人教版 (新课标)必修14 实验：用打点计时器测速度教案设计

课题

1.4实验：用打点计时器测速度

课 型

新授课

课 时

1

教学

目标

 1．了解两种打点计时器的结构和工作原理，学会安装和使用。

 2．理解根据纸带测量速度的原理，学会粗略测量瞬时速度。

 3．理解速度—时间图象的意义，掌握描点法画图象的方法。

教 学

重 点

难 点

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。

难点： 1.对纸带数据的处理。

2.图象的画法及对图象理解。

教 学

准 备

电源（220V电源或学生电源），打点计时器，纸带，刻度尺（最好是塑料透明的），导线

教

学

过

程

实验准备：

1、仔细观察电磁打点计时器和电火花计时器，对照课本，比较它们的异同。

2、两类打点计时器的打点时间间隔是多少？

3、分析纸带时，如何计算纸带的平均速度。

4、严格地说，瞬时速度我们引进测量出来的，你知道用什么方法求出的速度可以代替某点的瞬时速度吗？

5、从器材上读取的数据是原始数据，原始数据是宝贵的实验资料，要严肃对待，要整齐的记录，妥善保存。

实验原理：

1、电磁打点计时器。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4~6V。当电源的频率是50Hz时，它每隔0.02s打一个点。电磁打点计时器是应用电磁原理制成的，图1是它的工作原理图。通电前，先在打点计时器上装上纸带，并把复写纸片压在纸带上。然后把线圈与50Hz、4~6V的交流电源接通。这时，振片被磁化，在磁力作用下振动起来。每0.02s振针压打复写纸一次，被运动物体拖着的纸带上便记录下一系列的点子，这些点相应地表示运动物体在不同时刻的位置，相邻两点间的时间间隔是0计时器 0.

02s。我们对纸带上这些点之间的距离进行测量，就可以定量地研究物体的运动规律。

2、电火花计时器。电火花计时器是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示出点迹的计时器，它的构造如图2所示。使用时，墨粉纸盘套在纸盘轴上，并夹在两条白纸之间。当接通用220V交流电源，按下脉冲输出开头时，计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针、墨粉纸盘到接到负极的纸盘火花放电，于是在运动的纸带1上打出一列点迹。当电源频率是50Hz时，它也是每隔0.02 s打一次点。

  这种计时器工作时，纸带运动时受到的阻力小，实验误差小。

  上面介绍的两种计时器打点的时间间隔都是T=0.02s，因此，打在纸带上的点，记录了纸带运动的时间。如果把纸带跟运动物体连接在一起，纸带上的点子就相应地表示出运动物体在不同时刻的位置。研究纸带上的点子之间的间隔，就可以了解运动物体在不同时间里民生的位移，从而了解物体运动的情况。

实验步骤：

1．把电火花计时器固定在桌子上，检查墨粉纸盘是否已经正确地套在纸盘轴上，检查两条白纸带是否已经正确地穿好，墨粉纸盘是否在两条纸带之间。

2．把计时器上的电源插头在220V交流电源插座上。

3．按下脉冲输出开头，用手水平地拉动两条纸带，纸带动上就打上一列车员小点。

4．取下纸带，从能看得清规戒律的某个点数起，数一数纸带上共有多少个点。如果共有n个点，点子的间隔数则为（n-1）个，用t=0.02（n-1）计算出纸带的运动时间t。

5．用刻度尺测量一下，打下这些点，纸带通过的距离s 有多长

6．利用公式计算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一中。

7．选取一条点迹清晰便于分析的纸带进行数据分析。

8．从能够看清的某个点开始，每隔0.1s取一个点，在纸带上用数字0，1，2 ….5标出这些“测量点”，测量包括每个点的一段位移△x,记录在表二中，同时记录相对应的时间，以测量该点的瞬时速度。

9．计算出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，填入表三中，点0作为计时的开始，即t=0。

10．以速度v为纵轴，以时间t为横轴在坐标纸上建立直角坐标系，根据表二的数据在坐标轴上描点，将这些点用平滑的曲线连接起来。

11．通过曲线的走向大致看出手的速度变化规律，将你的实验结果与其他同学交流一下，说出你的体会。

12．重复以上步骤再做一次。

如果用电磁打点计时器，则实验步骤的前3步相应地应当是：

1．            把打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过两个限位孔，压在复写纸的下面。

2．            把电磁打点计时器的两个接线柱用导线分别与6V的低压交流电源的接线柱相连接。

3．            打开电源开关，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一列小点。

表一：

表二：

表三：

注意事项：

1．            要认清楚你使用了哪种类型的打点计时器，电磁打点计时器要使用10V以下的交流学生电源；而电火花计时器则直接使用220V的交变电流。

2．            开头的点迹很密集，这是由于先接通电源后拉动纸带和开始时的速度比较慢而造成的，数点时不能从开始处数，而要向后看，从能够看清的某个点开始。

3．            如果数出了n个点，那么，他们的间隔数是（n-1）个。他们所用的运动时间为（n-1）0.02s.

