人教版必修1 1.4實驗用打點計時器測速度 教案.doc

1.4實驗用打點計時器測速度一、 教材分析物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué).本節(jié)課為實驗課，目的是讓學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)打點計時器的使用方法，測定物體牽引紙帶的速度，并嘗試用圖象的方法來表示速度隨時間變化的關(guān)系.根據(jù)瞬時速度是在無限短時間內(nèi)的平均速度的思想方法，讓學(xué)生用求平均速度的方法，粗略表示物體運(yùn)動的瞬時速度. 二、 教學(xué)目標(biāo)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(yùn)動的信息（時間、位移）.2.會安裝并使用打點計時器，理解根據(jù)紙帶測量速度的原理并測量瞬時速度.3.明確速度時間圖象的物理意義，描點法畫圖象的方法，并畫出該實驗中的速度時間圖象，能從圖象中獲取有用的信息.過程與方法1.通過實驗得出物體的運(yùn)動信息，用數(shù)學(xué)方法表述出來.培養(yǎng)學(xué)生獲取信息、處理信息的能力，體會處理問題的方法，領(lǐng)悟如何間接測一些不能直接測量的物理量的方法.2.通過畫速度時間圖象培養(yǎng)學(xué)生用圖象法處理數(shù)據(jù)的能力，體驗數(shù)學(xué)工具在物理發(fā)展中的作用.情感態(tài)度與價值觀1.體驗用圖象的方法描述物理現(xiàn)象的樂趣.培養(yǎng)學(xué)生用數(shù)學(xué)方法處理物理問題的意識.培養(yǎng)學(xué)生敢于創(chuàng)新和實事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神.2.培養(yǎng)學(xué)生合作與交流的精神，有將自己的見解與他人交流的愿望，養(yǎng)成在合作中既堅持原則又尊重他人的習(xí)慣.三、 教學(xué)重點1.學(xué)會使用打點計時器.能根據(jù)紙帶計算物體運(yùn)動的瞬時速度.2.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.四、 教學(xué)難點處理紙帶的方法，用描點法畫圖象的能力.五、 教學(xué)過程新課導(dǎo)入【課堂活動】作為同桌的兩位同學(xué)合作，簡易模擬打點計時器. 新 課 標(biāo) 第 一 網(wǎng)1.同桌兩位同學(xué)之間，一位同學(xué)手拿一枝彩色畫筆，另一位同學(xué)牽動一條寬約1 cm的長紙帶，使紙帶在你的筆下沿著直線緩慢向前移動.你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(guān)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?以上探究活動目的是讓學(xué)生體驗打點計時器通過打點達(dá)到計時目的的原理.學(xué)生做完后討論.生：相鄰兩點間的距離隨著牽動紙帶的速度的增大而加大.紙帶運(yùn)動的快慢不均勻，點子的間隔也不均勻，但對相鄰兩點間的時間間隔沒有影響.新課教學(xué)師：在以上的活動中，同學(xué)們認(rèn)識到了打點可以體現(xiàn)物體運(yùn)動的快慢.今天我們就來學(xué)習(xí)用打點計時器測定物體運(yùn)動速度的方法，并用圖象把這些速度形象地表示出來.一、電磁打點計時器教師布置學(xué)生對照儀器看說明書，引導(dǎo)學(xué)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(jié)構(gòu)、各部分的名稱、工作原理及使用方法.電磁打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器，如圖141所示.工作電壓為4 v6 v.當(dāng)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(fù)寫紙片壓在紙帶的上面.當(dāng)接通電源時，線圈產(chǎn)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而不斷變化，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(yùn)動，振針就在紙帶上打出一系列小點.圖141 電磁打點計時器【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？生：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).二、電火花計時器教師布置學(xué)生對照儀器看說明書，引導(dǎo)學(xué)生注意其重點：觀察打點計時器并閱讀說明書，明確兩種打點計時器的結(jié)構(gòu)、各部分的名稱、工作原理及使用方法.電火花計時器電火花計時器的外形如圖142所示，它可以代替電磁打點計時器使用，也可以與簡易電火花描跡儀配套使用.圖142使用時電源插頭直接插在交流220 v插座內(nèi)，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(dāng)兩條紙帶運(yùn)動時，也能帶動墨粉紙盤運(yùn)動，當(dāng)按下脈沖輸出開關(guān)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(fù)使用，應(yīng)注意降低實驗成本.w w w .x k b 1.c o m【交流與討論】從原理上考慮，電火花計時器跟電磁打點計時器相比，哪個更好些，誤差可能會更??？