高一物理第三单元——运动参量的测量

1、第三单元：运动参量的测量 一、内容及其解析 (一)内容本单元的内容如下:运动参量的测量 相关实验实验的基本概念和仪器有效数字偶然误差系统误差绝对误差相对误差刻度尺 秒表电磁打点计时器电火花计时器练习使用打点计时器利用频闪照相法分析物体的运动情况利用光电门测速度探究小车速度随时间变化的规律 常见故障的判断和调整 本单元主要内容：打点计时器、光电门的使用，利用纸带、频闪照片求解加速度、瞬时速度，对实验数据的分析在坐标系中描点、拟合直线并描述物体运动的规律。 。核心内容：速度、加速度的求解。 （二）解析1、对核心内容的解析本节内容是在最基本的匀变速直线运动的概念、计算方法是的基础上，进一步利用实验研

2、究各运动参量的测量方法。从本单元内容来看，从实验分析中计算速度和加速度是本单元的主要内容。在力学实验和高考中占用重要地位，所以，速度加速度的计算是本单元的核心内容。二、目标及其解析（一）目标1、单元目标（1）实验的基本概念和基本仪器的认识。 （2）打点计时器的连接、使用，纸带数据处理和测量瞬时速度的方法。 （3）分析实验过程中出现的问题和实验结果误差计算。2、课堂教学目标（1）了解实验的基本概念个基本仪器的操作。（2）掌握利用打点计时器探究小车速度随时间变化的规律，知道如何判定小车做匀变速直线运动，利用匀变速直线运动的规律计算小车的加速度、瞬时速度。（3）理解利用光电门测速度，知道光电门利用光

3、敏电阻的特性记录了遮光板通过光电门的时间，而遮光板的长度已知，并且非常小，由于滑块通过光电门的时间非常短，在这段时间内滑块的运动可以看成匀速直线运动。 （4）掌握利用频闪照相法分析计算物体的速度，了解频闪照相的原理。频闪照相法是一种利用照相技术，每隔一定时间曝光，从而形成间隔相同时间的影像方法，在频闪照相中会用到频闪灯，它每隔相等时间闪光一次。 （5）了解实验过程中误差和数据的分析。 （二）解析 1、第一个课堂教学目标就是指实验的基本概念和仪器使用，实验的基本概念和仪器使用是实验的物质条件这些直接影响到所做实验打出的纸带及其以下相关计算。2、第二个课堂教学目标就是指利用打点计时器探究小车速度随

4、时间变化的规律，此实验是本单元的核心实验，是各仪器操作的具体体现，是各物理量计算的集中体现。 3、第三个课堂教学目标就是利用光电门测速度实验，这个实验主要是了解光电门的构造知道光电门是如何计时，如何大致计算出瞬时速度。4. 第四个课堂教学目标就是利用频闪照相法分析计算物体的速度，这个实验主要是了解频闪照相法的原理，能利用图片的分析和纸带结论测算加速度、速度。三、教学问题诊断分析在本单元教学中可能遇到的主要困难是数据处理，就是实验基本操作结束后，对实验数据的分析、计算，因为本单元是学生入学以来第一次进行实际操作，而要验证的是才刚学习的匀变速直线运动，基础的薄弱和概念不清难以真正掌握实验数据的计算

5、方法。要解决这个困难，就要帮助学生深刻理解匀变速直线运动，详细讲解实验原理、实验步骤及其实验数据怎么分析如何得到结论、分析结论。四、教学支持条件分析 在本单元的教学中，利用ppt里面的flash和视频播放来演示实验的具体操作过程，以帮助学生从观察中得到感性的实验操作过程。五 、教学过程设计(一).引入新课1同桌之间，一位同学手拿一支彩色画笔，另一位同学牵动一条宽约1 cm的长纸带，使纸带在笔下沿着直线缓慢向前移动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

6、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（二）.新课教学 第一课时:实验误差、有效数字及实验器材的认识问题（一）：实验中的误差来自于那些方面？测量的数据怎么读才相对准确？设计意图：实验的数据和真实的数据一定有一些差值，这些差值究竟有什么引起，如何尽量减少误差，实验中出现问题要学会自己寻找问题的根源，才能让实验有可行性。 师生活动:教师引导学生分析实验中一般误差会出现在哪些方面，怎么减少误差。1、误差：测量值与真实值的差异称为误差，实验中，误差不可避免，但可以减少

7、。从误差来源来看，误差可以分为系统误差和偶然误差；评价实验测量结果的优劣，从分析数据看，误差分为绝对误差和相对误差。（1）系统误差：是由于仪器结构的缺陷、实验方法不完善造成的。系统误差的主要来源： 实验原理不够完备。如用伏安法测电阻时，电流表和电压表的内阻对实验结果的影响。 实验仪器本身的误差。由于仪器本身的缺陷，如天平砝码的标称质量不准，电表指针没有对准零刻度线，打点计时器的振针位置和电压高低对实验结果产生的影响。 实验方法粗略而产生的误差。如验证机械能守恒定律，忽略空气阻力对实验的结果产生的影响。 系统误差的基本特点是：实验结果总是具有相同的倾向性，即总是偏大或偏小。减小系统误差的方法：完

