（高一物理）第一章 實(shí)驗(yàn) 用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度四 新課標(biāo) 人教版

第一章 實(shí)驗(yàn) 用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度四 新課標(biāo)要求（一）知識(shí)與技能1、了解兩種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)和工作原理。2、會(huì)安裝并使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。3、理解根據(jù)紙帶測(cè)量速度的原理并測(cè)量瞬時(shí)速度。4、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)出該實(shí)驗(yàn)中的速度時(shí)間圖象。（二）過(guò)程與方法1、通過(guò)學(xué)生自己看打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的說(shuō)明書(shū)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力。2、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。3、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。4、體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中理性思維的重要，既要?jiǎng)邮郑獎(jiǎng)幽X。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀1、感覺(jué)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的巧妙設(shè)計(jì)思路，體會(huì)物理原理在解決實(shí)際問(wèn)題中的指導(dǎo)作用，增強(qiáng)將物理知識(shí)應(yīng)用于生活實(shí)際的意識(shí)。2、經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)過(guò)程，體驗(yàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的艱辛與喜悅，并樂(lè)于探索自然界的奧妙。3、培養(yǎng)學(xué)生敢于創(chuàng)新和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。教學(xué)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。教學(xué)難點(diǎn)1、 對(duì)紙帶數(shù)據(jù)的處理。2、 畫(huà)圖象的方法。教學(xué)方法教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生自主閱讀、思考，親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，并討論、交流學(xué)習(xí)成果。教學(xué)過(guò)程（一）課前活動(dòng)教師活動(dòng)：課前布置學(xué)生預(yù)習(xí)本節(jié)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生看書(shū)明確實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)任務(wù)及實(shí)驗(yàn)儀器。（二）進(jìn)行新課1、對(duì)“打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的認(rèn)識(shí)”的學(xué)習(xí)教師活動(dòng)：教師布置學(xué)生對(duì)照儀器看說(shuō)明書(shū)，引導(dǎo)學(xué)生注意其重點(diǎn)部分學(xué)生活動(dòng)：觀察打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并閱讀其使用說(shuō)明書(shū)，明確兩種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)、各部分的名稱(chēng)、工作原理及使用方法。教師活動(dòng)：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(chē)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)。學(xué)生活動(dòng)：動(dòng)手練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，打出幾條紙帶，討論怎樣獲取數(shù)據(jù)，并用列表格的形式把數(shù)據(jù)列出。教師活動(dòng)：聆聽(tīng)學(xué)生回答，進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和指導(dǎo)。學(xué)生活動(dòng)：思考23頁(yè)的思考與談?wù)摚涸鯓痈鶕?jù)紙帶上的點(diǎn)跡計(jì)算紙帶的平均速度？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??？教師活動(dòng)：聆聽(tīng)學(xué)生回答，進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。2、用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量瞬時(shí)速度教師活動(dòng)：根據(jù)前面所學(xué)的瞬時(shí)速度的理論，引導(dǎo)學(xué)生怎樣計(jì)算實(shí)際運(yùn)動(dòng)中物體的瞬時(shí)速度。教師巡回指導(dǎo)。學(xué)生活動(dòng)：討論怎樣獲取數(shù)據(jù)，怎樣根據(jù)自己的紙帶計(jì)算不同時(shí)刻的瞬時(shí)速度并采用列表法有條理的列出。