高一物理打點(diǎn)計(jì)時(shí)器實(shí)驗(yàn)教案
高一物理打點(diǎn)計(jì)時(shí)器實(shí)驗(yàn)教案
物理實(shí)驗(yàn)是物理考試中比較重要的部分，需要大家掌握好。以下是學(xué)習(xí)啦小編為您整理的關(guān)于的相關(guān)資料，希望對您有所幫助。
高一物理必修一打點(diǎn)計(jì)時(shí)器實(shí)驗(yàn)教案
一、知識與技能
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)會使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。
2. 通過實(shí)例學(xué)會根據(jù)紙帶上的點(diǎn)分析速度的變化情況，并學(xué)會測定平均速度。
3. 通過實(shí)例學(xué)會用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量瞬時(shí)速度。
4. 學(xué)會用圖象表示速度變化規(guī)律的方法，理解用平滑曲線“擬合”坐標(biāo)系中描出的點(diǎn)來反映客觀規(guī)律的思想。
二、過程與方法
1.通過學(xué)生自己看打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的說明書，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力。
2.通過實(shí)驗(yàn)得出物體的運(yùn)動信息，用數(shù)學(xué)方法表述出來。培養(yǎng)學(xué)生獲取信息、處理信息的能力，體會處理問題的方法，領(lǐng)悟如何間接測一些不能直接測量的物理量的方法。
3.通過畫速度—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。
三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀
1. 體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中理性思維的重要，既要?jiǎng)邮?，又要?jiǎng)幽X。
2. 感受打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的巧妙設(shè)計(jì)思路，，
3. 經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)過程，，
教學(xué)重點(diǎn)
1. 學(xué)會使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。
2. 能根據(jù)紙帶計(jì)算物體運(yùn)動的瞬時(shí)速度。
3. 會用描點(diǎn)法描繪物體的速度—時(shí)間圖象，
教學(xué)難點(diǎn)
處理紙帶的方法，
教學(xué)準(zhǔn)備
打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、學(xué)生電源、導(dǎo)線、紙帶、刻度尺、小車細(xì)線及鉤碼、坐標(biāo)紙。
教學(xué)過程
一、導(dǎo)入新課
測定物體的速度并不是一件很容易的事情，特別是當(dāng)物體的運(yùn)動速度在不停變化時(shí)，測定某時(shí)刻的速度更是比較困難的，如上下飛舞的蝴蝶，要確定它某一時(shí)刻的速度是很困難的，我們現(xiàn)在只研究直線運(yùn)動的速度的測量問題。
當(dāng)物體沿直線運(yùn)動時(shí)，其位移在不斷變化，要研究物體的運(yùn)動，我們首先要準(zhǔn)確記錄物體運(yùn)動的信息.直接測量物體運(yùn)動的速度在技術(shù)上是比較復(fù)雜的，我們在測量時(shí)可以嘗試通過測量物體運(yùn)動的時(shí)間和位移，再經(jīng)過計(jì)算或作圖來判斷物體的運(yùn)動情況。在實(shí)驗(yàn)中，我們可以使用秒表和尺子，直接測量物體運(yùn)動的時(shí)間和位移，但當(dāng)物體運(yùn)動速度太快時(shí)，采用這種方法的測量誤差較大。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就是一種記錄物體運(yùn)動位移和時(shí)間信息的儀器，我們可以通過測量位移和時(shí)間來計(jì)算物體運(yùn)動的速度以及速度的變化快慢。
課堂活動
作為同桌的兩位同學(xué)合作，簡易模擬打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。
1. 同桌之間，一位同學(xué)手拿一支彩色畫筆，另一位同學(xué)牽動一條寬約1 cm的長紙帶，使紙帶在筆下沿著直線緩慢向前移動。按照一定的時(shí)間間隔點(diǎn)擊紙帶(比如每秒1次，或每秒2次)，比比看，看誰牽動紙帶的速度變化最小。想一想，相鄰兩點(diǎn)的距離跟牽動紙帶的速度有什么關(guān)系?牽動紙帶的快慢不均勻，對相鄰兩點(diǎn)所表示的時(shí)間有沒有影響?