8、善实验原理，提高实验仪器的测量精度，设计更精巧的实验方法。 （2）偶然误差：由于各种偶然因素对实验者和实验仪器的影响而产生的。偶然误差的基本特点：实验结果有时偏大，有时偏小，且偏大和偏小的机会相等，减小偶然误差的方法是多次实验的平均值作为实验的结果。（3）绝对误差：是测量值和真实值之差。绝对误差=（4）相对误差：是绝对误差和真实值之比，它反映实验结果的精确程度。引入绝对误差和相对误差两个概念是为了评价测量结果的优劣，绝对误差只可以判别一个测量结果的精确度；比较两个测量值的准确度则必须用相对误差，相对误差=。2、有效数字：测量肯定有误差，测得的数值就只能是近似值，带有一位不可靠数字的近似值叫有效

9、数字。有效数字的最后一位是误差所在位。有效数字的位数与小数点位置无关，如214与21.4都是三位有效数字。关于“0”是不是有效数字可以这样判断：从左往右数以第一位不为零的数字为准，其左边的“0”不是有效数字，其右边的“0”是有效数字。有效数字的读数规则:在测量中，要按照有效数字的规则来读数，测量仪器的读数规则是：测量误差出现在哪一位，读数就应该读到哪一位。一般可根据测量仪器的最小分度来确定读数误差出现的位置。最小分度为“1”的仪器，测量误差出现在下一位，下一位按十分之一估读，如最小刻度是1mm的刻度尺，测量误差出现在毫米的十分位上，应估读到十分之几毫米。最小分度为“2”或“5”的仪器，测量误差

10、出现在同一位，同一位分别按二分之一或五分之一估读，例如学生用量程为0.6A的电流表，最小分度为0.02A，测量误差出现在安的百分位，估读半小格，不足半小格的略去，超过半小格的按半小格估读。游标卡尺、秒表、电阻箱不需要估读。 问题（二）：实验器材有哪些，电磁打点计时器中怎样安放复写纸和纸带的位置？振针打的点不清晰或打不出点可能是哪些原因？怎样调整？开启电源打点完毕后要及时关闭电源，这样做有什么好处？ 设计意图：指导学生动手练习使用打点计时器，并引导学生思考：纸带上的点与小车的位移和时间是如何对应的，怎样将纸带上的点变成相关的数据？师生活动：电磁打点计时器的打点周期取决于（ ）。A交流电压的高低

11、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 (1)刻度尺 最小分度值：1mm，量程不等，常用于测量的刻度尺有钢板尺、钢卷尺、木直尺等，测量时要估读到毫米以下一位，如：L1=1.37cm，L2=23.65cm。 用刻度尺注意事项：要使刻度尺的刻度线紧贴被测物，眼睛应正对刻度线读数，以避免视差。用零刻度线在端头的刻度尺测量时，为了防止因端头磨损而产生误差，常选择刻度尺的某一刻度线为测量起点，测量的长度等于被测物体的两个端点在刻度尺上的读数之差。 （2）秒表0312334356378394110431214451647184920512253242655572859012678910

12、11345121314分为开始、 停止、 秒表回零 三步: 第一次按下手轮，开始记时， 指针开始走动； 第二次按下手轮，停止记时，指针停止走动,读出时间, 读数时视线应垂直与所读刻度； 第三次按下手轮，秒表回零， 指针复位。秒表的读数规则：读数方法：秒表读数=短针示数(min)+长针示数(s)，秒表不估读。记录：（短针示数×60+长针示数）s（3）电磁打点计时器电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，如上图所示工作电压为46 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

13、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（4）电火花计时器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

14、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第二课时：利用打点计时器的相关实验问题（三）：怎样使用打点计时器？怎样根据实验数据来判断物体运动情况及各参量的计算。设计意图：让学生掌握打点计时器的使用原理、操作步骤。师生活动：在做“研究匀变速直线运动”的实验中：（1）实验室提供了以下器材：打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸、弹簧测力计，其中在本实验中不

15、需要的器材是_。（2）如图所示是某同学由打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出，打点计时器打点的时间间隔T0.02 s，其中x17.05 cm、x27.68 cm、x38.33 cm、x48.95 cm、x59.61 cm、x610.26 cm.下表列出了打点计时器打下B、C、F时小车的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下D、E两点的小车的瞬时速度。位置BCDEF速度(m·s-1)0.7370.8010.994（3）以A点为计时起点，在坐标图中画出小车的速度-时间关系图线（4）根据你画出的小车的速度-时间关系图线计算出的小车的加速度a_

