§1.4 实验：用打点计时器测速度(两课时)
浙江德清高级中学 许伟强 徐国亮
一、三维教学目标
知识与技能
1．知道电磁打点计时器和电火花打点计时器的基本构成。
2．了解打点计时器的计时原理，知道纸带中包含的物体运动的信息(时间、位移)．
3．会安装并使用打点计时器，能根据纸带测量平均速度和测量瞬时速度．
4．知道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．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．
教学方法 探究、讲授、讨论、练习
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．
二、探究教学过程设计
[新课导入]
师（提问）：中国作为世界四大文明古国之一，发明计时器的历史很悠久。从古至今你知道哪些计时器？
生：日晷、壶漏、手表、大钟、体育比赛中用的电子计时器、原子钟等。
师：日晷是利用阳光投影的计时器，壶漏又称漏壶是用漏水的方法，观测“刻箭”的昼夜计时器。
（通过对文明古国计时史的介绍以及新中国原子钟的发明来增强对祖国的热爱）
师：中国虽然在很早就发明了各种计时仪器，走在世界的前列。然而却在世界科技蓬勃发展的清代却没有抓住机遇，没有大的建树，基本是仿造国外的各种计时器。为什么？
生：自大 对科学技术不重视 没有安定的社会环境
师：下面介绍国外两位与计时器发展有关的重要人物
1、意大利科学家伽利略Galileo 1564---1642
（1583年伽利略发现了著名“摆的等时性学说”继而发明了动摆,被用作钟的调节器）
2、荷兰物理学家惠更斯 Huygens 1629---1695
（1656年惠更斯成功地制作了第一个有摆的钟）
今天我们就来研究一种新的计时器，它就是---打点计时器。
第一课时
[新课教学]
1、打点计时器的认识
先让学生阅读教材和计时器使用说明书,然后老师提出问题,引导学生回答:
(1)电磁打点计时器使用的是直流电还是交流电?其工作电压为多少?
(2)我国交流电的频率为50Hz,使用这种电源时,每隔多长时间打一个点,即相邻两个点之间的时间间隔是多少?
(3)说出电磁打点计时器的构造?工作原理?如图1—4—1所示。
(4)解释电火花计时器的工作原理?如图1—4—2所示,它与电磁打点计时器相比,哪一种误差小?原因是什么?
(5)打点计时器的打点周期取决于什么因素？
(6)打点计时器打出的纸带可以记录哪些信息?
2.练习使用打点计时器
师：指导学生动手练习使用打点计时器，要先闭和电源，等计时器正常工作后，再拉纸带，让学生按步骤有序操作,并打出几根纸带。
选择一条点迹清晰的纸带,如图1—4—3所示,引导学生回答下列问题:
(1) 电磁打点计时器中怎样安放复写纸和纸带的位置?
(2) 振针打的点不清晰或打不出点可能是哪些原因?怎样调整?
(3) 使用电火花计时器在纸带上打点，安装纸带的方法有哪些？
(4) 开启电源打点完毕后要及时关闭电源，这样做有什么好处?
(5) 处理纸带时，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，这些点划分出来的时间间隔数是多少?
(6) 怎样根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度？在打出的B、C两个点的时间间隔中,纸带运动的平均速度是多少?
(7)什么是纸带上的打印点，什么是纸带上的测量点？
第二课时
3.用打点计时器测量瞬时速度
(1) 用打点计时器测量瞬时速度的思想方法是什么？
示例：如图1—4—4，测量出包括E点在内的D，F两点间的位移△x和时间△t，算出纸带在这两点间的平均速度v=△x/△t，用这个平均速度代表纸带经过E点时的瞬时速度．
△x/△t可以大致表示E点的瞬时速度，D、F两点离E点越近，算出的平均速度越接近E点的瞬时速度．然而D，F两点距离过小则测量误差增大，应该根据实际情况选取这两个点．
(2) 学生根据粗略表示某点瞬时速度的方法，选择合适的测量点，测量包含这个点的一段时间内的位移△x，同时记录对应的时间△t，填人教材第23页中设计好的表1中．
注意：测量位移时注意刻度尺的精度，要估读一位。比如刻度尺的精度是1mm，要估读到0.1mm.
(3) 根据v=△x/△t算出刚填完的表1中各点附近的平均速度，把它当作计时器打下这些点时的瞬时速度，抄人教材第24页表2中．从该表中能粗略看出手拉纸带运动的速度变化情况
4.用图象表示速度
师：刚才我们从表2中的数据可以粗略看出我们自己手拉纸带运动的速度变化情况，还有没有其它的方法来反映这个速度的变化呢？
师：下面我们来看我国某城市的房价走势图。（列表 图象）
师：图象是表示变化规律的好方法，我们可以用图象来描述物体的速度变化情况，那么怎样用图象来表示物体运动的速度呢?请同学们先看课文并回答．
生：在方格纸上建立直角坐标系，用纵坐标表示物体运动的速度，用横坐标表示时间，根据表中各时刻的速度．将(v，t)作为一组坐标在图象中描点，将点连线后得出的图象称为速度一时间图象(v—t图象)，简称速度图象．
学生具体操作描点．
师：我们从根据实测数据所描的点，可以从这些点的走向大致看出纸带速度的变化规律．
师：为了更清晰，你可以把这些点用折线连起来．
在老师的提示和帮助下连线．
师：速度的实际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，曲线反映的规律应该与实际情况更接近．指导学生换用红色笔用平滑的线将刚才描过的点再重新描画一遍．
师：我们现在来观察图象，可以更形象直观地显示自己手拉纸带的运动情况．图象上每一点的意义是什么?