2.兩位同學(xué)競走比賽，為了比較他們的運(yùn)動情況，現(xiàn)在讓每位同學(xué)都提著底部穿孔、漏沙比較均勻的兩個(gè)沙袋一起競走，然后通過他們的漏沙情況來判斷他們的勻速運(yùn)動情況和加速情況。
以上兩個(gè)探究活動目的是讓學(xué)生體驗(yàn)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通過打點(diǎn)達(dá)到計(jì)時(shí)目的的原理。
學(xué)生總結(jié)：相鄰兩點(diǎn)間的距離隨著牽動紙帶的速度的增大而加大，紙帶運(yùn)動的快慢不均勻，點(diǎn)子的間隔也不均勻，但對相鄰兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔沒有影響。
學(xué)生總結(jié)：參加競走的兩人若運(yùn)動快慢比較穩(wěn)定，則漏沙比較均勻，若加速運(yùn)動，會發(fā)現(xiàn)快的時(shí)候漏沙少，慢的時(shí)候漏沙多。
二、進(jìn)行新課
教師引導(dǎo)：在以上的活動中，同學(xué)們認(rèn)識到了打點(diǎn)和漏沙可以體現(xiàn)物體運(yùn)動的快慢。今天我們就來學(xué)習(xí)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測定物體運(yùn)動速度的方法，并用圖象把這些速度形象地表示出來。
(一)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器
教師布置學(xué)生對照儀器看說明書，引導(dǎo)學(xué)生注意其重點(diǎn)：觀察打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并閱讀其使用說明書，明確電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)、各部分的名稱、工作原理及使用方法。
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，如教材P19圖1.4-1所示。工作電壓為4 ~6 V。當(dāng)電源的頻率是50 Hz時(shí)，它每隔0.02 s打一次點(diǎn)。通電以前，把紙帶穿過限位孔，再把套在軸上的復(fù)寫紙片壓在紙帶的上面。當(dāng)接通電源時(shí)，線圈產(chǎn)生的交變磁場使振動片(由彈簧鋼制成)磁化，振動片的一端位于永久磁鐵的磁場中。由于振動片的磁極隨著電流方向的改變面不斷變化，在永久磁鐵的磁場作用下，振動片將上下振動，其振動周期與線圈中的電流變化周期一致，即為0.02s.位于振片一端的振針就跟著上下振動起來，這時(shí)，如果紙帶運(yùn)動，振針就在紙帶上打出一系列小點(diǎn)。
交流與討論
教師提問：電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用低壓交流電源工作，大家想一想能不能使用直流電源，為什么?
學(xué)生回答：工作原理中是靠電流方向的改變來改變磁鐵的磁場方向，從而促使振動片上下振動，并且振動片的振動周期與電源的電流變化周期一致。若使用50 Hz的交流電，打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02s.這個(gè)值正好是電源頻率的倒數(shù)。
(二)電火花計(jì)時(shí)器
教師布置學(xué)生對照儀器看說明書，引導(dǎo)學(xué)生注意其重點(diǎn)：觀察打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并閱讀說明書，明確兩種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)、各部分的名稱、工作原理及使用方法。使用時(shí)電源插頭直接插在交流220V插座內(nèi)，將裁成圓片(直徑約38mm)的墨粉紙盤的中心孔套在紙盤軸上，將剪切整齊的兩條普通有光白紙帶(20mm×700mm)從彈性卡和紙盤軸之間的限位槽中穿過，并且要讓墨粉紙盤夾在兩條紙帶之間。這樣當(dāng)兩條紙帶運(yùn)動時(shí)，也能帶動墨粉紙盤運(yùn)動，當(dāng)按下脈沖輸出開關(guān)時(shí)，放電火花不至于始終在墨粉紙盤的同一位置而影響到點(diǎn)跡的清晰度。也可以用上述尺寸的白紙帶和墨粉紙帶(位于下面)做實(shí)驗(yàn)，還可以用兩條白紙帶夾著一條墨粉紙帶做實(shí)驗(yàn);墨粉紙可以使用比較長的時(shí)間，一條白紙帶也可以重復(fù)使用，應(yīng)注意降低實(shí)驗(yàn)成本。
交流與討論
教師提問：從原理上考慮，電火花計(jì)時(shí)器跟電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器相比，哪個(gè)更好些，誤差可能會更小?
