1.4 实验：用打点计时器测速度
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、位移)． 2．会安装并使用打点计时器||，理解根据纸带测量速度的原理并测量瞬时速度． 3．明确速度一时间图象的物理意义||，描点法画图象的方法||，并画出该实验中的速度一时间图象||，能从图象中获取有用的信息． 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． 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运动． 情感态度与价值观 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生活实际的意识． 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妙． 3．体验用图象的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．培养学生敢于创新和实事求是的科学态度和科学精神． 4．培养学生合作与交流的精神||，有将自己的见解与他人交流的愿望||，养成在合作中既坚持原则又尊重他人的习惯． 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一时间图象||，并从中获取物理信息． 教学难点 处理纸带的方法||，用描点法画图象的能力． 教 学 目 标 教学重点、难点 教学方法 探究、讲授、讨论、练习 教 学 手 教具准备 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． 段 第1页/共9页
教 学 活 动 学 生 活 动 [新课导入] 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． 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 准确记录物体运动的信息．直接测量物体运动的速度在技术上是比较复杂的||，我们 在测量时可以尝试通过测量物体运动的时间和位移||，再经过计算或作图来判断物体 的运动情况．在实验中||，我们可以使用秒表和尺子||，直接测量物体运动的时间和位 移||，但当物体运动速度太快时||，采用这种方法的测量误差较大．打点计时器就是一 种记录物体运动位移和时间信息的仪器||，我们可以通过测量位移和时间来计算物体 运动的速度以及速度的变化快慢． [课堂活动] 学生做完后讨作为同桌的两位同学合作||，简易模拟打点计时器． 论． 1．同桌两位同学之间||，一位同学手拿一枝彩色画笔||，另一位同学牵动一条宽 约1cm的长纸带||，使纸带在你的笔下沿着直线缓慢向前移动．你按照一定的时间间 隔点击纸带(比如每秒1次||，或每秒2次)||，比比看||，看谁牵动纸带的速度变化最小．想 一想||，相邻两点的距离跟牵动纸带的速度有什么关系?牵动纸带的快慢不均匀||，对 相邻两点所表示的时间有没有影响? 2．两位同学竞走比赛||，为了比较他们的运动情况||，现在让每位同学都提着底 部穿孔、漏沙||。比较均匀的两个沙袋一起竞走||，然后通过他们的漏沙情况来判断他们的匀速运动情况和加速情况||。 以上两个探究活动目的是让学生体验打点计时器通过打点达到计时目的的原理． 生：相邻两点间的距离随着牵动纸带的速度的增大而加大．纸带运动的快慢不均匀||，点子的间隔也不均匀||，但对相邻两点间的时间间隔没有影响． 生：参加竞走的两人若运动快慢比较稳定||，则漏沙比较均匀||，若加速运动||，会发现快的时候漏沙少||，慢的时候漏沙多． [新课教学] 师：在以上的活动中||，同学们认识到了打点和漏沙可以体现物体运动的快慢．今 天我们就来学习用打点计时器测定物体运动速度的方法||，并用图象把这些速度形象地表示出来． 一、电磁打点计时器 教师布置学生对照仪器看说明书||，引导学生注意其重点：观察打点计时器并阅读其使用说明书||，明确电磁打点计时器的结构、各部分的名称、工作原理及使用方法． 电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器||，如图1—4—1所示．工作电 压为4 V～6 V．当电源的频率是50 Hz时||，它每隔0.02 s打一次点．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||，线圈学生讨论 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||，其振动周期与线圈中的电流变化局期一致||，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||。 [交流与讨论] 第2页/共9页
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? 生：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||。 二、电火花计时器 教师布置学生对照仪器看说明书||，引导学生注意其重点：观察打点计时器并阅读说明书||，明确两种打点计时器的结构、各部分的名称、工作原理及使用方法．使用时电源插头直接插在交流220V插座内||，将裁成圆片(直径约38mm)的墨粉纸盘的中心孔套在纸盘轴上||，将剪切整齐的两条普通有光白纸带(20mmX700mm)从弹性卡和纸盘轴之间的限位槽中穿过||，并且要让墨粉纸盘夹在两条纸带之间．这样当两条纸带运动时||，也能带动墨粉纸盘运动||，当按下脉冲输出开关时||，放电火花不至于始终在墨粉纸盘的同一位置而影响到点迹的清晰度．也可以用上述尺寸的白纸带和墨粉纸带(位于下面)做实验||，还可以用两条白纸带夹着一条墨粉纸带做实验；墨粉纸可以使用比较长的时间||，一条白纸带也可以重复使用||，应注意降低实验成本||。 [交流与讨论] 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? 生：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． 教师评论并系统总结． 师：电火花计时器使用中运动阻力极小||，这种极小阻力来自于纸带运动的本身||，而不是打点产生的||，因而系统误差小||，计时精度与交流电源频率的稳定程度一致(脉冲周期不大于50μs||，这一方面也远优于电磁打点计时器)||，同时它的操作简易||，使用安全可靠(脉冲放电电流平均值不大于5 μA)． 师：打点计时器能记录哪些信息? 生：时间和位移． 下面的时间交给学生自主探究． (课堂训练) 出示例题：电磁打点计时器的打点周期取决于…………………………………( ) A．交流电压的高低 B．交流电的频率 C．永久磁铁的磁性强弱 D．振针与复写纸间的距离 答案：B 解析：电磁打点计时器的打点周期||，即振针击打复写纸和纸带的周期||，从它利用电磁感应打点的原理可知||，振针是由振片带动振动的||，而振片上下振动的周期就是线圈中磁场变化的周期||，与所用交流电源的电流方向变化周期相对应．也就是交流电的周期||，等于交流电的频率的倒数||，即若使用电源的频率为50Hz||，则交流电的周期为1/50s＝0．02s．我国使用的交流电的频倒数||，即若使用电源的频率为50Hz||，则交流电的周期为频率统一为50 Hz||。 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． 指导学生动手练习使用打点计时器||，并引导学生思考：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? [交流与讨论] 第3页/共9页
高中物理第1章1.4实验：用打点计时器测速度教案新人教版必修
