必修一 1.4 实验：用打点计时器测速度（学案）
课前预习学案：
预习目标：
1、了解两种打点计时器的构造、原理和使用方法；
2、知道两种计时器的工作电压，打点周期。
预习内容：
电磁打点计时器（阅读说明书）
工作电压： 打点周期 振针打点不清晰或打不出点的原因可能是什么?应怎样调节?
电火花式计时器 （阅读说明书）
工作电压： 打点周期 从原理上讲两种打点计时器哪中误差更小,为什么?
提出疑惑：
课内探究学案：
学习目标：
1、学会利用打上点的纸带研究物体的运动情况，会测量物体的速度，掌握一些处理数据的基本方法；
2、学会用图象表示速度变化规律的方法，理解用平滑曲线“拟合”坐标系中描出的点来反映客观规律的思想。
学习过程：
练习使用电磁打点计时器.
（1）把电磁打点计时器固定在桌子上面。
（2）接通10V以下交流电源, 用手水平拉动纸带，纸带上就打出一行小点，立即关闭电源。
（3）取下纸带，从能够看清的某个点开始，往后数出若干个点，如果数出n个点, 点之间的间隔数为（n-1）个，用Δt = 0.02(n-1) s, 计算出纸带从第一个点到第n点的运动时间。
（4）用刻度尺测量出从第一个点到第n个点的距离Δχ。利用公式v=Δχ/Δt计算出纸带在这段时间内的平均速度，把测量和计算的结果填入表1中。
表1： 纸带在某段时间内的平均速度
点数n
点间隔数n-1
运动时间Δt(s)
位移Δχ(m)
平均速度v ( m/s )
( 5 ) 把打点计时器固定在长木板上，钩码通过细线拴在小车前，小车后连接纸带，打开电源，钩码拉着小车打出一条纸带。在纸带上找出连续的六个点，分别标上记号A、B、C、D、E、F, 用刻度尺量出相邻的两点间的距离Δχ1,Δχ2,Δχ3, Δχ4, Δχ5，把数据填入表2，根据这些数据，判断纸带的这段运动是匀速运动还是变速运动，是加速运动还是减速运动，并写明理由。
表2：纸带的运动情况
A 和B的距离 Δχ1(m)
B和C的距离 Δχ2(m)
C和D的距离 Δχ3( m)
D和E的距离 Δχ4( m)
E和F的距离 Δχ5( m)
判断结果和理由：
（6）在纸带上方选取点能看清的一段，将某个能看清的点表为0，以后每隔0.1s标一个测量点，测量包含某个测量点在内的一段位移Δχ，记录在表3中，同时记录对应的时间Δt（设电源频率是50Hz）。
表3： 纸带在几段时间中的位移和平均速度
位置
0
1
2
3
4
5
Δχ( m)
Δt ( s)
v ( m/s )
(7)建立v-t坐标系，在坐标纸上画出小车的速度时间图像，并从图像上说明小车的运动情况。
当堂检测：
1．根据打点计时器打出的纸带，我们可以从纸带上直接得到的物理量是 ( )
A．时间间隔 B．平均速度 C．位移 D．瞬时速度
2．某同学将纸带穿过限位孔，接通打点计时器的电源，拉动纸带，但在纸带上打不上点，其可能原因是 ( )
A．复写纸放反 B．使用了直流电源 C．振针过短 D．纸带运动过快
3．打点计时器打点的周期，决定于 ( )
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．
4. 在“练习使用打点计时器”的实验中，下列操作正确的是 ( )
A．打点前，小车应靠近打点计时器，要先接通电源，待计时器开始打点再释放小车；
B．要舍去纸带上密集点，然后选取计数点。
C．打点频率为50Hz，每四个点取一个计数点，则计数点之间的时间间隔为0.01S。
D．实验中应使小车速度尽量小些。
5. 一学生在练习使用电磁打点计时器时，纸带上打出的不是圆点，而是一些短线，这可能是因为 ( )
A．打点计时器错接在直流电源上；
B．电源电压不稳定；
C．打点计时器使用的电压频率不稳定；
D．振针到复写纸片的距离太小
课后练习与提高：
6．在练习使用打点计时器的实验中，某同学操作中有以下实验步骤，步骤顺序排列正确的是 ( )
①把计时器上的电源插头插在交流220 V电源插座上，按下脉冲输出开关，用手水平的拉动两条纸带，纸带上就打下一列小点
②把电火花计时器固定在桌子上
③将纸带穿过打点计时器的限位孔，检查墨粉纸盘是否已经正确的套在纸盘轴上，检查两条白纸带是否已经正确的穿好，墨粉纸盘是否已经夹在两条白纸带之间
④用刻度尺测量纸带通过的距离x
⑤取下纸带数一下纸带上共有多少个点，记为N，则点子的间隔数为（N -1），纸带的运动时间为（N -1）0.02 s
⑥计算纸带运动的平均速度： v=Δx/Δt，把结果填入下表：
A．①②③④⑤⑥ B. ②③①④⑤⑥ C. ②③①⑤④⑥ D. ②①③⑤④⑥
7. 质量都是m的物体在水平面上沿直线运动，图1-4中，A、B、C、D是它的运动图象，由图象可知 ( )
A．图B表明物体做匀速运动
B．图C表明物体做减速直线运动
C．图D表明物体做加速直线运动
D．图A表明物体做匀速运动
8．如图1 -5所示是用打点计时器测瞬时速度实验时得到的一条纸带的一部分，从0点开始依照打点的先后依次标为0、1、2、3、4、5、6，现在量得0、1间的距离x1=5.18 cm，1、2间的距离x2=4.40 cm，2、3间的距离x3=3.62 cm， 3、4间的距离x4=2.78 cm，4、5间的距离x5=2.00 cm，5、6间的距离x6=1.22 cm （f=50Hz）
⑴根据上面记录，计算打点计时器在打1、2、3、4、5点时的速度并填在下表中。
⑵根据（1）中表格，在图1-6中画出小车的速度时间图象。并说明小车速度变化特点。
参考答案
1.AC 2.ABC
3.B 4.AB 5.D 6.C 7.BCD
8．（1）如下表
位置
1
2
3
4
5
v/ (m?s-1)
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
（2）如图-3
必修一 1.4《实验:用打点计时器测速度》（教案）
教材分析：
本节内容重点有三点。一是了解打点计时器的使用方法和实验中的作用。二是知道如何计算纸带上个点的速度。三是会在v-t图像中描点，拟合曲线并描绘物体运动的规律。
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，并会使用打点计时器。
2.会根据纸带上的点分析速度的变化情况，并会测定平均速度。
3.会用打点计时器测量瞬时速度。
