第四节 实验：用打点计时器测速度.doc

第四节 实验：用打点计时器测速度（2课时）2009.9.16【教学要求】1了解电磁打点计时器和电火花计时器的基本构造、原理，并学会使用打点计时器和电火花计时器。2知道电磁打点计时器和电火花计时器的区别。3会根据纸带上的点研究物体的运动情况，计算瞬时速度和平均速度。4学会画出V-t图象，理解V-t 图象的物理意义，学会用图象表示速度变化规律的方法，理解用平滑曲线“拟合”坐标系中描出的点来反映客观规律的思想。【教材分析】 由纸带上某两点间的位移x和相应的t就能算出它们之间的平均速度。与过去的教学不同的是，教材由此又向前走了一步，说明在x（或t）很小时，这样算出的平均速度可以看作瞬时速度，而不是绝对意义上的瞬时速度。对于这一点，老师们可能还不习惯。这是因为我们过去的物理教学过于理想化、绝对化，或说与实际问题的距离比较大。实际的测量技术测得的瞬时速度都是某段时间内的平均速度，而不是绝对意义上的瞬时速度。例如汽车上的速度计，无论是用离心测速的方法还是用发电机测速的方法，转动部分都有一定的惯性，对速度变化的反应都需要一段时间，因此，它们实际测得的速度都不是数学意义上的“极限”。本节要求用很小时间间隔内的平均速度作为瞬时速度，除了有意加强瞬时速度的理解外，也是拉近物理课与实际、与技术的距离。 用图象表示物理量的变化，在生活中是常见的方法，本书在这方面加强了很多。 这节实验之后用图象表示速度时，思路与过去有些不同： 过去在描点之后往往说，“用一条直线（或曲线）连接这些点”，为什么要用直线（或曲线）而不用别的曲线？因为在过去的实验中我们都已经知道，坐标系中的两个物理量之间的关系就是直线（例如匀变速直线运动的速度与时间的关系）。这是验证性实验的做法。这节中，测的是手拉纸带的速度，事先并不知道速度随时间变化的规律，也就是说不知道图象是一条什么曲线。这种情况下我们只能根据所描点子的分布和走向，尝试用某条曲线来“拟合”这些测量点。这是探究性实验中常用的方法。这两种情况下的作图，操作步骤相似，但思路不一样，逻辑线索不一样，教学中要注意表达清楚。第22页的“说一说”中即要求学生学会用图象表示速度与时间的关系，又要求学生知道优秀运动员与没有受过训练的学生两人在百米赛时速度变化的不同点。这个栏目的目的是让学生体会到，解决实际问题要有比较宽的知识面做基础，只有课本上的知识是不行的。22页“做一做”栏目的目的是把学科教学与信息技术结合起来。由于这项工作在我国刚刚开始，各地条件不同，所用器材的差别很大，所以这里只给出了原则性的指导，给出了思路。教师应该根据具体条件开展这方面的教学。【教学重点】1知道电磁打点计时器与电火花计时器的构造、原理、使用方法2会根据纸带上的点计算平均速度和瞬时速度3理解V-t图象的意义【教学难点】用纸带上的点计算平均速度和瞬时速度，理解V-t图象的物理意义【教学器材】电磁打点计时器与电火花计时器，纸带，刻度尺，电源，DIS实验系统【教学过程】（一）电磁打点计时器与电火花计时器构造、原理、使用方法1电磁打点计时器阅读思考 电磁打点计时器的构造、电源要求、原理、用途（计时、测位移等）实物演示操作方法（接入电源和穿纸带等）思考纸带上的点是如何反映时间和物体运动情况的。2电火花计时器阅读思考 电火花计时器的构造、电源要求、原理是什么？与电磁打点计时器有何异同？说明 电磁打点计时器与电火花计时器的原理基本一样，时间间隔也都是0.02s,所以今后的叙述中不再区分，统称为打点计时器。实物演示操作方法（接入电源和穿纸带等）思考电火花计时器与电磁打点计时器误差原因及大小的比较。3注意点练习使用打点计时器主要包括两个方面，一是打点计时器的安装，特别是纸带的安装；二是用纸带上的点研究物体的运动。要注意：（1）要让学生在教师的指导下按步骤有序操作， （2）掌握由纸带上的点确定物体运动位移与运动时间的方法与原理。（3）牵拉纸带一定要让学生亲自动手操作，然后与纸带上的点迹分布相对应，以感悟运动速度变化情况。（4）要注意测量点与打点的区别，并学会灵活选定测量点。（二）练习使用打点计时器1操作步骤：培养学生规范进行实验操作的习惯。（1）安装：固定（2）装纸带（3）启动电源，水平拉动纸带，打点，关闭电源（4）取下纸带，从某个清晰的点开始，往后数出若干个点，由此计算纸带从第一个点到第n个点的运动时间（5）用刻度尺测量第一个点到第n个点的距离，设计好表格，记录以上测量值2思考与讨论：（1）怎样根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度？（2）如果纸带上的点迹布不均匀，那么，点迹密集的地方表示运动的速度较大还是较小？（三）测量速度1测量平均速度（1）计算课本P.20最下面图示的DG段的平均速度。（2）表示什么物理意义？能代表E点的瞬时速度吗？怎样选取间隔能使求得的平均速度代表有关点的瞬时速度引起的误差很小？2测量瞬时速度（1）在所打出的纸带上，选点迹清晰的点标为0点，然后依次每隔5个打点间隔标为一个计数点，依次标为1、2、3、4、5，标出的这些点称为测量点，（要求每个0.1s测一次速度，这主要是为了处理实验数据时计算方便，在实际中根据纸带上的点的分布情况灵活确定。）