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(cè)速度2

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111 1.4 實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度 一、教學(xué)目標(biāo) 1.了解電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的基本構(gòu)成，知道打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)原理，并學(xué)會(huì)安裝并使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。 2.學(xué)會(huì)根據(jù)紙帶上的點(diǎn)分析速度的變化情況，并學(xué)會(huì)測(cè)定平均速度和測(cè)量瞬時(shí)速度。 3.明確速度—時(shí)間圖象的意義，描點(diǎn)法畫(huà)圖象的方法，并畫(huà)出實(shí)驗(yàn)中的速度—時(shí)間圖象。 4.通過(guò)對(duì)紙帶的處理過(guò)程培養(yǎng)學(xué)生獲取信息、處理信息的能力，體會(huì)處理問(wèn)題的方法，領(lǐng)悟如何間接測(cè)一些不能直接測(cè)量的物理量的方法。 5.通過(guò)畫(huà)速度—時(shí)間圖象培養(yǎng)學(xué)生用圖象法處理數(shù)據(jù)的能力，體驗(yàn)數(shù)學(xué)工具在物理發(fā)展中的作用。 二、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 重點(diǎn):1.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用。 2.由紙帶計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。 3.畫(huà)物體的速度—時(shí)間圖象。 難點(diǎn):1.對(duì)紙帶數(shù)據(jù)的處理。 2.畫(huà)圖象的方法。 三、教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)探究式教學(xué)方法 四、教學(xué)設(shè)計(jì) （一）新課內(nèi)容 1.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的認(rèn)識(shí) 先讓學(xué)生閱讀教材,然后老師提出問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生回答: (1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是直流電還是交流電?其工作電壓為多少? (2)我國(guó)交流電的頻率為50Hz,使用這種電源時(shí),每隔多長(zhǎng)時(shí)間打一個(gè)點(diǎn),即相鄰兩個(gè)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔是多少? (3)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶可以記錄某段時(shí)間內(nèi)的位移,能不能記錄時(shí)間? (4)說(shuō)出電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的構(gòu)造?工作原理?如圖1—4—1所示。 (5)復(fù)寫(xiě)紙放在紙帶上邊還是下邊? (6)解釋電火花計(jì)時(shí)器的工作原理?如圖1—4—2所示,它與電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器相比,哪一種誤差小?原因是什么? 2.練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 指導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，要讓學(xué)生按步驟有序操作,并打出幾根紙帶。 圖1—4—3 選擇一條點(diǎn)跡清晰的紙帶,如圖1—4—3所示,引導(dǎo)學(xué)生回答下列問(wèn)題: (1)怎樣從打出的紙帶中獲取數(shù)據(jù)?指導(dǎo)學(xué)生用列表格的形式把數(shù)據(jù)列出。 (2)怎樣根據(jù)紙帶上的點(diǎn)跡計(jì)算紙帶的平均速度？ (用紙帶上兩個(gè)點(diǎn)之間的距離除以兩個(gè)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔,即根據(jù)v=△x/△t，求出在任意兩點(diǎn)間的平均速度，這里△x可以用直尺測(cè)量出兩點(diǎn)間的距離，△t為兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔數(shù)與0.02s的乘積。) (3)在打出的B、C兩個(gè)點(diǎn)的時(shí)間間隔中,紙帶運(yùn)動(dòng)的平均速度是多少? (4)如果紙帶上的點(diǎn)跡分布不均，那么，點(diǎn)跡密集的地方表示運(yùn)動(dòng)的速度較大還是較?。? (在紙帶上相鄰兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔均為0.02s，所以點(diǎn)跡密集的地方表示紙帶運(yùn)動(dòng)的速度很小) 3.