4.会用图象表示速度变化规律的方法，会用平滑曲线“拟合”坐标系中描出的点。
教学重难点：
1、学会使用打点计时器，能根据纸带计算物体运动的瞬时速度
2、会用描点法描绘物体的速度---时间图象,并从中获取物理信息
学情分析：
学生已经掌握了描绘直线运动的基本物理量a, v, t, x, 及x-t, v-t, 的关系，为本节课奠定了基础，只要课前做好预习，掌握本节课内容就比较容易。
教学方法：探究实验法
课时安排：2课时。
实验器材：打点计时器, 学生电源, 导线, 纸带, 刻度尺, 长木板，小车细线及钩码, 坐标纸
教学过程：
教学内容
师生互动
点评
预习检查：
引入：
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?
师：提出设想：请两位同学合作用彩笔和纸带模拟打点计时器
生：思考小组讨论
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?
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?
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。
培养学生动手实验的能力以及分析实验的能力
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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4—6V.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.
师：布置学生仔细观察实物，阅读说明书
生：对照实物认真阅读说明书。
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：总结若使用直流电振动片将无法振动, 打点计时器将打不出点!
培养学生的观察能力和思考解决问题的能力。
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电火花打点计时器：
电火花打点计时器的工作电压是220V的交流电.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.
师：布置学生阅读电火花打点计时器的说明书，明确打点计时器的结构,各个部分的名称,工作原理及使用方法.
生：对照实物认真阅读说明书。
思考: 电火花打点计时器用220伏交流电源工作,能不能用直流电源呢,为什么?
师：从原理上讲两种打点计时器哪中误差更小,为什么?
生：讨论思考
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.
培养学生的观察能力和思考解决问题的能力。
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练习使用打点计时器：
主要包括三个方面：
一、打点计时器的安装，特别是纸带的安装；
二、用纸带上的点研究物体的运动，
三、操作步骤，先打开电源，在释放纸带
师：电磁打点计时器中怎样安放复写纸和纸带?
生：讨论回答
师：将复写纸套在复写纸定位销上,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。
师：总结，振针打的点不清晰或打不出点可能有哪些情况?怎样调节?
生：讨论回答
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4—6V的电压太低,可适当调高电压,但不得超过10V
师：让学生在教师的指导下按步骤有序操作
生：亲自动手操作牵拉纸带进行实验，体会运动速度变化情况，注意测量点与打点的区别，并学会灵活选定测量点。
师：怎样根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度?
生：讨论回答
师：总结:测出两个点的距离 ,数出两个点之间有n段时间间隔,则 .在用公式
即可计算出平均速度
培养学生规范进行实验操作的习惯
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用打点计时器测量瞬时速度：
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.
师：?布置学生选取纸带进行计算训练
生：用该方法计算出图中各点的瞬时速度填入相应的表中
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用图象表示速度：
1、建立坐标系，设定合适的刻度，注明单位。
2、严格按实验数据描点，根据点的分布分析速度的变化特点。
3、描出的点是不连续的，之所以要用平滑曲线来“拟合”实验中描出的点，是因为各个时刻都有速度，速度随时间是连续变化的，而实验中又不可能把所有时刻的速度都测出来。
师：?介绍画图象的步骤
生：?实际动手画图象
训练学生处理数据的能力，培养科学严谨的实验态度
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反思总结：
1、电磁打点计时器和电火花计时器都是记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器．
2、用v—t图象表示做直线运动物体的速度随时间变化的规律．
师：引导总结
生：自主总结
培养学生的自主总结能力
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布置作业：
教材第26—27页“问题与练习”．
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板书设计：
一、计时器 三、测速度
电磁式打点计时器 用打点计时器测量瞬时速度： 用图象表示速度
电火花式计时器
二、练习使用计时器 四、总结
1、 1、
2、 2、
3、
反思总结：1、两种打点计时器的打点周期都是0.02s，工作电压不同。
2、会使用两种计时器。
3、会根据纸带判断物体的运动情况，会画其v-t图像。