4．            打点计时器要固定好，在使用时打点计时器不允许松动。

5．            打点计时器打点结束时要立刻切断电源。

6．            要保证手每一次“水平地拉动纸带”。

7．            可以大致表示某包含点的瞬时速度，两边点离得越近算出的平均速度接近B点的瞬时速度，但过小的间距也会增大测量的误差，应根据课本中的例子仔细选取。

8．            测量点要每隔0.1s选一个，即每隔六个点取一个点，而测量点的、的选取上应取前一个点，后两个点之间。即：v==。

9．            建立坐标系要根据实际情况取合适的单位，以便曲线能分布于大部分的坐标系中。

怎样描绘实验图线

处理实验数据的常用方法之一是图象法。运用图象法处理数据有许多优点，例如，能比较直观地表达物理规律，能够减小偶然误差对结果的影响，能够较方便地获得某些未经测量或无法直接测量的物理量数值。这里我们着重介绍一下怎样描绘实验图线。

1．            描绘图线时，一般以横坐标代表自变量，以纵坐标代表因变量，在轴的末端箭头旁边注明代表的物理量及其单位。例如，要描绘做匀速直线运动物体珠速度图象，即以时间为横坐标，以瞬时速度为纵坐标，在纵轴和横轴末端箭头旁分别标注

2．            根据测量的数据，选取适当的坐标轴的标度（即每格所代表的量值），使横轴与纵轴的全长（表示数据的最大值的长度）接近相等，图线大约分布在以坐标原点为顶点，以横坐标为一条边角之间，并尽可能使最小分度与测量的准确程度相一致。例如，在绘制速度图象的实验数据中（见上表），最大数值为时刻，速度，我们在横轴上取1格表示1s,在纵横轴上取1格表示0.10m/s, 横轴和纵轴的全长都占5格，且测量的准确值在图上也能确切标出。当图线不通过坐标原点时，坐标的原点可以不从零开始，这样可以使图线分布匀称。例如，上述速度图象中，如果t=0,v0=0.20m/s,则v轴的原点可以从0.20开始。

教学中的几点考虑

①注意培养学生的实验素质。实验课以学生活动为主，各种活动应有序进行。指导学生阅读课文、说明卡，对照课文和说明卡观察仪器结构、了解仪器功能、操作要领。认真观察实验现象，小组之间可以交流、对比实验情况。如有意识的变速拉动纸带，观察纸带上打出的点起始部分、中间部分、最后部分有什么变化？其他小组打出的点有什么不同，这些差异都说明什么问题？以提高对实验现象的观察力。

要求学生尊重原始测量的数据,不能随意改动,实验测量的原始数据是研究实验现象,寻找结论和规律的基本依据,也是检验,评价实验结果的依据.尊重原始测量数据,是良好实验素质和科学精神的具体表现.

②注意理解一些名词,概念.如计时点,计数点,两个计数点之间的位移,平均速度,某时刻的瞬时速度是怎样求得的.各组交流v-t图象的异同,研究异同的原因.

画v-t图象是,横轴,纵轴单位长度的确定要根据实验数据的最大值,最小值合理选取,使描绘的图象v-t能充满坐标平面的大部分空间.;

③说明卡片内容建议(以电磁打点计时器为例)

在桌边固定打点计时器；

将复写纸调节片向外拉出,将复写纸原片孔套在复写纸定位销上,向里推调节片,可调节复写纸位置；

将纸带穿过限位框,从复写纸下穿过压纸框,从另一侧限位框穿出；

开启电源等待1s~2s拖动纸带,拖出纸带后立即切断电源；

在纸带上选取计数点,测量计数点之间长度时要用量程在30cm以上透明塑料尺一次测量多组计数点间数值,不要用短刻度尺一段一段的测量计数点间距离,减少偶然误差。

作 业

布 置

1. 电磁打点计时器引起的误差较大，因为电磁打点计时器打点瞬间要阻碍纸带的运动。

2. （1）纸带左端与重物相连，因为纸带左端的点迹比较密，开始打点时重物的速度小。

（2）A点左右两临近点间的距离△x=13.5×10-3m，时间△t=0.04s, △t很小，可以认为A点速度m/s≈0.34m/s。

请进一步分析：若用A点和左方邻近一点的距离作为△x进行计算，或用A点和右方邻近一点的距离作为△x进行计算，均有何不妥？

3. （1）甲物体有一定的初速度，乙物体初速度为零。

（2）甲物体速度大小不变；乙物体先匀加速、匀速，最后匀减速运动。

（3）甲、乙运动方向都不改变。

本题旨在通过对速度图象的认识，定性了解物体的运动状态。

4. 纸带速度越大，相邻两点的距离也越大。纸带速度与相邻两点所表示的时间无关。

请按本题的叙述，自制模拟打点计时器，通过手动打点，体验打点计时器的工作过程。

课堂总结

本节课的应用主要涉及打点计时器的使用和平均速度、瞬时速度的测定。