高中物理人教版必修1教案 實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度4

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111 長沙市第六中學(xué)備課紙 科目 物理 年級(jí) 高一 作者 趙 斌 時(shí)間 年 月 日 課題 1.4：實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度 教學(xué)目標(biāo) ︵ 知識(shí) 能 力品 德 ︶ 1．知識(shí)與技能 ⑴掌握打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的原理及其使用方法。 ⑵掌握對(duì)紙帶上記錄的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的能力。 ⑶能測定平均速度，畫出v-t圖象，通過圖象來分析物體的運(yùn)動(dòng)情況。 2．過程與方法 ⑴能分析、處理實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題。 ⑵掌握建立圖像的一般規(guī)律，了解用圖像研究物理問題的方法。 ⑶掌握在極短的時(shí)間內(nèi)物體的瞬時(shí)速度近似等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度這一近似方法。 3．情感、態(tài)度與價(jià)值觀 ⑴注意培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和實(shí)驗(yàn)態(tài)度。 ⑵注意培養(yǎng)學(xué)生尊重原始測量數(shù)據(jù)這一實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。 教材分析 ︵ 重點(diǎn)難點(diǎn) ︶ 重點(diǎn)： 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用方法。 難點(diǎn)：對(duì)紙帶上記錄的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。測定瞬時(shí)速度，畫出v-t圖像，并通過圖像來分析物體的運(yùn)動(dòng)情況。 時(shí)序 教學(xué)操作過程設(shè)計(jì)（重點(diǎn)寫怎么教及學(xué)法指導(dǎo)，含課練、作業(yè)安排） 新課導(dǎo)入 直接測量物體運(yùn)動(dòng)的速度在技術(shù)上是比較復(fù)雜的，我們?cè)跍y量時(shí)可以嘗試通過測量物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和位移，再經(jīng)過計(jì)算或作圖來判斷物體的運(yùn)動(dòng)情況．在實(shí)驗(yàn)中，我們可以使用秒表和尺子，直接測量物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和位移，但當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度太快時(shí)，采用這種方法的測量誤差較大．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就是一種記錄物體運(yùn)動(dòng)位移和時(shí)間信息的儀器，我們可以通過測量位移和時(shí)間來計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)的速度以及速度的變化快慢． 【課堂活動(dòng)】 同桌的同學(xué)合作，簡易模擬打點(diǎn)計(jì)時(shí)器． 1．同桌兩位同學(xué)之間，一位同學(xué)手拿一枝彩色畫筆，另一位同學(xué)牽動(dòng)一條寬約1 cm的長紙帶，使紙帶在你的筆下沿著直線緩慢向前移動(dòng)．你按照一定的時(shí)間間隔點(diǎn)擊紙帶(比如每秒1次，或每秒2次)，比比看，看誰牽動(dòng)紙帶的速度變化最?。胍幌耄噜弮牲c(diǎn)的距離跟牽動(dòng)紙帶的速度有什么關(guān)系?牽動(dòng)紙帶的快慢不均勻，對(duì)相鄰兩點(diǎn)所表示的時(shí)間有沒有影響? 2．兩位同學(xué)競走比賽，為了比較他們的運(yùn)動(dòng)情況，現(xiàn)在讓每位同學(xué)都提著底部穿孔、漏沙比較均勻的兩個(gè)沙袋一起競走，然后通過他們的漏沙情況來判斷他們的勻速運(yùn)動(dòng)情況和加速情況． 以上兩個(gè)探究活動(dòng)目的是讓學(xué)生體驗(yàn)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通過打點(diǎn)達(dá)到計(jì)時(shí)目的的原理． 學(xué)生做完后討論． 分析1：相鄰兩點(diǎn)問的距離隨著牽動(dòng)紙帶的速度的增大而加大．