14实验用打点计时器测速度教案

11.4实验：用打点计时器测速（两课时）一、教学目标1.了解电磁打点计时器，电火花计时器的基本构成，理解打点计时器的计时原理2．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.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采用的思想方法，会用这种方法计算瞬时速度。3.明确速度—时间图象的意义，描点法画图象的方法，并画出实验中的速度—时间图象。4.能运用实验数据描绘v-t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、教学重点与难点重点: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.画图象的方法。三、教学方法：实验探究式教学方法四、教学过程第一课时，认识和练习使用打点计时器。1.打点计时器的认识先让学生阅读教材,然后老师提出问题,引导学生回答:(1)电磁打点计时器使用的是直流电还是交流电?其工作电压为多少?(2)说出电磁打点计时器的构造?工作原理?如图1—4—1所示。(3)复写纸放在纸带上边还是下边?(4)我国交流电的频率为50Hz,使用这种电源时,每隔多长时间打一个点,即相邻两个点之间的时间间隔是多少?日本的交流电频率是60Hz,打点计时器还能用吗？能用，相邻两个点之间的时间间隔是多少?(5)打点计时器打出的纸带可以记录某段时间内的位移,能不能记录时间?(6)解释电火花计时器的工作原理?如图1—4—2所示,它与电磁打点计时器相比,哪一种误差小?原因是什么?电磁打点计时器是一种使用低压交流的计时仪器，其结构如图所示。它的工作电压是4～6V。电源频率是50Hz时，它每隔O．02s打一个点。2电火花计时器是利用火花放电时在纸带上打出点迹的计时仪器，其结构如图所示。使用时，墨粉纸盘套在纸盘轴上，并夹在两条纸带之间。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。于是在运动的纸带上就打出一列点迹。当电源频率是50Hz时，它每隔O．02s打一次点。如果把纸带跟运动的物体连接在一起，打点计时器便在纸带上打下一系列的点，这些点既记录了运动物体在不同时刻的位置，也记录了相应的时间。通过对纸带上点子之间距离的研究，可以了解物体运动的情况。注意事项：①打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点，如遇到打出的是短横线，应调整一下振针距复写纸片的高度使之增大一点。②使用计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器稳定后，再释放纸带。③释放物体前，应使物体停在靠近打点计时器的位置。④使用电火花计时器时，应注意把两条白纸带正确穿好，墨粉纸盘夹在两纸带之间，使用电磁打点计时器时，应让纸带通过限位孔，压在复写纸下面。2.练习使用打点计时器指导学生动手练习使用打点计时器，要让学生按步骤有序操作,并打出几根纸带。选择一条点迹清晰的纸带,如图1—4—3所示,引导学生回答下列问题:(1)怎样从打出的纸带中获取数据?指导学生用列表格的形式把数据列出。(2)怎样根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度？(用纸带上两个点之间的距离除以两个点之间的时间间隔,即根据v=△x/△t，求出在任意两点间的平均速度，这里△x可以用直尺测量出两点间的距离，△t为两点间的时间间隔数与0.02s的乘积。)(3)在打出的B、C两个点的时间间隔中,纸带运动的平均速度是多少?(4)如果纸带上的点迹分布不均，那么，点迹密集的地方表示运动的速度较大还是较小？(在纸带上相邻两点间的时间间隔均为0.02s，所以点迹密集的地方表示纸带运动的速度很小)课堂练习1、电磁打点计时器是一种使用_________(交流?直流?)电源的________仪器，它的工作电压是________伏特。当电源频率是50赫兹时，它每隔________s打一次点。