人教版高中物理必修1《4　实验：用打点计时器测速度》教学设计1

《用打点计时器测速度》

【教学目标】

1．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(时间和位移)。

（2）会使用打点计时器，理解利用纸带测量速度的原理并会测量瞬时速度。

（3）明确速度—时间图象的物理意义，描点法画图象的方法。

2．过程与方法

（1）通过实验得出物体的运动信息，用数学的方法表述出来。培养学生获取信息处理信息的能力，体会处理问题的方法，领悟如何间接测量一些不能直接测量的物理量的方法。

（2）体验实验中理性思维的重要，即要动手，又要动脑。

（3）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。

3．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实际生活的意识。

（2）体验用图象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。

【教学重、难点】

1．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---时间图象,并从中获取物理信息

2．难点

处理纸带的方法，用描点法画图象。

 【教学过程】

1、新课引入：

同学们大家好，今天我们来学习第四节《用打点计时器测 速度》。

测定物体的速度并不是一件容易的事情，特别是当物体的速度在不断变化时，测定某时刻的速度更是比较困难，比如飞舞的苍蝇，要确定它某时刻的速度是非常困难的，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。我们可以尝试通过测量物体运动的时间和位移，再经过计算来判断物体的运动情况。

那么如何有效记录物体运动的位移和时间呢？

【课堂活动】

同桌之间，一位同学拿一支笔，另外一位同学牵动一条宽约为1cm的长纸带，使纸带在笔下沿着直线向前移动，按照一定的时间间隔（1秒）点击纸带。纸带上留下了一系列的点。

思考：在打点时间间隔大致相同的情况下，纸带上两点之间的间隔是否能反映出手拉纸带运动的快慢？

——纸带上两点间隔越长，说明速度越大。

这种记录物体运动的位移和时间的方法是可取的，但是用手打点不能保证时间间隔严格相等，会造成比较大的误差。今天我们来学习一种能严格控制打点时间间隔相等的记录物体运动位移和时间信息的仪器——打点计时器。

2、电磁打点计时器：

请同学们阅读打P19，明确打点计时器的结构，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的计时仪器。工作电压为4—6V.当电源频率为50Hz时，打点计时器每隔0.02s打一个点。通电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。通电时，在线圈和永久磁铁的作用下，偏振片振动起来，带动振针振动，振动频率和电源频率一样。这时，如果纸带运动，振针就会通过复写纸在纸带上留下一系列的点。这样就记录下了纸带的运动信息。

3、电火花打点计时器

火花打点计时器可以代替电磁打点计时器使用。与电磁打点计时器不同的是：电火花打点计时器的工作电压是220V的交流电。使用时将电源插头直接插在交流220V插座内就可以了。点火花打点计时器用墨粉和电火花打点，当按下脉冲输出开关时会产生高温电火花，高温电火花可以使墨粉汽化在纸带上。当输入交流电的频率是50Hz时，电火花打点计时器也每隔0.02s打一个点。

比较两种打点计时器：电磁打点计时器使用时振针和纸带间有摩擦而电火花打点计时器在使用过程中阻力极小，这极小的阻力来自纸带运动的本身而不是打点时产生的，因而系统误差较小。这两种打点计时器的作用是一样的。

4、练习使用打点计时器

打点计时器是高中物理实验一个重要的实验仪器，请同学们阅读P20，总结出它的使用方法。

1. 固定打点计时器
2. 安装纸带
3. 启动电源，水平拉动纸带，关闭电源。

注意：

1. 先启动电源1~2s，再拉动纸带。——打点计时器打开电源后要经过一个短暂的时间才能稳定工作，所以应先打开电源让打点计时器工作1—2s后才能松手打纸带，这样做可以减小误差。
2. 结束后立即关闭电源。——打点计时器是按照间歇性工作设计的，长期连续工作会导致线圈发热而损坏。

问题：

纸带上的点与纸带的位移和时间是如何对应的，怎样从纸带上的点得到相关数据？

设计记录数据的表格：

怎样根据纸带上的点算平均速度呢？

——测出两个点之间的距离，数一下这两个点间有多少时间间隔，即有多少个0.02s，用距离除以时间得到两点间的平均速度。

5.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来粗略的代替这段时间内的某点的瞬时速度。所取的时间间隔越接近该点计算出的瞬时速度就越精确。

如图：要计算E点的瞬时速度，可以测量包括E点在内的D、F两点之间的位移△x和时间△t，算出纸带在这两点间的平均速度，如果要求不高，可以用这个平均速度代表E点的瞬时速度。选取的两点距离E点越近，算出的平均速度越接近E点的瞬时速度。

请同学们根据粗略表示点的瞬时速度的方法，选择合适的计数点，测量包含这个点的一段时间的位移△x和时间△t，并根据计算各点附近的平均速度，填入P21的表1中，把它当做计时器打下这些点时的瞬时速度。从表中可以粗略的看出手拉纸带运动的速度变化情况。

5.用打点计时器测量瞬时速度

图象时研究物理问题中经常使用的一种数据处理方式，图像相对于表格更加直观、方便。我们可以用图象来描述物体的速度变化情况。以速度为纵坐标，时间为横坐标，在方格纸上建立直角坐标系，根据表2中各个时刻的v、t数据，在坐标系中描点。速度的变化是比较平滑的所以用一条平滑的曲线将这些点连接起来。得到物体运动的v-t图象。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。

6.小结