高中物理必修一 公开课教案：1.4 实验：用打点计时器测速度

1.4 实验：用打点计时器测速度

【教学目标】

1.了解电磁打点计时器和电火花打点计时器的基本构成，知道打点计时器的计时原理，并学会安装和使用打点计时器。

2. 学会根据纸带上的点分析速度的变化情况，并学会测定平均速度和测量瞬时速度。 3. 明确速度—时间图像的意义，描点法画图像的方法，并画出实验中的速度—时间图像象。

4. 通过对纸带的处理过程培养学生获取信息、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物理量的方法。

5. 通过画速度—时间图像培养学生用图像法处理数据的能力，体验数学工具在物理发展中的作用。

【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—时间图像。 【教学难点】

1. 对纸带数据的处理。 2. 画图像的方法。 【课时安排】 1课时

【教学过程】 一、导入新课

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？

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：

师总结：彩笔打出的点可以记录纸带的位置，但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？

学生：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。

二、新课教学

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

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,各部分的名称,工作原理及使用方法。

师总结：电磁打点计时器是一种使用交流电的计时仪器，工作电压为6V以下。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?

师总结：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，各部分的名称，工作原理及使用方法。

师总结：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。电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隔0.02s打一个点。实验时纸带的两面可以重复使用，注意降低实验成本。

思考1：从原理上讲两种打点计时器哪中误差更小，为什么? 学生讨论： 师总结：电磁打点计时器使用时阻力较大；阻力包括振针和纸带间的摩擦以及限位孔和纸带间的摩擦。而电火花打点计时器在使用过程中阻力极小，这极小的阻力来自纸带运动的本身而不是打点时产生的，因而系统误差较小。同时电火花打点计时器操作简易，安全可靠。

思考2：打点计时器能记录哪些信息? 学生：时间（时间间隔）和位移。 （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：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钉上，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. 可能是选择的电压太低,可适当调高电压。

问题3. 为什么要先打开电源让打点计时器先工作1~2s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1~2s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?x，数出两个点之间有n段时间间隔，则?t?0.02n.在用公式

v??x即可计算出平均速度。 ?t（四） 用打点计时器测量瞬时速度 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。

E F G D

如图：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E—F的平均速度来替代，还可以用D—F的平均速度来替代。这三种方法中D—F包含E点切比较靠近E点，所以用D—F的平均速度来替代E点的瞬时速度是最精确的！

可以用同样的方法计算出图中各点的瞬时速度填入课本22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）用图像表示速度

在得到的数据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像怎样用图像来表示物体的运动速度呢？

学生讨论：

师总结：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，根据所得数据中各个时刻的速度，将（v,t）作为一组坐标在图像中描点，将点连线后得出的图像称为速度---时间图像（v---t图像），简称速度图像。

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我们是用折线来连还是用光滑的曲线来连呢？

学生讨论：

师总结：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。

三、板书设计

第四节 用打点计时器测速度

1．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。 2．电火花打点计时器 靠产生的电火花放电蒸发墨粉打点。 3．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。 4．速度—时间图像。

以时间为横坐标,速度为纵坐标，描点连线作出的平滑图像。 四、布置作业

1．阅读本节课文，掌握打点计时器的使用。

2．完成课后练习１题。

课堂练习

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

2.4 匀变速直线运动的速度与位移的关系

【教学目标】

1. 知道匀速直线运动的位移与速度的关系。

2. 理解匀变速直线运动的位移与速度的关系及其应用。 【教学重点】

1. 理解匀变速直线运动的位移及其应用。

2. 理解匀变速直线运动的位移与速度的关系及其应用。 【教学难点】

1. v-t图象中图线与t轴所夹的面积表示物体在这段时间内运动的位移。 2. 微元法推导位移公式。 【课时安排】 1课时

【教学过程】

一、引入新课 教师活动：上节课我们学习了匀变速直线运动的位移与时间的关系，知道了匀变速直线运动的速度－时间图象中，图线与时间轴所围面积等于物体的位移；并推导出了匀变速直线运动的位移－时间公式x?v0t?的关系。

12这节课我们继续探究匀变速直线运动的位移与速度at。

2

二、进行新课

1. 匀变速直线运动的位移与速度的关系

教师活动：我们分别学习了匀变速直线运动的位移与时间的关系，速度与时间的关系，有时还要知道物体的位移与速度的关系，请同学们做下面的问题：

“射击时，火药在枪筒中燃烧，燃气膨胀，推动弹头加速运动。我们把子弹在枪筒中的运动看作匀加速直线运动，假设子弹的加速度是a=5x103m/s2，枪筒长x=0.64m，计算子弹射出枪口时的速度。并推出物体的位移与速度的关系式。

22学生活动：学生做题并推导出物体的位移与速度的关系：v?v0?2ax

点评：培养学生在解答题目时简化问题的能力和推导能力；在解答匀变速直线运动的问

22题时，如果已知量和未知量都不涉及时间，应用公式 v?v0?2ax求解，往往会使问题

变得简单，方便。

教师总结：v?v0?at ①x?v0t?122?2ax③是解答匀at ② v2?v02变速直线运动规律的三个重要公式，同学们要理解公式的含义，灵活选择应用。

教师活动：投影课堂练习（见“实例探究”），适当加入学生的讨论。 学生活动：学生完成课堂练习。 点评：在应用中加深对规律的理解。

三、课堂总结、点评

通过两节课的学习，掌握了匀变速直线运动的三个基本公式，v?v0?at ①

x?v0t?122?2ax③，这是解答匀变速直线运动规律的三个重要公at ② v2?v02式，同学们要理解公式的含义，灵活选择应用。

在利用公式求解时，一定要注意公式的矢量性问题。一般情况下，以初速度方向为正方向；当a与v0方向相同时，a为正值，公式即反映了匀加速直线运动的速度和位移随时间的变化规律；当a与v0方向相反对，a为负值，公式反映了匀减速直线运动的速度和位移随时间的变化规律。代入公式求解时，与正方向相同的代人正值，与正方向相反的物理量应代入负值。

四、实例探究 1. 公式x?v0t?12at的基本应用 2［例1］一辆汽车以10m/s2的加速度做匀减速直线运动，经过6秒（汽车未停下）。汽车行驶了102m。汽车开始减速时的速度是多少？

分析：汽车一直作匀减速运动，其位移可由多种不同方法求解。

11x?at2102??(?1)?62122解法1：由x?v0t?at2得v0???20 m/s 2t6所以，汽车开始减速时的速度是20m/s

解法2： 整个过程的平均速度v?v0?vtat，而vt?v0?at，得v?v0?

22