学习测量速度的一种方法（二）新课教学：1、打点计时器的认识（展示实物）提出问题：1、打点计时器分为几种，结构上有什么不同？2、他们在工作要求上，有什么不同？3他们是怎么工作的？学生活动：看课本,观察实验仪器，四个人一组进行讨论.提问学生并总结：1电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器， 工作电压为4V6 V.当 电源的频率是50 Hz时，它每隔0.02 s打一次点.当接通电源时，线圈产生的 交变磁场使振动片（由弹簧钢制成）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面不断变化，在永久磁铁的磁场作用下，振动片将上下振动，具振动周期与线圈中的电流变化周期一致，即为 0.02s .位于振片一端的振针就跟着上下振动起来，这时，如果纸带运动，振针 就在纸带上打出一系列小点。2 电火花计时器：它是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示点迹的计 时仪器。当接通220V交流电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流 经接正极的放电针、墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电，于是在运动纸 带上就打出一系列点迹。当电源频率为 50Hz时，它也是每隔0.02s打一次点， 即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔也是 0.02s。学生思考：1、电磁打点计时器使用低压交流电源工作， 大家想一想能不能使 用直流电源，为什么？答案：工作原理中是靠电流方向的改变来改变磁铁的磁场方向，从而促使振 动片上下振动，并且振动片的振动周期与电源的电流变化周期一致。 若使用50 Hz 的交流电，打点的时间间隔为 0. 02s.这个值正好是电源频率的倒数。2、从原理上考虑，电火花计时器跟电磁打点计时器相比，哪个更好些，误差可 能会更小？答案：电火花计时器可能会更好些，因为电磁打点计时器中振针和纸带间的摩擦 会更大些.2、练习使用打点计时器提出问题:1、使用打点计时器，应该按照怎么样的步骤?2、纸带上的点与小车的位移和时间是如何对应的，怎样将纸带上的点变成相关 的数据？学生活动：看课本，四个人一组进行讨论.提问并总结：1、使用电火花计时器在纸带上打点，安装纸带的方法有两种，一种是用一 条纸带从墨粉盘下穿过，打点时墨粉盘不随纸带转动，电火花只将墨粉盘上某一 位置的墨粉蒸发到纸带上，打出的点迹颜色较淡，打过一条纸带后要将墨粉盘转 一角度再打另一条纸带.学生实验时可采用这一方法.另一种是用两条纸带，将 墨粉盘夹在中间，拖动纸带时由于两条纸带的摩擦作用，墨粉盘会随纸带转动， 电火花将墨粉盘上不同位置的墨粉蒸发到纸带上，所以打出的点迹颜色较重.墨粉盘上面的一条纸带没有点迹，可重复使用.用一条纸带打点时，纸带与打点计 时器之间的摩擦阻力较小，用两条纸带打点时摩擦阻力较大.不管用哪种方法， 打完纸带后应立即切断电源.2、两点之间的时间为0.02秒，n个点之间的时间为0. 02* (n-1)3、用打点计时器测量瞬时速度提出问题：根据前面所学的瞬时速度的理论，引导学生怎样计算实际运动中 物体的瞬时速度？学生活动：讨论怎样获取数据，怎样根据自己的纸带计算不同时刻的瞬时速 度并采用列表法有条理的列出。提问总结：为了测量打点计时器在打出某个点时纸带运动的瞬时速度，可以测量包括该点在内的两点间的平均速度，用来代替瞬时速度。这两点离该点越近， 平均速度越接近该点的瞬时速度。 然而，两点距离过小则测量误差增大， 须根据 实际情况选取这两个点。胜一筹4、用图象表示速度提出问题：1那么怎样用图象来表示物体运动的速度呢 ？2对描出的点应该怎么样进行处理才能得到我们所要的图像？学生活动：四个人一起看书进行讨论.提问并总结：.在方格纸上建立直角坐标系，用纵坐标表示物体运动的速度， 用横坐标表示时间，根据表中各时刻的速度.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一时间图象 (v-t图象)，简称速度图象.