生：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?xí)笮?教師評論并系統(tǒng)總結(jié).師：電火花計時器使用中運(yùn)動阻力極小，這種極小阻力來自于紙帶運(yùn)動的本身，而不是打點產(chǎn)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 s，這一方面也遠(yuǎn)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 a）.師：打點計時器能記錄哪些信息？生：時間和位移.下面的時間交給學(xué)生自主探究.三、練習(xí)使用打點計時器學(xué)生自主閱讀教材中的實驗步驟提示.指導(dǎo)學(xué)生動手練習(xí)使用打點計時器，并引導(dǎo)學(xué)生思考：紙帶上的點與小車的位移和時間是如何對應(yīng)的，怎樣將紙帶上的點變成相關(guān)的數(shù)據(jù)？【交流與討論】針對問題，學(xué)生討論實踐后回答.問題1.電磁打點計時器中怎樣安放復(fù)寫紙和紙帶的位置？生：將復(fù)寫紙?zhí)自趶?fù)寫紙定位銷上，推動調(diào)節(jié)片，可調(diào)節(jié)復(fù)寫紙位置.將紙帶從復(fù)寫紙圓片下穿過.問題2.振針打的點不清晰或打不出點可能是哪些原因?怎樣調(diào)整？生1：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(fù)其原來位置.生2：可能是復(fù)寫紙該換新的了.生3：可能是振動片的振幅太小，可調(diào)整振動片的位置.生4：可能是振針的位置太高，調(diào)整振針的位置，直到打出點為止.生5：我選的電壓在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(diào)高一點電壓.問題3.開啟電源打點完畢后要及時關(guān)閉電源，這樣做有什么好處？生：因打點計時器是按間歇工作設(shè)計的，故長期工作可能會因線圈發(fā)熱而損壞.投影展示：電火花計時器的紙帶安裝方法（讓學(xué)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(zhuǎn)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(zhuǎn)一角度再打另一條紙帶.學(xué)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(zhuǎn)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(fù)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(yīng)立即切斷電源.師：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？生：共（n1）個.學(xué)生親自手拉紙帶練習(xí)使用打點計時器，自己設(shè)計表格，記錄測量數(shù)據(jù).【思考與討論】師：怎樣根據(jù)紙帶上的點跡計算紙帶的平均速度？生：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.四、用打點計時器測量瞬時速度思想方法：用某段時間內(nèi)的平均速度粗略代表這段時間內(nèi)的某點的瞬時速度.所取的時間間隔越接近該點，這種描述方法越準(zhǔn)確.示例：如圖144，測量出包括e點在內(nèi)的d、f兩點間的位移x和時間t，算出紙帶在這兩點間的平均速度=，用這個平均速度代表紙帶經(jīng)過e點時的瞬時速度.圖144可以大致表示e點的瞬時速度，d、f兩點離e點越近，算出的平均速度越接近e點的瞬時速度.然而d、f兩點距離過小則測量誤差增大，應(yīng)該根據(jù)實際情況選取這兩個點.學(xué)生根據(jù)粗略表示某點瞬時速度的方法，選擇合適的計數(shù)點，測量包含這個點的一段時間內(nèi)的位移x，同時記錄對應(yīng)的時間t，填入教材第23頁中設(shè)計好的表1中.根據(jù)=算出剛填完的表1中各點附近的平均速度，把它當(dāng)作計時器打下這些點時的瞬時速度，抄入教材第24頁表2中.從該表中能粗略看出手拉紙帶運(yùn)動的速度變化情況.五、用圖象表示速度師：剛才我們從表2中的數(shù)據(jù)可以粗略看出我們自己手拉紙帶運(yùn)動的速度變化情況，圖象是表示變化規(guī)律的好方法，我們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(yùn)動的速度呢？請同學(xué)們先看課文并回答.生：在方格紙上建立直角坐標(biāo)系，用縱坐標(biāo)表示物體運(yùn)動的速度，用橫坐標(biāo)表示時間，根據(jù)表中各時刻的速度，將（v，t）作為一組坐標(biāo)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.學(xué)生具體操作描點.師：我們從根據(jù)實測數(shù)據(jù)所描的點，可以從這些點的走向大致看出紙帶速度的變化規(guī)律.師：為了更清晰，你可以把這些點用折線連起來.在老師的提示和幫助下連線.師：速度的實際變化應(yīng)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，曲線反映的規(guī)律應(yīng)該與