用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量瞬時(shí)速度 (1)在圖1—4—3中求出B、C之間的平均速度,如果要求不很精確,能否用該平均速度表示B點(diǎn)右邊一點(diǎn)的瞬時(shí)速度? (2)能否把該點(diǎn)的速度表示的更準(zhǔn)確一點(diǎn)? (3)如果想每隔0.1s測(cè)一次速度,應(yīng)怎么辦? (4)把測(cè)量所選“測(cè)量點(diǎn)”在內(nèi)的一段位移填入表格。 (5)引導(dǎo)學(xué)生求出上述“測(cè)量點(diǎn)”附近的平均速度。 (6)引導(dǎo)學(xué)生把上述的平均速度作為對(duì)應(yīng)點(diǎn)的瞬時(shí)速度填入表格。 (7)引導(dǎo)學(xué)生分析表格中速度的變化情況。 4.用圖象表示速度 為了更直觀地反映物體的運(yùn)動(dòng)情況，我們可以用v-t圖象來(lái)表示速度隨時(shí)間的變化規(guī)律。 以速度v為縱軸，時(shí)間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系，根據(jù)計(jì)算出的不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度值，在坐標(biāo)系中描點(diǎn)，最后用平滑曲線把這些點(diǎn)連接起來(lái)就得到了一條能夠描述速度v與時(shí)間t關(guān)系的圖象。 教師提出下列問(wèn)題: (1)圖象上每一點(diǎn)的意義是什么? (表示該時(shí)刻物體的瞬時(shí)速度) (2)如要求這些點(diǎn)中間一個(gè)時(shí)刻的速度是多少,應(yīng)怎么辦? (把這些點(diǎn)連接起來(lái),在連線上與該時(shí)刻對(duì)應(yīng)的點(diǎn)的速度就是該時(shí)刻的瞬時(shí)速度) (3)把這些點(diǎn)連接起來(lái),是什么形狀? (是折線。因速度的實(shí)際變化是比較平滑的,故要用平滑的曲線把它們連接起來(lái)) （三）典型例題 【例1】電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種使用交流電源的計(jì)時(shí)儀器，根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙 帶，我們可以從紙帶上直接得到的物理量是（ ） A．時(shí)間間隔 B．位移 C．加速度 D．平均速度 解析：從打下的紙帶上數(shù)一下點(diǎn)的個(gè)數(shù)就知道時(shí)間，因?yàn)閮蓚€(gè)點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02s.故A選項(xiàng)正確。 用刻度尺量一下任意兩個(gè)點(diǎn)間的距離，就知道了物體的位移。故B選項(xiàng)正確。 從紙帶上不能直接得到加速度、平均速度，只可以間接計(jì)算。故C、D選項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案：AB 【例2】電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種使用交流電源的計(jì)時(shí)儀器，當(dāng)電源頻率為50 Hz時(shí)，振針每隔0.02 s在紙帶上打一個(gè)點(diǎn)，現(xiàn)在用此打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)定物體的速度，當(dāng)電源的頻率低于50 Hz時(shí)，數(shù)據(jù)計(jì)算仍然是按照每隔0.02 s打一個(gè)點(diǎn)來(lái)處理的．則測(cè)出的速度數(shù)值與物體的實(shí)際速度相比，是偏大還是偏小?為什么? 　　解析：當(dāng)電源頻率低于50 Hz時(shí)，實(shí)驗(yàn)中實(shí)際時(shí)間間隔大于0.02 s，數(shù)值計(jì)算時(shí)如按照實(shí)際時(shí)間間隔，得到實(shí)際速度，若實(shí)驗(yàn)時(shí)仍用0.02 s作為時(shí)間間隔來(lái)計(jì)算，實(shí)驗(yàn)數(shù)值比物體的實(shí)際速度偏大． 　　點(diǎn)評(píng)：有關(guān)實(shí)驗(yàn)誤差的分析對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是一個(gè)難點(diǎn)，突破方法是根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理分析，同學(xué)們應(yīng)該仔細(xì)體會(huì)，理解． 【例3】用同一底片對(duì)著小球運(yùn)動(dòng)的路徑每隔0.1 s拍一次照，得到的照片如圖1－4－4所示．求小球的平均速度． 圖1－4－4 　　解析：根據(jù)題意，小球從1 cm到6 cm位置，位移s＝5 cm，所用時(shí)間t＝0.3 s，平均速度v＝s／t＝0.17 m／s． 　　點(diǎn)評(píng)：本題初看是一新情景的題，經(jīng)分析可看出本題的做法與利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法一致．題目不難，學(xué)生能很快求出平均速度．所以培養(yǎng)學(xué)生的遷移能力是非常重要的． 　　【例4】如圖1－4－5所示，是一條利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，0、1、2、3、4、5、 6是七個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0的距離如圖所示．