学生思考：百米赛跑时运动员的速度从始至终是不变的吗 ？如果有变化，你 估计是怎样变化的？某位运动员的百米赛跑的成绩是 10. 57s,按照你的估计画 出他在这段时间的v-t图象的草图.百米赛跑时运动员的速度是有变化的，运动员从静止开始，速度很快增大， 冲刺阶段的速度达到最大。没有受过训练的同学跑百米，他在起始阶段速度增大的过程要长些，最大速度也比不过运动员，到终点时速度还可能有下降趋势，Vt图象的形状是不同的。（三）巩固练习1当纸带与运动物体连接时，打点计时器在纸带上打出点迹。下列关于纸带上 点迹的说法中正确的是（A.点迹记录了物体运动的时间B.点迹记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移C.纸带上点迹的分布情况反映了物体的质量和形状D.纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况解析 打点计时器每隔一定的时间（当电源频率为50Hz时，打点的时间问隔为0.02s）打下一个点，因而点迹记录了物体运动的时间，也记录了物体在不 同时刻的位置和某段时间内的位移； 点迹的分布情况反映了物体的运动情况，而不能反映物体的质量和形状。正确选项为 A B、Do2通过打点计时器得到的一条打点纸带上，如果点子的分布不均匀，那么 是点子密集的地方纸带运动速度比较大，还是点子稀疏的地方纸带运动速度比较 大？为什么？解析 打点计时器打点的时间问隔 t保持不变，点子稀疏的地方 x大， 从而纸带的运动速度比较大。3某次打点计时器在纸带上依次打出 A、R G D E、F等一系列的点，测 得品E离 AB=11.0mm, AC=26.5mm, AD=40.0mm, AE=48.1mm AF =62.5mm 通过计算 说明在打A、F点的时间间隔内，纸带是否做匀速直线运动。如果是，则求速度； 如果不是，则求平均速度。已知打点时间间隔为0.02s。解析AB=11.0mm, BC=AC- AB=15.5mm, CD=ADAC=13.5mm, DE=AE-AD=8.1mm,EF=AF- AE=14.4mm,各段距离不等，说明在打 A、F点的时间间隔内，AF 62 5 10 3纸带不是做匀速直线运动。v "m/s=0.625m/s。t 0.02 54如图1 23为某次实验时打出的纸带， 打点计时器每隔0.02s打一个点，图中。点为 第一个点，A、B C、D为每隔两点选定的计数 点。根据图中标出的数据，打 A、D点时间内 纸带的平均速度有多大？打 B点时刻纸带的瞬 时速度有多大？计算的依据是什么？你能算 出打Q D点时间内纸带的平均速度吗？为什么？解析 AD段的平均速度 ADVAD - t AD43.25 15.500.02 2 3cm/s=231.25cm/s。当时间间隔很短时，可以用平均速度代替瞬时速度，故 B点的瞬时速度ACVBtAC32.50 15.50-cm/s=212.50cm/s0.02 2 2无法算出OD段的平均速度，因为不知道 Q D间有多少个点，因而不知道 。曲的时间间隔。5使用打点计时器时，如果发现纸带上打出的点不清晰，那么可能是什么 原因？如何采取措施？解析点迹不清的原因及应采取的措施主要有：(1)复写纸使用过久，可调整复写纸位置，或更换复写纸；(2)电源电压过低，导致打点太轻，可适当提高电源电压；(3)振针位置偏高，同样会导致打点太轻，可适当调低振针。6图1 24是两个匀速直线运动的位移图象。哪条直线所表示的运动的速 度大？各是多大？解析 直线比较陡，其斜率大，故直线所表示的运动的速度大。以V1、V2分别表示直线、直线所表示的运动的速度，则V1 3 - m/s=1m/s,t16x26/ 0 /v2 一 m/s=2m/sot23(四)小结:略(五)作业：课本第2,3,4题(六)板书设计：§ 1.4 实验：用打点计时器测速度1 .电磁打点计时器：靠电磁感应带动探针振动通过复写纸打点2 .电火花计时器：靠产生电火花放电蒸发墨粉打点3 .计时器的使用：注童使用方法和领悟注童事项4 .测量瞬时速度：用包含某点在内的一段时间内的平均建度粗略表示该点 的瞬时速度5 .速度时间图象：以时间为横轴，速度为纵轴，描点连线作图象.