2020高中物理 第一章 运动的描述 1 5页

1 1.4 实验：用打点计时器测速度（1） 教学 目标 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、位移)． 2．会安装并使用打点计时器. 过程与方法 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． 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． 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生活实际的意识． 2．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． 3．培养学生合作与交流的精神，有将自己的见解与他人交流的愿望，养成在合作 中既坚持原则又尊重他人的习惯． 重点 难点 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 教学难点：处理纸带的方法． 教具 准备 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． 课时 安排 一课时 教学过程与教学内容 教学方法、教学手段 与学法、学情 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． 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，我们在 测量时可以尝试通过测量物体运动的时间和位移，再经过计算或作图来判断 2 物体的运动情况．在实验中，我们可以使用秒表和尺子，直接测量物体运动 的时间和位移，但当物体运动速度太快时，采用这种方法的测量误差较大．打 点计时器就是一种记录物体运动位移和时间信息的仪器，我们可以通过测量 位移和时间来计算物体运动的速度以及速度的变化快慢． 【课堂活动一】 作为同桌的两位同学合作，简易模拟打点计时器． 1．同桌两位同学之间，一位同学手拿一枝彩色画笔，另一位同学牵动一条 宽约 1cm 的长纸带，使纸带在你的笔下沿着直线缓慢向前移动．你按照一定 的时间间隔点击纸带(比如每秒 1 次，或每秒 2次)，比比看，看谁牵动纸带 的速度变化最小．想一想，相邻两点的距离跟牵动纸带的速度有什么关系? 牵动纸带的快慢不均匀，对相邻两点所表示的时间有没有影响? 【说明】以上探究活动目的是让学生体验打点计时器通过打点达到计时目的 的原理． 生：相邻两点间的距离随着牵动纸带的速度的增大而加大．纸带运动的快慢 不均匀，点子的间隔也不均匀，但对相邻两点间的时间间隔没有影响． 【课堂活动二】 师：在以上的活动中，同学们认识到了打点和漏沙可以体现物体运动的快 慢．今天我们就来学习用打点计时器测定物体运动速度的方法，并用图象把 这些速度形象地表示出来． 一、电磁打点计时器 教师布置学生对照仪器看说明书，引导学生注意其重点：观察打点计时 器并阅读其使用说明书，明确电磁打点计时器的结构、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源的计时仪器，如图 1—4—1 所示．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．通 电以前，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．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 情景模拟 体会总结 总结说明 3 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。 【交流与讨论】 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? 生：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。 二、电火花计时器 教师布置学生对照仪器看说明书，引导学生注意其重点：观察打点计时 器并阅读说明书，明确两种打点计时器的结构、各部分的名称、工作原理及 使用方法．使用时电源插头直接插在交流 220V 插座内，将裁成圆片(直径约 38mm)的墨粉纸盘的中心孔套在纸盘轴上，将剪切整齐的两条普通有光白纸 带(20mmX700mm)从弹性卡和纸盘轴之间的限位槽中穿过，并且要让墨粉纸盘 夹在两条纸带之间．这样当两条纸带运动时，也能带动墨粉纸盘运动，当按 下脉冲输出开关时，放电火花不至于始终在墨粉纸盘的同一位置而影响到点 迹的清晰度．也可以用上述尺寸的白纸带和墨粉纸带(位于下面)做实验，还 可以用两条白纸带夹着一条墨粉纸带做实验；墨粉纸可以使用比较长的时 间，一条白纸带也可以重复使用，应注意降低实验成本。 【交流与讨论】 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? 生：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． 【总结】：电火花计时器使用中运动阻力极小，这种极小阻力来自于纸带运 动的本身，而不是打点产生的，因而系统误差小，计时精度与交流电源频率 的稳定程度一致(脉冲周期不大于 50µs，这一方面也远优于电磁打点计时 器)，同时它的操作简易，使用安全可靠(脉冲放电电流平均值不大于 5 µA)． 打点计时器能记录时间和位移的信息。 说明情况 具体介绍 讨论交流 调动学生积极性 4 【课堂训练】 1、电磁打点计时器的打点周期取决于…………………………………( ) A．交流电压的高低 B．交流电的频率 C．永久磁铁的磁性强弱 D．振针与复写纸间的距离 答案：B 解析：电磁打点计时器的打点周期，即振针击打复写纸和纸带的周期，从它 利用电磁感应打点的原理可知，振针是由振片带动振动的，而振片上下振动 的周期就是线圈中磁场变化的周期，与所用交流电源的电流方向变化周期相 对应．也就是交流电的周期，等于交流电的频率的倒数，即若使用电源的频 率为 50Hz，则交流电的周期为 1/50s＝0．02s．我国使用的交流电的频倒数， 即若使用电源的频率为 50Hz，则交流电的周期为频率统一为 50 Hz。 三．练习使用打点计时器 学生自主阅读教材中的实验步骤提示．指导学生动手练习使用打点计时 器，并引导学生思考：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? 【交流与讨论】 针对问题，学生讨论实践后回答． 问题 1．电磁打点计时器中怎样安放复写纸和纸带的位置? 生：将复写纸套在复写纸定位销上，推动调节片，可调节复写纸位置．将纸 带从复写纸圆片下穿过。 问题 2．振针打的点不清晰或打不出点可能是哪些原因?怎样调整? 生 1：可检查压纸框的位置是否升高，而阻碍了振动片，振针打不到纸带上， 可将压纸框向下压恢复其原来位置． 生 2：可能是复写纸该换新的了． 生 3：可能是振动片的振幅太小，可调整振动片的位置． 生 4：可能是振针的位置太高，调整振针的位置，直到打出点为止． 生 5：我选的电压在 4 V 和 6 V 的情况下，打点的清晰度有点差别，电压高 的时候稍清晰，所以可调高一点电压． 问题 3．开启电源打点完毕后要及时关闭电源，这样做有什么好处? 练习巩固 合作交流 5 生：因打点计时器是按间歇工作设计的，故长期工作可能会因线圈发热而损 坏． 投影展示：电火花计时器的纸带安装方法(让学生阅读)： 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． 师：处理纸带时，从能够看清的某个点开始，往后数出若干个点。如果数出 n个点，这些点划分出来的时间间隔数是多少? 生：共(n 一 1)个． 学生亲自手拉纸带练习使用打点计时器，自己设计表格，记录测量数据． 过程讨论 板书 §1.4 实验：用打点计时器测速度 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 教学 反思