求出各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度并畫(huà)出速度一時(shí)間圖線． 　　解析:(1)1點(diǎn)是0、2間的中間時(shí)刻，求出0、2間的平均速度即可認(rèn)為是1點(diǎn)的瞬時(shí)速度，同理2、3、4、5點(diǎn)的瞬時(shí)速度也可求出．0和6兩個(gè)點(diǎn)的瞬時(shí)速度不便求出．然后畫(huà)出速度一時(shí)間圖線．注意相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔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(shè)點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系． 　　橫坐標(biāo)：表示時(shí)間　縱坐標(biāo)：表示速度 　　根據(jù)第一問(wèn)計(jì)算出的結(jié)果在直角坐標(biāo)系中描點(diǎn)，然后連線得到圖象如圖1－4－6所示． 圖1－4－5 圖1－4－6 （四）課堂訓(xùn)練 1.圖1—4—7為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條紙帶，從紙帶上看，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器出的毛病是…………( ) 圖1—4—7 A.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在直流電源上 B.電源電壓不夠大 C.電源頻率不夠大 D.振針壓得過(guò)緊 2.甲、乙兩物體的v－t圖象如圖l－4－8所示，則　………（　　） 圖1—4—8 A．甲、乙兩物體都做勻速直線運(yùn)動(dòng) 　　　B．甲、乙兩物體若在同一直線上，就一定會(huì)相遇 　　　C．甲的速率大于乙的速率 　　　D．甲、乙兩物體即使在同一直線上，也不一定會(huì)相遇 　 3.某興趣小組的同學(xué)們?cè)谧觥坝么螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度”的實(shí)驗(yàn)中， 讓重錘自由下落，打出的一條紙帶如圖1—4—9所示，圖中直尺的 單位為cm，點(diǎn)O為紙帶上記錄到的第一點(diǎn)，點(diǎn)A、B、C、D……依 次表示點(diǎn)O以后連續(xù)的各點(diǎn)。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔T=0.02 s打一個(gè)點(diǎn)。 圖1—4—9 （1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下點(diǎn)G時(shí)重錘的速度可用表達(dá)式vG=____________進(jìn)行計(jì)算，式中各量的意義是________________________________________________ （2）用上式計(jì)算出打下點(diǎn)G時(shí)重錘的速度為vG=____________m/s 5　在“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度”的實(shí)驗(yàn)中，某次實(shí)驗(yàn)中的紙帶如圖1－4－10所示，取O為起點(diǎn)位置，每隔5個(gè)間隔為一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)使用的電源是50 Hz的低壓交流電源，其中OA＝0.60 cm，OB＝2.40 cm，OD＝9.60 cm．則OC距離是________cm，在B計(jì)數(shù)點(diǎn)處的瞬時(shí)速度v8＝________m／s．（圖中單位為cm） 圖1—4—10 　 五、跟蹤練習(xí) 1.下列關(guān)于使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的說(shuō)法，其中正確的是………………（ ） A.不要在未放紙帶時(shí)通電打點(diǎn)，每次打點(diǎn)完畢，應(yīng)及時(shí)切斷電源，切忌長(zhǎng)時(shí)間通電使用 B.每打完一條紙帶，要將復(fù)寫(xiě)紙調(diào)整一下，確保下一次打點(diǎn)清晰 C.若發(fā)現(xiàn)振片振幅不穩(wěn)定，應(yīng)調(diào)節(jié)振片螺母，以使振動(dòng)穩(wěn)定 D.若打出的點(diǎn)帶尾巴或雙點(diǎn)，則是由于打點(diǎn)針太長(zhǎng)所造成的，應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)打點(diǎn)針的長(zhǎng)度 2.利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶可求出……………………（　 ?。? A.能準(zhǔn)確求出某點(diǎn)的瞬時(shí)速度 B.能粗略地求出某點(diǎn)的瞬時(shí)速度 C.能準(zhǔn)確求出某位移內(nèi)的平均速度 D.可利用某時(shí)段的平均速度代表某點(diǎn)的瞬時(shí)速度 　 3.下列關(guān)于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的說(shuō)法中正確的是　…………………………（　?。? 　　　A．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用低壓直流電源 　　　B．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用低壓交流電源 　　　C．