高一物理人教版必修一第1章第4节实验：用打点计时器测速度 教学设计

实验：用打点计时器测速度 教学设计
授课人
授课时间

授课内容
1.4实验：用打点计时器测速度
教材分析
物理是以实验为基础的自然科学，物理实验是学生获取知识，进行知识创新的重要手段，是培养学生的科学兴趣、科学态度和提高学生终身学习能力的重要途径。本课是高中第一节实验课，应向学生介绍实验室要求及安全注意事项。让学生认识实验在物理学中的地位和作用，掌握物理实验的一些基本技能，会使用基本的实验仪器，能独立完成物理实验。本教学设计重在让学生体验物理实验的过程，培养他们正确的科学态度和科学精神，感受实验的乐趣。将实教学与其他教学内容紧密地结合在一起的教学形式是本教学设计的一个特点。实验课以学生活动为主、教师合理指导。本节课为后续实验一一探究小车速度随时间变化的
规律作铺垫。
教学目标
（一）知识与技能
1．了解电磁打点计时器、电火花计时器的基本结构，理解其基本工作原理；
2．会根据纸带上的点迹计算物体运动的平均速度。理解用平均速度表示瞬时速度所使用的思想方法，会使用这种方法计算瞬时速度。
3．能运用实验数据描绘速度一时间图象，并会根据画出的图象描绘物体运动速度的变化特点。
（二）过程与方法
1．经历使用打点计时器的过程，能正确、熟练地使用打点计时器。
2．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的运动。
（三）情感、态度与价值观
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实际生活的意识。
重点
1．了解打点计时器的方法和在实验中的作用。
2．知道如何计算纸带上各点的速度。
3．会在v-t坐标系中描点、拟合曲线并描述物体运动的规律。
难点
1．对纸带数据的处理。
2．画图象的方法。
教学环节
教学活动
教学说明
新课引入
借助表秒计时的误差，体会准确记录物体运动的时间是件不容易的事，提出问题：如何准确记录运动物体的位移和时间呢？
通过分析频闪照片，引出打点计时器。
通过小实验，和频闪照片
抓住学生的注意力，引起学生的兴趣
了解打点
计时器
分别介绍两种打点计时器的原理。
电磁打点计时器，是一种使用交流电源的计时仪器，工作电压在6V以下。当电源的频率是50Hz时，每隔0．02s打一个点。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，交变电流在线圈上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而不断变化，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周期一致，即为0.02 s。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。
另一种打点计时器就是电火花计时器，它的计时原理与电磁打点计时器相同，不过在纸带上打点的不是振针和复写纸，而是电火花和墨粉。使用时电源插头直接插在交流220V插座内，把墨粉纸套在纸盘轴上，把纸带穿过限位孔。当接通电源，按下脉冲开关时，计时器发出的脉冲电流经过放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的纸带上就打出一行点迹。当电源的频率为50Hz时，它每隔0．02s打一个点。
介绍说明打点计时器的
构造和原理，让学生知道两种计时器的不同点。为熟练使用打点计时器奠定良好的基础。
练习使用
打点计时
器
学生分组实验，练习使用电火花计时器。
(1)了解打点计时器的结构，然后把它固定好。
(2)安装纸带。
(3)先启动电源，待开始打点后再用手水平拉动纸带，纸带上就打上一行小点，随后立即关闭电源。因为打点计时器都是按间歇性工作设计的，长时间工作可能会因线圈发热而损坏。
通过学生的实验操作，使学生进一步明确打点计时器的工作原理，并能熟练、正确使用打点计时器。同时通过实验激发学生学习物理的兴趣。
用打点计
时器测瞬
时速度
实验结束后，取下纸带，从能看得清的某个点开始，往后数出若干个点。如果数出n个点，那么这n个点之间包含n-l个间隔，就可以得到第一个点到第n个点的时间间隔为0．02(n-l)s。用刻度尺测量出从第一个点到第n个点间的距离△x。利用公式就可以计算出纸带在这段时间内的平均速度。
在用打点计时器(电源频率为50 Hz)研究物体做初速度为零的直线运动的某次实验中，纸带的记录如图所示，图中前几个点模糊，因此从A点开始每5个点取一个计数点，求AE段与BD段的平均速度。
根据速度的定义，如果不要求很精确，用这个平均速度粗略地代表中间c点的瞬时速度，也未尝不可。然而，如果把包含C点在内的时间间隔取得小一些，例如取BD，用这个平均速度代表纸带经过c点时的瞬时速度，就会更准确。然而我们选取的两点距离过小会使测量的位移误差增大，所以应该根据实际情况选取这两个点。这个纸带的计数点是每5个计时点选取出来的，所以可以用BD的平均速度表示c点的瞬时速度。
训练学生处理数据的能力，培养科学严谨的实验态度。在学生能较为熟练使用打点计时器的基础上，根据己掌握的速度知识，计步深化理解平均速度与瞬时速度的内涵和计算方法。
V-t图像
学会了确定瞬时速度的方法，通过例2引出速度时间图象。例2，如图所示，是一条利用打点计时器打出的纸带，0、l、2、3、4、5、6是七个计数点，每相邻两个计数点之间还有四个点未画出，各计数点到o的距离如图所示。求出l、2、3、4、5各计数点的瞬时速度，并说明纸带的运动情况。
通过计算可以求得，5个计数点的速度分别为0．20，0.40，0．61，0．69，0．70。可以看出这个纸带的运动是越来越快的。如果想要更直观的反映出速度变化的情况，就要借助数学图像来帮忙了。以速度v为纵轴、时间t为横轴在坐标纸上建立直角坐标系，根据计算出的数据，用描点法将各个时刻对应的速度一一描点，然后用平滑的曲线将各点连接，就得到了速度—时间图象，简称v-t图象。由于速度的实际变化总是比较平滑的，所以连点时要注意“顺势”、“平滑”，不要连折线。速度一时间图象表示了物体的速度随时间的变化关系，它是高中物理研究问题常用的方法，它不仅能够直观的显示出速度的大小，还能看出速度变化的快慢以及物体运动的位移，它在我们高中物理中的地位非常重要。
通过学生描点画图，说明图象意义，使学生明确描点画图象的一般方法步骤；学会用拟合法画图的思想法。提高学生用科学的方法手段发现、处理实际问题的能力。
小结和
作业
认识了新的计时仪器——打点计时器，并学会了它的使用方法，会用它测量物体的速度而且画出了物体运动的v-t图象。
阅读“科学漫步”，了解气垫导轨和数字计时器
进一步拓宽学生视野，开拓学生思维，使学生了解科技、社会的发展现状及物理学在实际中的应用，以有效激发学生学习物理的浓厚兴趣。
小结和
作业
认识了新的计时仪器——打点计时器，并学会了它的使用方法，会用它测量物体的速度而且画出了物体运动的v-t图象。
阅读“科学漫步”，了解气垫导轨和数字计时器
进一步拓宽学生视野，开拓学生思维，使学生了解科技、社会的发展现状及物理学在实际中的应用，以有效激发学生学习物理的
浓厚兴趣。