紙帶運(yùn)動(dòng)的快慢不均勻，點(diǎn)子的間隔也不均勻，但對(duì)相鄰兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔沒有影響． 分析2：參加競走的兩人若運(yùn)動(dòng)快慢比較穩(wěn)定，則漏沙比較均勻，若加速運(yùn)動(dòng)，會(huì)發(fā)現(xiàn)快的時(shí)候漏沙少，慢的時(shí)候漏沙多． [新課教學(xué)]（引入打點(diǎn)計(jì)時(shí)器） 一、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 閱讀課本，引導(dǎo)學(xué)生注意其重點(diǎn)：觀察打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并閱讀其使用說明書，明確電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)、各部分的名稱、工作原理及使用方法． 【交流與討論】 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用低壓交流電源工作，能不能使用直流電源，為什么? 分析：原理中是靠電流方向的改變來改變磁鐵的磁場方向，從而促使振動(dòng)片上下振動(dòng)，并且振動(dòng)片的振動(dòng)周期與電源的電流變化周期一致．若使用50 Hz的交流電，打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0．02 s．這個(gè)值正好是電源頻率的倒數(shù)． 二、電火花計(jì)時(shí)器 學(xué)生閱讀課本，引導(dǎo)學(xué)生注意其重點(diǎn)：觀察打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并閱讀說明書，明確兩種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)、各部分的名稱、工作原理及使用方法． 【交流與討論】 從原理上考慮，電火花計(jì)時(shí)器跟電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器相比，哪個(gè)更好些，誤差可能會(huì)更小? 析：電火花計(jì)時(shí)器可能會(huì)更好些，因?yàn)殡姶糯螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器中振針和紙帶間的摩擦?xí)笮? 總結(jié)：電火花計(jì)時(shí)器使用中運(yùn)動(dòng)阻力極小，這種極小阻力來自于紙帶運(yùn)動(dòng)的本身，而不是打點(diǎn)產(chǎn)生的，因而系統(tǒng)誤差小，計(jì)時(shí)精度與交流電源頻率的穩(wěn)定程度一致(脈沖周期不大于50s，這一方面也遠(yuǎn)優(yōu)于電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)，同時(shí)它的操作簡易，使用安全可靠(脈沖放電電流平均值不大于5 A)． 問題討論：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器能記錄哪些信息?(時(shí)間和位移．) 課堂訓(xùn)練： 出示例題： 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期取決于 ( B ) A．交流電壓的高低 B．交流電的頻率 C．永久磁鐵的磁性強(qiáng)弱 D．振針與復(fù)寫紙間的距離 三、練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 學(xué)生自主閱讀教材中的實(shí)驗(yàn)步驟提示． 指導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并引導(dǎo)學(xué)生思考：紙帶上的點(diǎn)與小車的位移和時(shí)間是如何對(duì)應(yīng)的，怎樣將紙帶上的點(diǎn)變成相關(guān)的數(shù)據(jù)? 【交流與討論】 問題1．電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器中怎樣安放復(fù)寫紙和紙帶的位置?(將復(fù)寫紙?zhí)自趶?fù)寫紙定位銷上，推動(dòng)調(diào)節(jié)片，可調(diào)節(jié)復(fù)寫紙位置．將紙帶從復(fù)寫紙圓片下穿過．) 問題2．振針打的點(diǎn)不清晰或打不出點(diǎn)可能是哪些原因?怎樣調(diào)整? 分析1：可檢查壓紙框的位置是否升高，而阻礙了振動(dòng)片，振針打不到紙帶上，可將壓紙框向下壓恢復(fù)其原來位置． 2：可能是復(fù)寫紙?jiān)摀Q新的了． 3：可能是振動(dòng)片的振幅太小，可調(diào)整振動(dòng)片的位置． 4：可能是振針的位置太高，調(diào)整振針的位置，直到打出點(diǎn)為止． 5：電壓在4 v和6 v的情況下，打點(diǎn)的清晰度有點(diǎn)差別，電壓高的時(shí)候稍清晰，所以可調(diào)高一點(diǎn)電壓． 