學(xué)生回答：電火花計(jì)時(shí)器可能會更好些，因?yàn)殡姶糯螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器中振針和紙帶間的摩擦?xí)笮?/p>
教師評論并系統(tǒng)總結(jié)：電火花計(jì)時(shí)器使用中運(yùn)動阻力極小，這種極小阻力來自于紙帶運(yùn)動的本身，而不是打點(diǎn)產(chǎn)生的，因而系統(tǒng)誤差小，計(jì)時(shí)精度與交流電源頻率的穩(wěn)定程度一致(脈沖周期不大于50µs，這一方面也遠(yuǎn)優(yōu)于電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)，同時(shí)它的操作簡易，使用安全可靠(脈沖放電電流平均值不大于5 µA)。
教師提問：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器能記錄哪些信息?
學(xué)生回答：時(shí)間和位移。
下面的時(shí)間交給學(xué)生自主探究。
課堂練習(xí)
例題：電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期取決于( )。
A.交流電壓的高低 B.交流電的頻率
C.永久磁鐵的磁性強(qiáng)弱 D.振針與復(fù)寫紙間的距離
答案：B
解析：電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期，即振針擊打復(fù)寫紙和紙帶的周期，從它利用電磁感應(yīng)打點(diǎn)的原理可知，振針是由振片帶動振動的，而振片上下振動的周期就是線圈中磁場變化的周期，與所用交流電源的電流方向變化周期相對應(yīng)。也就是交流電的周期，等于交流電的頻率的倒數(shù)，即若使用電源的頻率為50Hz，則交流電的周期為1/50s=0.02s。我國使用的交流電頻率統(tǒng)一為50 Hz。
(三)練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器
學(xué)生自主閱讀教材中的實(shí)驗(yàn)步驟提示。
指導(dǎo)學(xué)生動手練習(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)與小車的位移和時(shí)間是如何對應(yīng)的，怎樣將紙帶上的點(diǎn)變成相關(guān)的數(shù)據(jù)?
交流與討論
針對問題，學(xué)生討論實(shí)踐后回答。
問題1.電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器中怎樣安放復(fù)寫紙和紙帶的位置?
學(xué)生回答：將復(fù)寫紙?zhí)自趶?fù)寫紙定位銷上，推動調(diào)節(jié)片，可調(diào)節(jié)復(fù)寫紙位置，將紙帶從復(fù)寫紙圓片下穿過。
問題2.振針打的點(diǎn)不清晰或打不出點(diǎn)可能是哪些原因?怎樣調(diào)整?
學(xué)生回答1：可檢查壓紙框的位置是否升高，而阻礙了振動片，振針打不到紙帶上，可將壓紙框向下壓恢復(fù)其原來位置。
學(xué)生回答2：可能是復(fù)寫紙?jiān)摀Q新的了。
學(xué)生回答3：可能是振動片的振幅太小，可調(diào)整振動片的位置。
學(xué)生回答4：可能是振針的位置太高，調(diào)整振針的位置，直到打出點(diǎn)為止。
學(xué)生回答5：我選的電壓在4 V和6 V的情況下，打點(diǎn)的清晰度有點(diǎn)差別，電壓高的時(shí)候稍清晰，所以可調(diào)高一點(diǎn)電壓。
問題3.開啟電源打點(diǎn)完畢后要及時(shí)關(guān)閉電源，這樣做有什么好處?