生：表示该时刻物体的瞬时速度。
5.典型例题
【例1】电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，根据打点计时器打出的纸 带，我们可以从纸带上不需要测量直接得到的物理量是（ ）
A．时间间隔 B．位移 C．加速度 D．平均速度
答案：AB
【例2】电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，当电源频率为50 Hz时，振针每隔0.02 s在纸带上打一个点，现在用此打点计时器测定物体的速度，当电源的频率低于50 Hz时，数据计算仍然是按照每隔0.02 s打一个点来处理的．则测出的速度数值与物体的实际速度相比，是偏大还是偏小?为什么?
解析：当电源频率低于50 Hz时，实验中实际时间间隔大于0.02 s，数值计算时如按照实际时间间隔，得到实际速度，若实验时仍用0.02 s作为时间间隔来计算，实验数值比物体的实际速度偏大．
6.课堂小结
1、计时器的结构和名称。
2、计时器的使用。
3、纸带的打印点和测量点
3、根据纸带测量平均速度和瞬时速度的方法
4、实验数据的记录和处理方法
5、v-t图的物理意义
7．作业布置：略
三、实验探究课堂说明
本节课运用“实验探究”教学模式实施“用打点计时器测速度”实验教学，学生在教师的指导下阅读了教材和使用说明书，认识了打点计时器的结构、原理、和使用方法。培养了学生通过资料获取知识的能力。在教师的引导下，学生通过协作和交流，理解了用打点计时器测量瞬时速度的思想方法和V-t 图象的物理意义，实现了课前提出的三维教学目标。
课件13张PPT。 德清高级中学 徐国亮§1.4 实验：用打点计时器测速度 [新课导入] 问：中国作为世界四大文明古国之一，发明计时器的历史很悠久。从古至今你知道哪些计时器？
师：下面介绍国外两位与计时器发展有关的重要人物 [新课教学] 1、打点计时器的认识 (1)电磁打点计时器使用的是直流电还是交流电?其工作电压为多少?
(2)我国交流电的频率为50Hz,使用这种电源时,每隔多长时间打一个点,即相邻两个点之间的时间间隔是多少?
(3)说出电磁打点计时器的构造?工作原理?如图1—4—1所示。
(4)解释电火花计时器的工作原理?如图1—4—2所示,它与电磁打点计时器相比,哪一种误差小?原因是什么?
(5)打点计时器的打点周期取决于什么因素？
(6)打点计时器打出的纸带可以记录哪些信息?
思考与讨论2.练习使用打点计时器 (1) 电磁打点计时器中怎样安放复写纸和纸带的位置?
(2) 振针打的点不清晰或打不出点可能是哪些原因?怎样调整?
(3) 使用电火花计时器在纸带上打点，安装纸带的方法有哪些？
(4) 开启电源打点完毕后要及时关闭电源，这样做有什么好处?
(5) 处理纸带时，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，这些点划分出来的时间间隔数是多少?
(6) 怎样根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度？在打出的B、C两个点的时间间隔中,纸带运动的平均速度是多少?
思考与讨论3.用打点计时器测量瞬时速度 用打点计时器测量瞬时速度的思想方法是什么？
(2) 测量包含这个点的一段时间内的位移△x，同时记录对应的时间△t，填人教材第23页中设计好的表1中．
(3) 根据v=△x/△t算出刚填完的表1中各点附近的平均速度，把它当作计时器打下这些点时的瞬时速度，抄人教材第24页表2中．从该表中能粗略看出手拉纸带运动的速度变化情况
思考与讨论4.用图象表示速度 时间Δ t/s
5.典型例题 【例1】电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，根据打点计时器打出的纸 带，我们可以从纸带上不需要测量直接得到的物理量是（ ）
A．时间间隔 B．位移 C．加速度 D．平均速度
【例2】电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，当电源频率为50 Hz时，振针每隔0.02 s在纸带上打一个点，现在用此打点计时器测定物体的速度，当电源的频率低于50 Hz时，数据计算仍然是按照每隔0.02 s打一个点来处理的．则测出的速度数值与物体的实际速度相比，是偏大还是偏小?为什么?
课堂小结：1、计时器的结构和名称。
2、计时器的使用。
3、纸带的打印点和测量点
3、根据纸带测量平均速度和瞬时速度的方法
4、实验数据的记录和处理方法
5、v-t图的物理意义
作业：略谢 谢