問題3．開啟電源打點(diǎn)完畢后要及時(shí)關(guān)閉電源，這樣做有什么好處? 分析：因打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是按間歇工作設(shè)計(jì)，故長期工作可能會(huì)因線圈發(fā)熱而損壞． 讓學(xué)生閱讀課本，學(xué)習(xí)電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的安裝方法： 討論回答： 紙帶處理：從能夠看清的某個(gè)點(diǎn)開始，往后數(shù)出若干個(gè)點(diǎn)．如果數(shù)出n個(gè)點(diǎn)，這些點(diǎn)劃分出來的時(shí)間間隔數(shù)是多少?(共()個(gè)．) 學(xué)生親自手拉紙帶練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，自己設(shè)計(jì)表格，記錄測量數(shù)據(jù)． 【思考與討論】：怎樣根據(jù)紙帶上的點(diǎn)跡計(jì)算紙帶的平均速度? 討論回答：測出兩個(gè)點(diǎn)間的距離，數(shù)一下這兩個(gè)點(diǎn)間共有多少個(gè)時(shí)間間隔，即有多少個(gè)O.02 s，用這個(gè)總距離去除以所需用的時(shí)間． 【課堂訓(xùn)練】 打在紙帶上的點(diǎn)，記錄了紙帶的運(yùn)動(dòng)時(shí)間．如果把紙帶和運(yùn)動(dòng)的物體連接在一起，紙帶上的點(diǎn)就相應(yīng)地表示出運(yùn)動(dòng)物體在不同時(shí)刻的位置．研究紙帶上的點(diǎn)子之間的間隔，就可以了解運(yùn)動(dòng)物體在不同時(shí)間內(nèi)發(fā)生的位移，從而了解物體的運(yùn)動(dòng)情況．用簡短的語言描述示每條紙帶記錄的物體的運(yùn)動(dòng)情況． 參考答案：(a)、(b)的各點(diǎn)分布較為均勻，是勻速運(yùn)動(dòng)，但從點(diǎn)子的疏密程度來看，(b)上的點(diǎn)子較稀疏，所反映的物體運(yùn)動(dòng)較快，速度較大．(c)表示物體運(yùn)動(dòng)得越來越快，速度在增大；(d)表示物體運(yùn)動(dòng)得越來越慢，速度在減?。? 四、用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量瞬時(shí)速度 思想方法：用某段時(shí)間內(nèi)的平均速度粗略代表這段時(shí)間內(nèi)的某點(diǎn)的瞬時(shí)速度．所取的時(shí)間間隔越接近該點(diǎn)，這種描述方法越準(zhǔn)確． 示例：如圖，測量出包括E點(diǎn)在內(nèi)的D、F兩點(diǎn)問的位移△x和時(shí)間△t，算出紙帶在這兩點(diǎn)間的平均速度，用這個(gè)平均速度代表紙帶經(jīng)過E點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度． 可以大致表示E點(diǎn)的瞬時(shí)速度，D、F兩點(diǎn)離E點(diǎn)越近，算出的平均速度越接近E點(diǎn)的瞬時(shí)速度．然而D、F兩點(diǎn)距離過小則測量誤差增大，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況選取這兩個(gè)點(diǎn)． 學(xué)生根據(jù)粗略表示某點(diǎn)瞬時(shí)速度的方法，選擇合適的計(jì)數(shù)點(diǎn)，測量包含這個(gè)點(diǎn)的一段時(shí)間內(nèi)的位移△z，同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)的時(shí)間△t，填入教材中設(shè)計(jì)好的表1中． 根據(jù)算出剛填完的表1中各點(diǎn)附近的平均速度，把它當(dāng)作計(jì)時(shí)器打下這些點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度，抄入教材表2中．從該表中能粗略看出手拉紙帶運(yùn)動(dòng)的速度變化情況． 【課堂訓(xùn)練】 如圖，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50 Hz，某次實(shí)驗(yàn)中得到一條紙帶，用毫米刻度尺測出各點(diǎn)問的距離為：AC=14．O mm，AD=25.0 mm．那么由此可以算出紙帶在AC間的平均速度為 O.35 m／s，紙帶在AD間的平均速度為O.42 m／s；B點(diǎn)的瞬時(shí)速度更接近于 O．35 m／s． 五、用圖象表示速度 剛才我們從表2中的數(shù)據(jù)可以粗略看出我們自己手拉紙帶運(yùn)動(dòng)的速度變化情況，圖象是表示變化規(guī)律的好方法，我們可以用圖象來描述物體的速度變化情況，那么怎樣用圖象來表示物體運(yùn)動(dòng)的速度呢?請(qǐng)同學(xué)們先看課文并回答． 