學(xué)生回答：因打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是按間歇工作設(shè)計(jì)的，故長期工作可能會因線圈發(fā)熱而損壞。
投影展示：電火花計(jì)時(shí)器的紙帶安裝方法(讓學(xué)生閱讀)：
使用電火花計(jì)時(shí)器在紙帶上打點(diǎn)，安裝紙帶的方法有兩種：一種是用一條紙帶從墨粉盤下穿過，打點(diǎn)時(shí)墨粉盤不隨紙帶轉(zhuǎn)動，電火花只將墨粉盤上某一位置的墨粉蒸發(fā)到紙帶上，打出的點(diǎn)跡顏色較淡，打過一條紙帶后要將墨粉盤轉(zhuǎn)一角度再打另一條紙帶。學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)可采用這一方法。另一種是用兩條紙帶，將墨粉盤夾在中間，拖動紙帶時(shí)由于兩條紙帶的摩擦作用，墨粉盤會隨紙帶轉(zhuǎn)動，電火花將墨粉盤上不同位置的墨粉蒸發(fā)到紙帶上，所以打出的點(diǎn)跡顏色較重。墨粉盤上面的一條紙帶沒有點(diǎn)跡，可重復(fù)使用。用一條紙帶打點(diǎn)時(shí)，紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間的摩擦阻力較小，用兩條紙帶打點(diǎn)時(shí)摩擦阻力較大。不管用哪種方法，打完紙帶后應(yīng)立即切斷電源。
教師提問：處理紙帶時(shí)，從能夠看清的某個(gè)點(diǎn)開始，往后數(shù)出若干個(gè)點(diǎn)。如果數(shù)出n個(gè)點(diǎn)，這些點(diǎn)劃分出來的時(shí)間間隔數(shù)是多少?
學(xué)生回答：共(n-1)個(gè)。
學(xué)生親自手拉紙帶練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，自己設(shè)計(jì)表格，記錄測量數(shù)據(jù)。
思考與討論
教師提問：怎樣根據(jù)紙帶上的點(diǎn)跡計(jì)算紙帶的平均速度?
學(xué)生回答：測出兩個(gè)點(diǎn)間的距離，數(shù)一下這兩個(gè)點(diǎn)間共有多少個(gè)時(shí)間間隔，即有多少個(gè)0.02 s，用這個(gè)總距離去除以所需用的時(shí)間。
課堂練習(xí)
如圖1-4-8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?
答案：B的各點(diǎn)分布較為均勻，是勻速運(yùn)動。
(四)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量瞬時(shí)速度
思想方法，用某段時(shí)間內(nèi)的平均速度粗略代表這段時(shí)間內(nèi)的某點(diǎn)的瞬時(shí)速度。所取的時(shí)間間隔越接近該點(diǎn)，這種描述方法越準(zhǔn)確。
示例：如教材P21圖1.4-5，測量出包括E點(diǎn)在內(nèi)的D、F兩點(diǎn)間的位移和時(shí)間，算出紙帶在這兩點(diǎn)間的平均速度，用這個(gè)平均速度代表紙帶經(jīng)過E點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度。
可以大致表示E點(diǎn)的瞬時(shí)速度，D、F兩點(diǎn)離E點(diǎn)越近，算出的平均速度越接近E點(diǎn)的瞬時(shí)速度。然而D、F兩點(diǎn)距離過小則測量誤差增大，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況選取這兩個(gè)點(diǎn)。
學(xué)生根據(jù)粗略表示某點(diǎn)瞬時(shí)速度的方法，選擇合適的計(jì)數(shù)點(diǎn)，測量包含這個(gè)點(diǎn)的一段時(shí)間內(nèi)的位移，同時(shí)記錄對應(yīng)的時(shí)間，填入教材P21中設(shè)計(jì)好的表1中。
根據(jù)算出剛填完的表1中各點(diǎn)附近的平均速度，把它當(dāng)作計(jì)時(shí)器打下這些點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度，抄入教材P22表2中。從該表中能粗略看出手拉紙帶運(yùn)動的速度變化情況。
(五)用圖象表示速度
教師提問：剛才我們從表2中的數(shù)據(jù)可以粗略看出我們自己手拉紙帶運(yùn)動的速度變化情況，圖象是表示變化規(guī)律的好方法，我們可以用圖象來描述物體的速度變化情況，那么怎樣用圖象來表示物體運(yùn)動的速度呢?請同學(xué)們先看課文并回答。
