高一物理必修1 实验 用打点计时器测速度(山东省东营市东营区)

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高一物理必修1 实验 用打点计时器测速度
教学目标：
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、难点：
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．
教学过程：
[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．
[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。
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。
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
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粗略代表这段时间内的某点的瞬时速度．所取的时间间隔越接近试点，这种描述方法越准确．
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可以大致表示正点的瞬时速度，D、F两点离E点越近，算出的平均速度越接近正点的瞬时速度．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．
学生根据粗略表示某点瞬时速度的方法，选择合适的计数点，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．
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．
五、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，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．
[小结]
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．v—t图象：表示做直线运动物体的速度随时间变化的规律．某段时间图线与时间轴围成的面积值表示该段时间内物体通过的位移大小．形状一样的图线，在不同图象中所表示的物理规律不同．
作业：
教材第26—27页“问题与练习”．
板书设计:
§1.4 实验：用打点计时器测速度
1．电磁打点计时器：靠电磁感应带动探针振动通过复写纸打点
2．电火花计时器：靠产生电火花放电蒸发墨粉打点
3．计时器的使用：注童使用方法和领悟注童事项
4．测量瞬时速度：用包含某点在内的一段时间内的平均建度粗略表示该点的瞬时速度
5．速度时间图象：以时间为横轴，速度为纵轴，描点连线作图象．
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