析：在方格紙上建立直角坐標(biāo)系，用縱坐標(biāo)表示物體運(yùn)動(dòng)的速度，用橫坐標(biāo)表示時(shí)間，根據(jù)表中各時(shí)刻的速度，將(v，t)作為一組坐標(biāo)在圖象中描點(diǎn)，將點(diǎn)連線后得出的圖象稱為速度一-時(shí)間圖象(v一t圖象)，簡稱速度圖象． 學(xué)生具體操作描點(diǎn)． 為了更清晰，把點(diǎn)用折線連起來． 速度的實(shí)際變化應(yīng)該是比較平滑的，所以，如果用一條平滑的曲線來“擬合”這些點(diǎn)，曲線反映的規(guī)律應(yīng)該與實(shí)際情況更接近． 指導(dǎo)學(xué)生換用紅色筆用平滑的線將剛才描過的點(diǎn)再重新描畫一遍． 再次手拉紙帶動(dòng)現(xiàn)在來觀察圖象，更形象直觀地顯示自己手拉紙帶的運(yùn)動(dòng)情況． 【說一說】百米賽跑時(shí)運(yùn)動(dòng)員的速度從始至終是不變的嗎?如果有變化，你估計(jì)是怎樣變化的?某位運(yùn)動(dòng)員的百米賽跑的成績是10.57 s，按照你的估計(jì)畫出他在這段時(shí)間的v一t圖象的草圖． 如果是沒有受過訓(xùn)練的同學(xué)跑百米，他的v一t圖象的形狀可能有什么不同? 參考提示：運(yùn)動(dòng)員的百米賽跑中，速度變化較大．大致可以分為三個(gè)階段：啟動(dòng)階段，速度從零迅速增大；中間階段，這一階段速度幾乎不變；沖刺階段，速度逐漸增到最大．如圖1—4—6所示． 如果是沒有受過訓(xùn)練的同學(xué)跑百米，他的速度可能是先增加到最大，然后又逐漸減?。鐖D． [小結(jié)] 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花計(jì)時(shí)器都是記錄運(yùn)動(dòng)物體在一定時(shí)間間隔內(nèi)位移的儀器．V一t圖象：表示做直線運(yùn)動(dòng)物體的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律．某段時(shí)間圖線與時(shí)間軸圍成的面積值表示該段時(shí)間內(nèi)物體通過的位移大?。螤钜粯拥膱D線，在不同圖象中所表示的物理規(guī)律不同． [課外訓(xùn)練] 1．運(yùn)動(dòng)的物體帶動(dòng)紙帶被打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打上一系列的點(diǎn)，這些點(diǎn)的距離不一定相等，但這些 點(diǎn)能說明 (ABCD ) A．運(yùn)動(dòng)物體在一段時(shí)間內(nèi)的位移 B．運(yùn)動(dòng)物體在一段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)快慢 C．運(yùn)動(dòng)物體在某時(shí)刻的位置 D．運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì) 2．通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到的一條打點(diǎn)紙帶上的點(diǎn)子不均勻，下列判斷正確的是 ( BC ) A．點(diǎn)子密集的地方物體運(yùn)動(dòng)的速度比較大 B．點(diǎn)子密集的地方物體運(yùn)動(dòng)的速度比較小 C．點(diǎn)子不均勻說明物體做變速運(yùn)動(dòng) D．點(diǎn)子不均勻說明打點(diǎn)計(jì)時(shí)器有故障 3．在你練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，小車拖動(dòng)紙帶并在上面打下了一系列的小點(diǎn)．根據(jù)你所打 出點(diǎn)的紙帶，在判斷紙帶表示的運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)還是變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí) ( D ) A．應(yīng)通過測量紙帶表示的運(yùn)動(dòng)的全程來判斷 B．必須通過計(jì)算任意兩點(diǎn)間的平均速度來判斷 C．必須通過計(jì)算全程的平均速度來判斷 D．可以通過測量每相鄰兩點(diǎn)間的距離，看其是否都相等來判斷 4．如圖1-4-9所示是一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)的速度一時(shí)間(v-t)圖象，從以下三個(gè)方面說明它的速度是怎樣變化的：(1)物體是從靜止開始運(yùn)動(dòng)還是具有一定的初速度?(2)運(yùn)動(dòng)的方向是否變化? (3)速度的大小是否變化?怎樣變化? 解析：(1)有初速度；(2)運(yùn)動(dòng)方向變化，O～之間運(yùn)動(dòng)方向不變，與正方向相同，為同一方向，，之后方向改變，為負(fù)方向；(3)速度先變大后不變?cè)僮冃《笥址聪蜃兇螅? 教 學(xué) 后 記 111