高一物理人教版必修一第1章第4节实验：用打点计时器测速度 教学设计

实验：用打点计时器测速度 教学设计

授课人 授课时间 授课内容 1.4实验：用打点计时器测速度 物理是以实验为基础的自然科学，物理实验是学生获取知识，进行知识创新的 重要手段，是培养学生的科学兴趣、科学态度和提高学生终身学习能力的重要途 径。本课是高中第一节实验课，应向学生介绍实验室要求及安全注意事项。让学教材分析 生认识实验在物理学中的地位和作用，掌握物理实验的一些基本技能，会使用基 本的实验仪器，能独立完成物理实验。本教学设计重在让学生体验物理实验的过 程，培养他们正确的科学态度和科学精神，感受实验的乐趣。将实教学与其他教 学内容紧密地结合在一起的教学形式是本教学设计的一个特点。实验课以学生活 动为主、教师合理指导。本节课为后续实验一一探究小车速度随时间变化的 规律作铺垫。 （一）知识与技能 1．了解电磁打点计时器、电火花计时器的基本结构，理解其基本工作原理； 2．会根据纸带上的点迹计算物体运动的平均速度。理解用平均速度表示瞬时速 度所使用的思想方法，会使用这种方法计算瞬时速度。 3．能运用实验数据描绘速度一时间图象，并会根据画出的图象描绘物体运动速 教学目度的变化特点。 标 （二）过程与方法 1．经历使用打点计时器的过程，能正确、熟练地使用打点计时器。 2．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。 （三）情感、态度与价值观 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。 1．了解打点计时器的方法和在实验中的作用。 重点 2．知道如何计算纸带上各点的速度。 3．会在v-t坐标系中描点、拟合曲线并描述物体运动的规律。 1．对纸带数据的处理。 难点 2．画图象的方法。 教学环节 教学活动 教学说明 通过小实验，和频闪照 借助表秒计时的误差，体会准确记录物体运动的时间片 是件不容易的事，提出问题：如何准确记录运动物体抓住学生的注意力，引新课引入 的位移和时间呢？ 起学生的兴趣 通过分析频闪照片，引出打点计时器。 分别介绍两种打点计时器的原理。 电磁打点计时器，是一种使用交流电源的计时仪器， 工作电压在6V以下。当电源的频率是50Hz时，每隔0 ．02s打一个点。通电以前，把纸带穿过限位孔，再把 套在轴上的复写纸片压在纸带的上面。当接通电源时 ，交变电流在线圈上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．介绍说明打点计时器的 由于振动片的磁极随着电流方向的改变而不断变化，构造和原理，让学生知 在永久磁铁的磁场作用下，振动片将上下振动，其振道两种计时器的不同点 动周期与线圈中的电流变化周期一致，即为0.02 s。位。为熟练使用打点计时 于振片一端的振针就跟着上下振动起来。这时，如果器奠定良好的基础。 纸带运动，振针 就在纸带上打出一系列小点。 了解打点 另一种打点计时器就是电火花计时器，它的计时原理 计时器 与电磁打点计时器相同，不过在纸带上打点的不是振 针和复写纸，而是电火花和墨粉。使用时电源插头直 接插在交流220V插座内，把墨粉纸套在纸盘轴上，把纸带穿过限位孔。当接通电源，按下脉冲开关时，计时器发出的脉冲电流经过放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的纸带上就打出一行点迹。当电源的频率为50Hz时，它每隔0．02s打一个点。 通过学生的实验操作， 使学生进一步明确打点 学生分组实验，练习使用电火花计时器。 计时器的工作原理，并 (1)了解打点计时器的结构，然后把它固定好。 能熟练、正确使用打点练习使用 (2)安装纸带。 计时器。同时通过实验打点计时 (3)先启动电源，待开始打点后再用手水平拉动纸带激发学生学习物理的兴器 ，纸带上就打上一行小点，随后立即关闭电源。因为趣。 打点计时器都是按间歇性工作设计的，长时间工作可 能会因线圈发热而损坏。 实验结束后，取下纸带，从能看得清的某个点开始， 往后数出若干个点。如果数出n个点，那么这n个点之 间包含n-l个间隔，就可以得到第一个点到第n个点的训练学生处理数据的能 时间间隔为0．02(n-l)s。用刻度尺测量出从第一个点力，培养科学严谨的实 验态度。在学生能较为?x到第n个点间的距离△x。利用公式v?就可以计算 熟练使用打点计时器的?t 基础上，根据己掌握的出纸带在这段时间内的平均速度。 例1，在用打点计时器(电源频率为50 Hz)研究物体做初速度知识，计步深化理用打点计 速度为零的直线运动的某次实验中，纸带的记录如图解平均速度与瞬时速度时器测瞬 所示，图中前几个点模糊，因此从A点开始每5个点取的内涵和计算方法。 时速度 一个计数点，求AE段与BD段的平均速度。 ?x 根据速度的定义v?，如果不要求很精确，用这个?t 平均速度粗略地代表中间c点的瞬时速度，也未尝不可 。然而，如果把包含C点在内的时间间隔取得小一些， 例如取BD，用这个平均速度代表纸带经过c点时的瞬时 速度，就会更准确。然而我们选取的两点距离过小会 使测量的位移误差增大，所以应该根据实际情况选取 这两个点。这个纸带的计数点是每5个计时点选取出来 的，所以可以用BD的平均速度表示c点的瞬时速度。 学会了确定瞬时速度的方法，通过例2引出速度时间图 通过学生描点画图，说 象。例2，如图所示，是一条利用打点计时器打出的纸明图象意义，使学生明 带，0、l、2、3、4、5、6是七个计数点，每相邻两个确描点画图象的一般方 计数点之间还有四个点未画出，各计数点到o的距离如法步骤；学会用拟合法 图所示。求出l、2、3、4、5各计数点的瞬时速度，并画图的思想法。提高学 说明纸带的运动情况。 生用科学的方法手段发V-t图像 现、处理实际问题的能 力。 通过计算可以求得，5个计数点的速度分别为0．20，0.40，0．61，0．69，0．70。可以看出这个纸带的运动是越来越快的。如果想要更直观的反映出速度变化的情况，就要借助数学图像来帮忙了。以速度v为纵轴、时间t为横轴在坐标纸上建立直角坐标系，根据计算出的数据，用描点法将各个时刻对应的速度一一描点，然后用平滑的曲线将各点连接，就得到了速度—时间图象，简称v-t图象。由于速度的实际变化总是比较平滑的，所以连点时要注意“顺势”、“平滑”，不要连折线。速度一时间图象表示了物体的速度随时间的变化关系，它是高中物理研究问题常用的方法，它不仅能够直观的显示出速度的大小，还能看出速度变化的快慢以及物体运动的位移，它在我们高中物理中的地位非常重要。 小结和 作业

进一步拓宽学生视野， 开拓学生思维，使学生 了解科技、社会的发展 现状及物理学在实际中认识了新的计时仪器——打点计时器，并学会了它的的应用，以有效激发学使用方法，会用它测量物体的速度而且画出了物体运生学习物理的浓厚兴趣动的v-t图象。 。 阅读“科学漫步”，了解气垫导轨和数字计时器 小结和 作业 进一步拓宽学 生视野，开拓 学生思维，使 学生了解科技认识了新的计时仪器——打点计时器，并学会了它的、社会的发展使用方法，会用它测量物体的速度而且画出了物体运现状及物理学动的v-t图象。 在实际中的应阅读“科学漫步”，了解气垫导轨和数字计时器 用，以有效激 发学生学习物 理的 浓厚兴趣。