图1—4—332、一同学在使用打点计时器时，纸带上点不是圆点而是一些短线，这可能的原因是（）A．接在直流电源上B．电源电压不稳C．电源频率不稳D．打点针压得过紧解析：A．接在直流电源上不会打点。A错。B．打点与电压是否稳定无关，点痕重轻与电压有关。B错。C．频率不同打的点仍为圆点。故C错。D．打点针压得过紧。针和纸接触时间长，打出一些短线。D正确。答案：D3、电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，根据打点计时器打出的纸带，我们可以从纸带上直接得到的物理量是（）A．时间间隔B．位移C．加速度D．平均速度解析：从打下的纸带上数一下点的个数就知道时间，因为两个点的时间间隔为0.02s.故A选项正确。用刻度尺量一下任意两个点间的距离，就知道了物体的位移。故B选项正确。从纸带上不能直接得到加速度、平均速度，只可以间接计算。故C、D选项错误。答案：AB4、电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，当电源频率为50Hz时，振针每隔0.02s在纸带上打一个点，现在用此打点计时器测定物体的速度，当电源的频率低于50Hz时，数据计算仍然是按照每隔0.02s打一个点来处理的．则测出的速度数值与物体的实际速度相比，是偏大还是偏小?为什么?解析：当电源频率低于50Hz时，实验中实际时间间隔大于0.02s，数值计算时如按照实际时间间隔，得到实际速度，若实验时仍用0.02s作为时间间隔来计算，实验数值比物体的实际速度偏大．点评：有关实验误差的分析对学生来说是一个难点，突破方法是根据实验原理分析，同学们应该仔细体会，理解．课堂小节：知道打点计时器的原理，学会使用打点计时器。课后作业：预习P20-22用打点计时器测量瞬时速度、用图象表示速度两个专题，从自己打的纸带中选择一条点迹清晰的完成两专题的内容。课后反思：第二课时：学会纸带数据数理和用图象表示速度。3.用打点计时器测量瞬时速度(1)在图1—4—3中求出B、C之间的平均速度,如果要求不很精确,能否用该平均速度表示B点右边一点的瞬时速度?(2)能否把该点的速度表示的更准确一点?(3)如果想每隔0.1s测一次速度,应怎么办?(4)把测量所选“测量点”在内的一段位移填入表格。(5)引导学生求出上述“测量点”附近的平均速度。(6)引导学生把上述的平均速度作为对应点的瞬时速度填入表格。(7)引导学生分析表格中速度的变化情况。4.用图象表示速度为了更直观地反映物体的运动情况，我们可以用v-t图象来表示速度随时间的变化规律。以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系，根据计算出的不同时刻对应的瞬时速度值，在坐标系中描点，最后用平滑曲线把这些点连接起来就得到了一条能够描述速度v与时间t关系的图象。教师提出下列问题:4(1)图象上每一点的意义是什么?(表示该时刻物体的瞬时速度)(2)如要求这些点中间一个时刻的速度是多少,应怎么办?(把这些点连接起来,在连线上与该时刻对应的点的速度就是该时刻的瞬时速度)(3)把这些点连接起来,是什么形状?(是折线。因速度的实际变化是比较平滑的,故要用平滑的曲线把它们连接起来)5、知识扩展（1）用频闪照摄影没速度【例1】用同一底片对着小球运动的路径每隔0.1s拍一次照，得到的照片如图1－4－4所示．求小球的平均速度．图1－4－4解析：根据题意，小球从1cm到6cm位置，位移s＝5cm，所用时间t＝0.3s，平均速度v＝s／t＝0.17m／s．点评：本题初看是一新情景的题，经分析可看出本题的做法与利用打点计时器打出的纸带进行数据处理的方法一致．题目不难，学生能很快求出平均速度．所以培养学生的迁移能力是非常重要的．（2）借助传感器用计算机测速度P22做一做【例2】（3）气垫导轨和数字计时器P23科学漫步。【例3】？【例4】如图1－4－5所示，是一条利用打点计时器打出的纸带，0、1、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0的距离如图所示．