（教案）实验：用打点计时器测速度(一).doc

1.4实验：用打点计时器测速度（一）
【教学目标】
1．了解电磁打点计时器和电火花打点计时器的基本构成，知道打点计时器的计时原理，并学会安装并使用打点计时器。
2．学会根据纸带上的点分析速度的变化情况，并学会测定平均速度和测量瞬时速度。
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．通过对纸带的处理过程培养学生获取信息、处理信息的能力，体会处理问题的方法，领悟如何间接测一些不能直接测量的物理量的方法。
5．通过画速度—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。
【教学重难点】
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。
【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】2课时：
第1课时：设计实验方案
第2课时：学生分组实验
【教学设计】
课前预学
第1课时 设计实验方案
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。如果每打5个取一个计数点，即相邻两个计数点间的时间间隔为________秒。
2．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。
3.使用打点计时器时应注意　 （　　）
　　　A．无论使用电磁打点计时器还是电火花计时器，都应该把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面
　　　B．使用打点计时器时应先接通电源，再拉动纸带
　　　C．使用打点计时器在拉动纸带时，拉动的方向应与限位孔平行
　　　D．使用打点计时器时应将打点计时器先固定在桌子上
4.如图所示，根据打点计时器打出的纸带判断哪条纸带表示物体做匀速运动　 （ 　　）

　　　　　　　　　　　A　　　　　　　　　　　　　　　　B

　　　　　　　　　　　C　　　　　　　　　　　　　　　　D
5.如图1－4－13所示是一条利用打点计时器打出的纸带，求A点的瞬时速度．

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【预学疑难】

课内互动
（一）导入新课
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，如上下飞舞的蝴蝶，要确定它某一时刻的速度是很困难的.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.
［合作探究］
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1 cm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?
2.两位同学竞走比赛，为了比较他们的运动情况，现在让每位同学都提着底部穿孔、漏沙比较均匀的两个沙袋一起竞走，然后通过他们的漏沙情况来判断他们的匀速运动情况和加速情况.
以上两个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.
学生做完后讨论.
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.
生：参加竞走的两人若运动快慢比较稳定，则漏沙比较均匀，若加速运动，会发现快的时候漏沙少，慢的时候漏沙多.
（二）进行新课
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而不断变化，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的电流变化周期一致，即为0.02 s.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.

图1－4－1 电磁打点计时器
【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0.02 s.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.
电火花计时器电火花计时器的外形如图1－4－2所示，它可以代替电磁打点计时器使用，也可以与简易电火花描迹仪配套使用.

图1－4－2
使用时电源插头直接插在交流220 V插座内，将裁成圆片（直径约38 mm）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（20 mm×700 mm）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.
教师评论并系统总结.
师：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50 μs，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）.
师：打点计时器能记录哪些信息？
生：时间和位移.
下面的时间交给学生自主探究.
三、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。
（三）典型例题
例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50 Hz，则交流电的周期为 s=0.02 s.我国使用的交流电的频率统一为50 Hz.
例2．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：AB
（四）课堂小结

（五）板书设计
§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
（六）随堂检测
1.图1—4—4为打点计时器打出的一条纸带，从纸带上看，打点计时器出的毛病是…………( )
A.打点计时器接在直流电源上 B.电源电压不够大
C.电源频率不够大 D.振针压得过紧
图1—4—4

2.在“用打点计时器测速度”的实验中，某次实验中的纸带如图1－4－5所示，取O为起点位置，每隔5个间隔为一个计数点，实验使用的电源是50 Hz的低压交流电源，其中OA＝0.60 cm，OB＝2.40 cm，OD＝9.60 cm．则BC距离是________cm，在BC段的平均速度v＝________m／s．
图1—4—5

参考答案:
课前预学
1. 交流 计时 6V以下 0.02 0.1
2. AB
3.BCD; 4.B; 5. 4m/s;

课内互动
第1课时 设计实验方案
随堂检测
1． D 2．7．2　、0．36
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