3、用圖象表示速度教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生思考怎樣畫(huà)出速度時(shí)間圖象，為什么要用平滑的曲線“擬合”。學(xué)生活動(dòng)：根據(jù)前面計(jì)算的瞬時(shí)速度，畫(huà)出速度時(shí)間圖象，同組各成員之間再次比較運(yùn)動(dòng)的區(qū)別，感受不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。體會(huì)交流“擬合”的意義。教師活動(dòng)：聆聽(tīng)學(xué)生回答，點(diǎn)評(píng)。（三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng)1、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的原理構(gòu)造（如圖） 實(shí)驗(yàn)原理：（1）電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器：它是利用電磁感應(yīng)原理打點(diǎn)計(jì)時(shí)的一種儀器，當(dāng)通過(guò)46V低壓交流電時(shí)，在線圈和永久磁鐵的作用下，振片便上下振動(dòng)起來(lái)，位于振片一端的振針就跟著上下振動(dòng)而打點(diǎn)，這時(shí)，如果紙帶運(yùn)動(dòng) ，振針就在紙帶上打出一系列點(diǎn)，當(dāng)交流電源頻率為50Hz時(shí)，它每隔0.02s打一點(diǎn)，即打出的紙帶上每相鄰兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.02s。（2）電火花計(jì)時(shí)器：它是利用火花放電在紙帶上打出小孔而顯示點(diǎn)跡的計(jì)時(shí)儀器。當(dāng)接通220V交流電源，按下脈沖輸出開(kāi)關(guān)時(shí)，計(jì)時(shí)器發(fā)出的脈沖電流經(jīng)接正極的放電針、墨粉紙盤(pán)到接負(fù)極的紙盤(pán)軸，產(chǎn)生火花放電，于是在運(yùn)動(dòng)紙帶上就打出一系列點(diǎn)跡。當(dāng)電源頻率為50Hz時(shí)，它也是每隔0.02s打一次點(diǎn)，即打出的紙帶上每相鄰兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔也是0.02s。電火花計(jì)時(shí)器工作時(shí)，紙帶運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力小，比電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器實(shí)驗(yàn)誤差小。打在紙帶上的點(diǎn)，記錄了紙帶運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，如果把紙帶跟物體連在一起，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。2、帶分析物體的運(yùn)動(dòng)情況并能計(jì)算平均速度。（1）在紙帶上相鄰兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔均為0.02s（電源頻率為50Hz），所以點(diǎn)跡密集的地方表示紙帶運(yùn)動(dòng)的速度很小。（2）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。這里必須明確所求的是哪兩點(diǎn)之間的平均速度。3、粗略計(jì)算瞬時(shí)速度。某點(diǎn)E的瞬時(shí)速度可以粗略地由包含E點(diǎn)在內(nèi)的兩點(diǎn)間的平均速度來(lái)表示。如圖1.4-1，vEvDG，或vE=vDF。說(shuō)明：在粗略計(jì)算E點(diǎn)的瞬時(shí)速度時(shí)，可利用公式v=x/t來(lái)求解，但須注意的是，如果取離E點(diǎn)越接近的兩點(diǎn)來(lái)求平均速度，這個(gè)平均速度越接近E點(diǎn)的瞬時(shí)速度，但是距離太小會(huì)使測(cè)量誤差增大，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況選取這兩個(gè)點(diǎn)。4、v-t圖象與其畫(huà)法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。5、實(shí)驗(yàn)器材電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（或電火花計(jì)時(shí)器）及紙帶、刻度尺、電源、導(dǎo)線等。6、注意事項(xiàng)（1）電源電壓要符合要求，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)使用10V以下的交流電源；電火花計(jì)時(shí)器要使用220V交流電源。（2）實(shí)驗(yàn)前要檢查打點(diǎn)的穩(wěn)定性和清晰程度，必要時(shí)要進(jìn)行調(diào)節(jié)或更換器材。（3）使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器穩(wěn)定后再用手拉紙帶。（4）手拉紙帶時(shí)，速度應(yīng)快一些，以防點(diǎn)跡太密集。（四）實(shí)例探究打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及應(yīng)用例1一同學(xué)在使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，紙帶上點(diǎn)不是圓點(diǎn)而是一些短線，這可能的原因是（ ）A接在直流電源上 B電源電壓不穩(wěn)C電源頻率不穩(wěn) D打點(diǎn)針壓得過(guò)緊解析：A接在直流電源上不會(huì)打點(diǎn)。A錯(cuò)。B打點(diǎn)與電壓是否穩(wěn)定無(wú)關(guān)，點(diǎn)痕重輕與電壓有關(guān)。B錯(cuò)。C頻率不同打的點(diǎn)仍為圓點(diǎn)。故C錯(cuò)。D打點(diǎn)針壓得過(guò)緊。針和紙接觸時(shí)間長(zhǎng)，打出一些短線。