学生实验教学设计第二课时

实验：用打点计时器测速度

【教学目标】：

(一)知识目标：

1、了解两种打点计时器的结构和工作原理。

2、会安装并使用打点计时器。

3、理解根据纸带测量速度的原理并测量瞬时速度。

4、明确速度—时间图象的意义，描点法画图象的方法，并画出该实验中的速度—时间图象。

(二)能力目标：

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．

(三)德育目标：

1、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。

2、培养学生敢于创新和实事求是的科学态度和科学精神。

【教学重点】：

1、打点计时器的使用。

2、由纸带计算物体运动的瞬时速度。

3、画物体的速度—时间图象。

【教学难点】：

1、对纸带数据的处理。

2、画图象的方法。

【教学方法】：探究、讲授、讨论

【教学用具】：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】：

（一）引入

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．今天,我们来学习测量速度的一种方法

(二)新课教学：

1、打点计时器的认识(展示实物) 提出问题:1、打点计时器分为几种,结构上有什么不同? 2、他们在工作要求上,有什么不同? 3 他们是怎么工作的? 学生活动:看课本,观察实验仪器,四个人一组进行讨论. 提问学生并总结: 1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．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。

2电火花计时器：它是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示点迹的计时仪器。当接通220V交流电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针、墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电，于是在运动纸带上就打出一系列点迹。当电源频率为50Hz时，它也是每隔0.02s打一次点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔也是0.02s。

学生思考:1、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? 答案: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。

2、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? 答案：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．

2、练习使用打点计时器

提出问题： 1、使用打点计时器，应该按照怎么样的步骤？

2、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? 学生活动:看课本 ,四个人一组进行讨论. 提问并总结：

1、使用电火花计时器在纸带上打点，安装纸带的方法有两种，一种是用一条纸带从墨粉盘下穿过，打点时墨粉盘不随纸带转动，电火花只将墨粉盘上某一位置的墨粉蒸发到纸带上，打出的点迹颜色较淡，打过一条纸带后要将墨粉盘转一角度再打另一条纸带．学生实验时可采用这一方法．另一种是用两条纸带，将墨粉盘夹在中间，拖动纸带时由于两条纸带的摩擦作用，墨粉盘会随纸带转动，电火花将墨粉盘上不同位置的墨粉蒸发到纸带上，所以打出的点迹颜色较重．墨粉盘上面的一条纸带没有点迹，可重复使用．用一条纸带打点时，纸带与打点计时器之间的摩擦阻力较小，用两条纸带打点时摩擦阻力较大．不管用哪种方法，打完纸带后应立即切断电源．

2、两点之间的时间为0.02秒，n个点之间的时间为0．02*（n-1）

3、用打点计时器测量瞬时速度

提出问题: 根据前面所学的瞬时速度的理论，引导学生怎样计算实际运动中物体的瞬时速度? 学生活动: 讨论怎样获取数据，怎样根据自己的纸带计算不同时刻的瞬时速度并采用列表法有条理的列出。

提问总结: 为了测量打点计时器在打出某个点时纸带运动的瞬时速度，可以测量包括该点在内的两点间的平均速度，用来代替瞬时速度。这两点离该点越近，平均速度越接近该点的瞬时速度。然而，两点距离过小则测量误差增大，须根据实际情况选取这两个点。

胜一筹 4、用图象表示速度

提出问题:1那么怎样用图象来表示物体运动的速度呢? 2 对描出的点应该怎么样进行处理才能得到我们所要的图像?

学生活动:四个人一起看书进行讨论.

提问并总结:.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．

学生思考: 百米赛跑时运动员的速度从始至终是不变的吗?如果有变化，你估计是怎样变化的?某位运动员的百米赛跑的成绩是10．57s，按照你的估计画出他在这段时间的v—t图象的草图. 百米赛跑时运动员的速度是有变化的，运动员从静止开始，速度很快增大，冲刺阶段的速度达到最大。没有受过训练的同学跑百米，他在起始阶段速度增大的过程要长些，最大速度也比不过运动员，到终点时速度还可能有下降趋势，v

－t图象的形状是不同的。

(三)巩固练习

1 当纸带与运动物体连接时，打点计时器在纸带上打出点迹。下列关于纸带上点迹的说法中正确的是（ ）

A. 点迹记录了物体运动的时间

B. 点迹记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移

C. 纸带上点迹的分布情况反映了物体的质量和形状

D. 纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况

解析 打点计时器每隔一定的时间（当电源频率为50Hz时，打点的时间间隔为0.02s）打下一个点，因而点迹记录了物体运动的时间，也记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移；点迹的分布情况反映了物体的运动情况，而不能反映物体的质量和形状。正确选项为A、B、D。

2 通过打点计时器得到的一条打点纸带上，如果点子的分布不均匀，那么是点子密集的地方纸带运动速度比较大，还是点子稀疏的地方纸带运动速度比较大？为什么？

解析 打点计时器打点的时间间隔△t保持不变，点子稀疏的地方△x大，从而纸带的运动速度比较大。

3 某次打点计时器在纸带上依次打出A、B、C、D、E、F等一系列的点，测得距离AB=11.0mm, AC=26.5mm, AD=40.0mm, AE=48.1mm, AF=62.5mm。通过计算说明在打A、F点的时间间隔内，纸带是否做匀速直线运动。如果是，则求速度；如果不是，则求平均速度。已知打点时间间隔为0.02s。

解析

AB=11.0mm, BC=AC－AB=15.5mm, CD=AD－AC=13.5mm, DE=AE－AD=8.1mm, EF=AF－AE=14.4mm, 各段距离不等，说明在打A、F点的时间间隔内，AF62.5103纸带不是做匀速直线运动。vm/s=0.625m/s。

t0.0254 如图1－23为某次实验时打出的纸带，打点计时器每隔0.02s打一个点，图中O点为第一个点，A、B、C、D为每隔两点选定的计数点。根据图中标出的数据，打A、D点时间内纸带的平均速度有多大？打B点时刻纸带的瞬时速度有多大？计算的依据是什么？你能算出打O、D点时间内纸带的平均速度吗？为什么？

解析 AD段的平均速度

vADAD43.2515.50cm/s=231.25cm/s。

tAD0.0223图1－23 当时间间隔很短时，可以用平均速度代替瞬时速度，故B点的瞬时速度

vBAC32.5015.50cm/s=212.50cm/s。

tAC0.0222无法算出OD段的平均速度，因为不知道O、D间有多少个点，因而不知道OD段的时间间隔。

5 使用打点计时器时，如果发现纸带上打出的点不清晰，那么可能是什么原因？如何采取措施？ 解析 点迹不清的原因及应采取的措施主要有：

（1）复写纸使用过久，可调整复写纸位置，或更换复写纸；

（2）电源电压过低，导致打点太轻，可适当提高电源电压；

（3）振针位置偏高，同样会导致打点太轻，可适当调低振针。

6 图1－24是两个匀速直线运动的位移图象。哪条直线所表示的运动的速度大?各是多大？

解析 直线②比较陡，其斜率大，故直线②所表示的运动的速度大。以v1、v2分别表示直线①、直线②所表示的运动的速度，则v1x26m/s=2m/s。

t23(四)小结：略 (五)作业：课本第2,3,4题 (六)板书设计：

§1.4 实验：用打点计时器测速度

x16m/s=1m/s, t16v2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．