學(xué)生回答：在方格紙上建立直角坐標(biāo)系，用縱坐標(biāo)表示物體運(yùn)動的速度，用橫坐標(biāo)表示時(shí)間，根據(jù)表中各時(shí)刻的速度.將(v，t)作為一組坐標(biāo)在圖象中描點(diǎn)，將點(diǎn)連線后得出的圖象稱為速度一時(shí)間圖象(v-t圖象)，簡稱速度圖象。
學(xué)生具體操作描點(diǎn)。
教師引導(dǎo)：我們從根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)所描的點(diǎn)，可以從這些點(diǎn)的走向大致看出紙帶速度的變化規(guī)律。為了更清晰，你可以把這些點(diǎn)用折線連起來。
在老師的提示和幫助下連線。
教師總結(jié)：速度的實(shí)際變化應(yīng)該是比較平滑的，所以，如果用一條平滑的曲線來“擬合”這些點(diǎn)，曲線反映的n規(guī)律應(yīng)該與實(shí)際情況更接近。
指導(dǎo)學(xué)生換用紅色筆用平滑的線將剛才描過的點(diǎn)再重新描畫一遍。
教師引導(dǎo)：我們現(xiàn)在來觀察圖象，可以更形象直觀地顯示自己手拉紙帶的運(yùn)動情況。
說一說：
百米賽跑時(shí)運(yùn)動員的速度從始至終是不變的嗎?如果有變化，你估計(jì)是怎樣變化的?某位運(yùn)動員的百米賽跑的成績是10.57s，按照你的估計(jì)畫出他在這段時(shí)間的v-t圖象的草圖。
如果是沒有受過訓(xùn)練的同學(xué)跑百米，他的v-t圖象的形狀可能有什么不同?
參考提示：運(yùn)動員的百米賽跑中，速度變化較大。大致可以分為三個(gè)階段：啟動階段，速度從零迅速增大;中間階段，這一階段速度幾乎不變;沖刺階段，速度逐漸增到最大。
若是沒有受過訓(xùn)練的同學(xué)跑百米，他的速度可能是先增加到最大，然后又逐漸減小。
實(shí)踐與拓展：
在學(xué)校舉行的秋季運(yùn)動會中，某同學(xué)獲得了高一級100米賽跑的第一名，他的成績是12.21s，按照你的估計(jì)畫出他在比賽過程中的v-t圖象。(思考提示：這位同學(xué)賽跑時(shí)的速度從始至終都是不變的嗎?如果有變化，你估計(jì)是怎樣的變化?把這種變化用圖線表示出來時(shí)，要考慮哪些描述運(yùn)動的物理量?)
解析：100米賽跑時(shí)這位同學(xué)的速度不是從始至終保持不變的。起跑時(shí)從靜止開始加速，速度迅速增大，然后以大致相等的速度完成后段路程。該運(yùn)動員的速度圖象要求具有的特征：(1)速度圖線從零開始。(2)能反映開始的加速段和后來的勻速，圖線前段較陡，后段較平緩。(3)圖線所圈的面積約為100米，可通過數(shù)格的方法進(jìn)行，大于半格的算一個(gè)，小于半格的不算。
三、課堂小結(jié)
電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花計(jì)時(shí)器都是記錄運(yùn)動物體在一定時(shí)間間隔內(nèi)位移的儀器。v-t圖象：表示做直線運(yùn)動物體的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律。某段時(shí)間圖線與時(shí)間軸圍成的面積值表示該段時(shí)間內(nèi)物體通過的位移大小。形狀一樣的圖線，在不同圖象中所表示的物理規(guī)律不同。
四、布置作業(yè)
教材P24、25問題與練習(xí)1～4題。
五、板書設(shè)計(jì)
1.4 實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度
1.電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器：靠電磁感應(yīng)帶動探針振動通過復(fù)寫紙打點(diǎn)。
2.電火花計(jì)時(shí)器：靠產(chǎn)生電火花放電蒸發(fā)墨粉打點(diǎn)。
3.計(jì)時(shí)器的使用：注重使用方法和領(lǐng)悟注意事項(xiàng)。
4.測量瞬時(shí)速度：用包含某點(diǎn)在內(nèi)的一段時(shí)間內(nèi)的平均速度粗略表示該點(diǎn)的瞬時(shí)速度。
5.速度時(shí)間圖象：以時(shí)間為橫軸，速度為縱軸，描點(diǎn)連線作圖。
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