（2）这些测量点的时间间隔为多大？（3）根据前面的讨论，设计出测量05这六个测量点的平均速度的方案，使把它当做计时器打下这些点的瞬时速度产生的误差较小。（4）操作，将测量结果填入课本P23页的表1中和P24页的表2（点0作为计时的开始），注意有效数字的选取。（四）用图象表示速度许多变化过程，如温度的变化、股票张跌等可以用图象来表示，这样能更直观地反映变化规律。图象是表示变化规律的好方法之一，是一种处理实验数据的方法。物体的运动也可以用图象来描述1V-t图象：以速度为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，标明单位，根据表2中的v,t数据，在坐标系中描点。可以用折线把这些点连接起来。然而，速度的实际变化是比较平滑的，所以，如果用一条平滑曲线“拟合”坐标系中描出的点，曲线反映的规律与实际情况更接近（速度随时间是连续变化的，不突变，实验中又不可能把所有时刻的速度都测出来。）2描绘V-t图：将数据描绘V-t图象描绘曲线时要注意什么？拟合，顺势平滑，如果有些点难以落在曲线上，应该使它们大致均匀地分布在曲线两侧，点数不能太少。3V-t图象的含义：4“说一说”（1）“优秀运动员与没有受过训练的学生两人在百米赛时速度变化的特点有何不同？（2）如何用图象表示其速度与时间的关系？（突出对学生的能力培养）（五）“做一做”阅读思考传感器测速度的原理和研究思路是什么？讨论总结（六）“科学漫步”阅读思考气垫导轨数字计时器的原理是什么？测速度的物理思想是什么？讨论总结【例题与讨论】1在使用打点计时器时（A）A应先接通电源，再让纸带运动B应先让纸带运动，再接通电源C在让纸带运动的同时接通电源D先让纸带运动或先接通电源2对比电磁打点计时器和电火花计时器，你认为哪一种可能引起较大的误差？为什么？3把纸带的下端固定在重物上，上端用手提着，纸带穿过打点计时器。接通电源后将纸带释放，重物便拉着纸带下落，纸带被打出一系列点，其中有一段如图所示。（1）图所示的纸带，哪端与重物相连？（2）怎样计算纸带上打A点时重物的瞬时速度？说出你的道理。4如图是甲、乙两个物体运动的v-t图象，至少从以下三个方面分别说明它们的速度是怎样变化的。（1）物体是从静止开始运动还是具有一定的初速度？（2）速度的大小是否变化？是加速还是减速？（3）运动的方向是否变化？【课堂巩固练习】1对于打点计时器打点的时间间隔，下列说法中正确的是（AD）A同一打点计时器，当交流的频率增大时，相邻两点间记录的时间间隔变小B同一打点计时器，当交流的频率增大时，相邻两点间记录的时间间隔变大C同一打点计时器，当纸带运动速度增大时，相邻两点间记录的时间间隔变大D同一打点计时器，当纸带运动速度增大时，相邻两点间记录的时间间隔不变2电火花计时器使用的电源频率为 ，因为 ，所以误差较小。（答案：220V交流电源，纸带运动时受到的阻力较小）3在“用打点计时器测速度”的实验中，小车拖着纸带运动，打点计时器每隔0.02s打一个点，打出的纸带如图所示，选出A、B、C、D、E共5个计数点，每相邻两点间还有四个实验点（图中未画出），以A点为起点量出的到各点的位移已标在图上。由此可求得打下B点时小车运动的速度约为vB= m/s；打下D点时小车运动的速度约为vD= m/s。（答案：0.17,0.21）4小华以一定速度走去同学家送一本书，停留一会儿后，又以相同速率沿原路返回家里，则下图中的速度图象可以表示他的运动情况的是（D）【课后巩固练习】1关于电磁打点计时器的使用，下列说法中正确的是（BCD）A电磁打点计时器应用低压直流电源B纸带必须穿过限位孔，注意将纸带压在复写纸下面C要先接通电源，后释放纸带，纸带通过后立即切断电源D为了减少摩擦，每次打点应将纸带理顺2当纸带与运动物体连接时,打点计时器在纸带上打出点迹.下列关于纸带上点迹的说法中，正确的是（ABD）A点迹记录了物体运动的时间B点迹记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移C点迹在纸带的分布情况，反映了物体的质量和形状D纸带上点迹的分布情况，反映了物体的运动情况3小明在同一个打点计时器固定频率下，测量小车拉动纸带甲、乙、丙、丁的运动速度，每次车子都是自右向左运动，四段纸带的长度都相同。则下列叙述哪些是正确？ （AB）A纸带甲打点均匀，表示车子的速度一定B纸带乙显示的平均速度最大C纸带丙表示的速度越来越小D纸带丁表示小车的速率越来越大4你的左手拿着一块表，右手拿一枝彩色画笔。你的同伴牵动一条宽约1cm的长纸带，使纸带在你的笔下沿着直线向前移动。每隔1s你用画笔在纸上点一个点。你还可以练习在1s内均匀地点上两个点。这样，就做成了一台简单的“打点计时器”。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？5某同学在“用打点定时器测速度”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点。其相邻点