求出各计数点的瞬时速度并画出速度一时间图线．解析:(1)1点是0、2间的中间时刻，求出0、2间的平均速度即可认为是1点的瞬时速度，同理2、3、4、5点的瞬时速度也可求出．0和6两个点的瞬时速度不便求出．然后画出速度一时间图线．注意相邻计数点间的时间间隔T=0。1S即:v1=0.195m/s,v2=0.40m/s,v3=0.51m/s,v4=0.69m/s,v5=0.70m/s。(2)以O点为坐标原点建立直角坐标系．横坐标：表示时间纵坐标：表示速度根据第一问计算出的结果在直角坐标系中描点，然后连线得到图象如图1－4－6所示．图1－4－55图1－4－6课堂小结：课后作业：1、思考P24“说一说”栏目中提出的问题，2、完成P26“问题与练习”中的问题。“问题与练习”（P26）参考答案1、电磁打点计时器误差较大。因为电磁打点时振针与复写纸对纸带的摩擦力较大，而电火花相对阻力较小，另外，电磁打点时容易出现振针压的过紧、过松、复写纸不好用都不易把点打清晰，所以电火花计时器误差较小。2、解：（1）纸带左端与重物相连。（2）取离A点最近的两个点，求其两点间的平均速度就可代替A点的瞬时速度。因为在A的附近取的点越近，用平均速度代替A点的速度就越精确，而离A最近的只能是BC两点，所以如此。3、对甲：物体开始有初速度，方向为正，在运动过程中是大小不变，方向也不变化的，所以甲是匀速直线运动，速度的大小方向都不变，运动方向也不变。对乙：物体开始初速度为0，向正向运动，到达一定值后大小方向不变，一段时间后速度开始变小，方向不变，直到减为零，而运动方向不变。速度大小变化，方向没变。4、两相邻点距离与纸带速度有关，速度越大距离越大。两相邻点的时间都是1s，纸带快慢不影响。课后反思：阅读材料：打点计时器原理及使用教材上用的是J0203型打点计时器，其工作原理可用右图说明．当线圈中通入的交流电为正半周时，设电流方向如图甲，则线圈中被磁化的钢制簧片左端为N极，永磁体的磁场就使簧片向下运动，振针就在纸带上打出一个点；当交流电为负半周时，电流方向如图乙，簧片左端变为s极，永磁体的磁场就使簧片向上运动．如此反复作用，簧片就振动起来．制造时使簧片的固有频率为50赫，等于交流电的频率，这样簧片就发生共振，振动频率也是50赫，即周期为O．02秒，并且有较大的振幅。于是振针就每隔O．02秒向纸带上打出一个清晰的点。打点计时器在使用前应进行检验，打点周期的等时性不好的要进行调整，具体方法请参阅后面的参考资料。振针的高度应适当，并且不要松动，否则会出现漏点、双点、等时性不良等缺点，并对纸带产生过大的摩擦阻力。纸带在使用前要整平(可用熨斗熨)，以免造成打点间隔变化或点子不6清晰．每打完一条纸带，要将圆形复写纸片的位置调整一下，以充分利用它的不同部位，保证打点清晰。打点器是按间歇工作设计的，每打完一条纸带要及时切断电源，防止线圈过热而损坏．在纸带上测量长度时：不要用短尺一段一段她测量后相加．以免误差积累。打出的纸带要贴在实验报告中，作为原始记录。资料袋：高速摄影与频闪摄影人们称摄影为瞬间艺术，但只有当高速摄影出现后，才有了真正意义上的瞬间摄影。普通闪光灯持续发光时间可达到1／20000s，这对于拍摄体育运动等素材是够用了。然而子弹飞行时的速度少说也有数百米每秒，要想抓拍子弹运动的瞬间，曝光时间要用百万分之一秒的数量级。后来人们开始使用激光光源以达到在更短时间中发出更强烈的照明，才能清楚地将它的影像凝固在底片上。高速摄影有广泛的用途。例如，在汽车的快速碰撞试验的研究中，人们先把碰撞的过程拍摄成电影，然后以很慢的速度放映，以便观察在碰撞期间车身如何变形，从而发现薄弱的那位。又如，某些昆虫具有令人惊叹的飞行技巧，如在急速飞行过程中急剧减速、悬空停住、以不超过其身长的半径转弯等。借助高速摄影技术，可以对它们运动过程中的振翅情况进行研究。高速摄影甚至在绘画艺术中也发挥了作用。以前谁也没有清楚地见过奔马的四只蹄子到底是如何摆动的，以至于画家们一直凭借主观感觉去画奔马。借助高速摄影技术，人们对此才有了正确的认识。闪光频闪摄影是借助于电子闪光灯的连续闪光，在一张底片上记录运动物体的连续运动过程的摄影技术。频闪摄影的关键器材是电子频闪灯。当电子频闪灯充足