D正確。答案：D打點(diǎn)計(jì)時(shí)器直接測(cè)量的量例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，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3 用接在50 Hz 交流電源上的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，測(cè)定小車(chē)速度，某次實(shí)驗(yàn)中得到一條紙帶，如下圖所示，從比較清晰的點(diǎn)起，每五個(gè)打印點(diǎn)取一個(gè)記數(shù)點(diǎn)，分別標(biāo)明0、l、2、3、4，量得0與 1兩點(diǎn)間距離x1=30mm，3與4兩點(diǎn)間的距離x2=48mm，則小車(chē)在0與1兩點(diǎn)間平均速度為 ms。解析：01兩點(diǎn)間的平均速度m/s課余作業(yè)1、思考P24“說(shuō)一說(shuō)”欄目中提出的問(wèn)題，2、完成P26“問(wèn)題與練習(xí)”中的問(wèn)題。3、閱讀教材P26“科學(xué)漫步”氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計(jì)數(shù)器短文，思考并回答文后提出的問(wèn)題?！皢?wèn)題與練習(xí)”（P26）參考答案1、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器誤差較大。因?yàn)殡姶糯螯c(diǎn)時(shí)振針與復(fù)寫(xiě)紙對(duì)紙帶的摩擦力較大，而電火花相對(duì)阻力較小，另外，電磁打點(diǎn)時(shí)容易出現(xiàn)振針壓的過(guò)緊、過(guò)松、復(fù)寫(xiě)紙不好用都不易把點(diǎn)打清晰，所以電火花計(jì)時(shí)器誤差較小。2、解：（1）紙帶左端與重物相連。（2）取離A點(diǎn)最近的兩個(gè)點(diǎn)，求其兩點(diǎn)間的平均速度就可代替A點(diǎn)的瞬時(shí)速度。因?yàn)樵贏的附近取的點(diǎn)越近，用平均速度代替A點(diǎn)的速度就越精確，而離A最近的只能是BC兩點(diǎn)，所以如此。3、對(duì)甲：物體開(kāi)始有初速度，方向?yàn)檎谶\(yùn)動(dòng)過(guò)程中是大小不變，方向也不變化的，所以甲是勻速直線運(yùn)動(dòng)，速度的大小方向都不變，運(yùn)動(dòng)方向也不變。對(duì)乙：物體開(kāi)始初速度為0，向正向運(yùn)動(dòng)，到達(dá)一定值后大小方向不變，一段時(shí)間后速度開(kāi)始變小，方向不變，直到減為零，而運(yùn)動(dòng)方向不變。速度大小變化，方向沒(méi)變。4、兩相鄰點(diǎn)距離與紙帶速度有關(guān)，速度越大距離越大。兩相鄰點(diǎn)的時(shí)間都是1s，紙帶快慢不影響。教學(xué)體會(huì)思維方法是解決問(wèn)題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；親自實(shí)踐參與知識(shí)的發(fā)現(xiàn)過(guò)程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵，離開(kāi)了思維方法和實(shí)踐活動(dòng)，物理教學(xué)就成了無(wú)源之水、無(wú)本之木。學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。資料袋：人們稱(chēng)攝影為瞬間藝術(shù)，但只有當(dāng)高速攝影出現(xiàn)后，才有了真正意義上的瞬間攝影。普通閃光燈持續(xù)發(fā)光時(shí)間可達(dá)到120000 s，這對(duì)于拍攝體育運(yùn)動(dòng)等素材是夠用了。然而子彈飛行時(shí)的速度少說(shuō)也有數(shù)百米每秒，要想抓拍子彈運(yùn)動(dòng)的瞬間，曝光時(shí)間要用百萬(wàn)分之一秒的數(shù)量級(jí)。后來(lái)人們開(kāi)始使用激光光源以達(dá)到在更短時(shí)間中發(fā)出更強(qiáng)烈的照明，才能清楚地將它的影像凝固在底片上。高速攝影有廣泛的用途。例如，在汽車(chē)的快速碰撞試驗(yàn)的研究中，人們先把碰撞的過(guò)程拍攝成電影，然后以很慢的速度放映，以便觀察在碰撞期間車(chē)身如何變形，從而發(fā)現(xiàn)薄弱的那位。又如，某些昆蟲(chóng)具有令人驚嘆的飛行技巧，如在急速飛行過(guò)程中急劇減速、懸空停住、以不超過(guò)其身長(zhǎng)的半徑轉(zhuǎn)彎等。借助高速攝影技術(shù)，可以對(duì)它們運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的振翅情況進(jìn)行研究。高速攝影甚至在繪畫(huà)藝術(shù)中也發(fā)揮了作用。以前誰(shuí)也沒(méi)有清楚地見(jiàn)過(guò)奔馬的四只蹄子到底是如何擺動(dòng)的，以至于畫(huà)家們一直憑借主觀感覺(jué)去畫(huà)奔馬。借助高速攝影技術(shù)，人們對(duì)此才有了正確的認(rèn)識(shí)。閃光頻閃攝影是借助于電子閃光燈的連續(xù)閃光，在一張底片上記錄運(yùn)動(dòng)物體的連續(xù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的攝影技術(shù)。頻閃攝影的關(guān)鍵器材是電子頻閃燈。當(dāng)電子頻閃燈充足電后，就可以像連發(fā)手槍一樣，一次緊接一次地頻繁閃光。閃光頻率越高，底片曝光次數(shù)越多，在照片上出現(xiàn)的影像也越多。高頻電子頻閃燈的閃光頻率（每秒鐘的閃光次數(shù)）可達(dá)上百次。用電子頻閃燈拍攝頻閃照片應(yīng)選擇一個(gè)黑色的背景，被攝者距離背景盡可能遠(yuǎn)些，以避免頻閃光照亮背景，或在畫(huà)面中出現(xiàn)影子，從而影響主體的效果。如果主體距離背景比較近，最好使閃光燈與被攝物體形成側(cè)光和側(cè)逆光的照射角度，被攝物體也最好有明顯的輪廓線條，從而防止影像與背景的色調(diào)混雜。相機(jī)與被攝者的距離要近一些，這是因?yàn)樵O(shè)定頻閃后，閃光指數(shù)會(huì)下降很多。