使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶相鄰兩個(gè)點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02 s 　　　D．使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶相鄰兩個(gè)點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.1 s 　　4.使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)應(yīng)注意　………………………………………（　　） 　　　A．無(wú)論使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器還是電火花計(jì)時(shí)器，都應(yīng)該把紙帶穿過(guò)限位孔，再把套在軸上的復(fù)寫(xiě)紙片壓在紙帶的上面 　　　B．使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)應(yīng)先接通電源，再拉動(dòng)紙帶 　　　C．使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在拉動(dòng)紙帶時(shí)，拉動(dòng)的方向應(yīng)與限位孔平行 　　　D．使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)應(yīng)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器先固定在桌子上 5.甲和乙兩個(gè)物體在同一直線上運(yùn)動(dòng), 它們的v－t圖像分別如圖1—4—11中的a和b所示. 在t1時(shí)刻…………………………………………( ) A.它們的運(yùn)動(dòng)方向相同 B.它們的運(yùn)動(dòng)方向相反 C. 甲的速度比乙的速度大 D. 乙的速度比甲的速度大 圖1—4—11 　 6.如圖1－4－12所示，根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶判斷哪條紙帶表示物體做勻速運(yùn)動(dòng)　……………………………………………………………………（ 　　） 　　 　　　　　　　　　　　A　　　　　　　　　　　　　　　　B 　　 　　　　　　　　　　　C　　　　　　　　　　　　　　　　D 圖1－4－12 7.電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源應(yīng)是________電源，通常的工作電壓為_(kāi)_______伏，實(shí)驗(yàn)室使用我國(guó)民用電時(shí)，每隔________秒打一次點(diǎn)，如果每打5個(gè)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，即相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為_(kāi)_______秒。 8.如圖1－4－13所示是一條利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，求A點(diǎn)的瞬時(shí)速度． 圖1－4－13 　 　9.如圖1－4－14所示是用紙帶拖動(dòng)小車用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)定速度打出的一條紙帶．A、B、C、D、E為我們?cè)诩垘纤x的記數(shù)點(diǎn)．相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.1 s．試求：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下B、C、D各點(diǎn)時(shí)小車的即時(shí)速度． 圖1－4－14 10.（2001上海）利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究一個(gè)約1. 4高的商店卷簾窗的運(yùn)動(dòng)。將紙帶粘 圖1—4—15 在卷簾底部，紙帶通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器隨簾在豎直面內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)。打印后的紙帶如圖1—4—15所示，數(shù)據(jù)如表格所示。紙帶中AB、BC、CD……每?jī)牲c(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.10s，根據(jù)各間距的長(zhǎng)度，可計(jì)算出卷簾窗在各間距內(nèi)的平均速度V平均?？梢詫平均近似地作為該間距中間時(shí)刻的即時(shí)速度V。 （1）請(qǐng)根據(jù)所提供的紙帶和數(shù)據(jù)，繪出卷簾窗運(yùn)動(dòng)的V-t圖線。 （2）AK段的平均速度為 m/s。 六、課堂訓(xùn)練及跟蹤練習(xí)答案 課堂訓(xùn)練參考答案: 1.CD;2.ACD;3.(1)，F(xiàn)H表示F、H兩點(diǎn)間的距離,vG= 1.30 m/s;4. 6.00,0.54。 跟蹤練習(xí)參考答案: 1.ABCD;2.BCD;3.BC;4.BCD;5.AD;6.B;7.低壓交流，4～6,0.02秒，0.1;8.4m/s; 9.vB=0.26m/s,vC=0.30m/s,vD=0.34m/s;10.（1）如圖1—4—16所示,(2)VAK=1.39m/s。 圖1—4—15 111