16、m/s2。实验一：练习使用打点计时器1.实验步骤（1）计时器固定在桌子上，接上交流电源（电磁打点计时器46 V，电火花打点计时器220 V） (2)使用电磁打点计时器时应把纸带穿过限位孔，放在复写纸下方；使用电火花计时器时，应注意把两条白纸带正确穿好，将墨粉纸盘夹在两纸带之间。（3）打开电源开关，用手拉动纸带打下一系列的点（4）关闭电源取下纸带，于是运动的纸带上就打出了一行点迹。2、各运动参量的测量(1)时间的测量打点计时器每隔0.02秒打一个计时点，若点和点间距过小不利于测量则可以每5个（隔4个）计时点取一个计数点，每两个计数点间的时间间隔为0.1秒。（2）位移的测量任意两个计数点之间的距离

17、，一般用毫米刻度尺测量得到，精确到最小分度值下一位。（3）平均速度的测量利用平均速度公式计算平均速度例：打点计时器所用电源的频率为50 Hz，某次实验中得到的一条纸带，用毫米刻度尺测量的情况如图所示，纸带在A、C间的平均速度为_m/s，在A、D间的平均速度为_m/s，B点的瞬时速度更接近于_m/s.实验二：探究小车速度随时间变化的规律1、实验步骤：（1）一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使定滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上远离定滑轮的一端，连接好电路。（2）把一条细线拴在小车上，使细线跨过定滑轮，下边挂上适合的钩码，启动打点计时器，然后释放小车，让小车拖着纸带运动，打完一条纸带立

18、即关闭电源。（3）换上新纸带，重复以上操作3次。（4）在坐标系上描点，拟合图线。2、各运动参量的测量（1）实验数据分析：在3条纸带中选择一条点迹最清晰的，舍去开头一些过于密集的点，找一个适当的点当做计时起点。每5个点取一个计数点进行测量，设相邻两个计数点的时间间隔为T。（2）使用结论；（3）纸带处理：每5个点取一个计数点进行测量，则此时相邻计数点间的时间间隔是0.1秒，便于计算，测出相邻计数点间的距离 利用可以计算相邻相等时间内的位移差，如果它们在允许的误差范围内相等，则可以判定被测物体的运动是匀变速直线运动。利用纸带求被测物体的加速度。具体来说有三个方法a. 逐差法：从纸带上得到6个相邻相等

19、时间内的位移求b. 利用任意两段相邻计数点间的位移求c. 利用图像求，求出A、B、C、D、E、F各点的瞬时速度，画出图像，图像的斜率就是加速度。利用纸带求被测物体的瞬时速度利用公式，可求出，利用公式，可求出利用公式可以求出其他各点速度第三课时：利用光电门、频闪照片测速度问题（四）：光电门、频闪照相法的工作原理和特点是什么？设计意图：学生了解光电门和频闪照相法的原理后才能顺利作出实验。师生活动：用相同钢珠从斜面上的某点每隔0.1s放下一颗，在连续放下几颗后，对于在斜面上运动的小钢珠摄得如图所示的相片，现测得AB=15cm，BC=20cm，试求：（1）钢珠运动的加速度；（2）拍摄时B钢珠的速度 ；

20、（3）图中C与D两钢珠间的距离。 实验三：利用光电门测速度当物体在导轨上运动时，光电门利用光敏电阻的特性记录了遮光板通过光电门的时间，而遮光板的长度已知，并且非常小，由于滑块通过光电门的时间非常短，在这段时间内滑块的运动可以看成匀速直线运动，所以遮光板通光光电门时的瞬时速度等于遮光板通过光电门时的平均速度。例：如图所示，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光板通过第一个光电门的时间为t10.29s，通过第二个光电门的时间为t20.11s，已知遮光板的宽度为3.0cm，分别求滑块通过第一个光电门和第二个光电门的速度大小。实验四：利用频闪照相法分析计算物体的速度 频闪照相

21、法是一种利用照相技术，每隔一定时间曝光，从而形成间隔相同时间的影像方法，在频闪照相中会用到频闪灯，它每隔相等时间闪光一次，例如每隔0.1秒闪光一次，即每秒闪光10次，当物体运动时，利用频闪灯照相，照相机可以拍摄出该物体每隔相等时间所到的位置，通过这个方法拍摄的照片称为频闪照片。例：为了测定某辆轿车在平直路上起动时的加速度(轿车起动时的运动可近似看做匀加速运动)，某人拍摄了一张在同一底片上多次曝光的照片，如图所示。如果拍摄时每隔2秒曝光一次，轿车车身总长为4.5m，那么这辆轿车的加速度为（ ） A1m/s2 B2m/s2 C3m/s2 D4m/s2第四课时:常见故障的判断和调整问题（五）： 实验

22、中出现一些问题导致纸带上的点迹不清晰或不切实际怎么办？设计意图：实验过程差强人意时要学会利用现象分析实验失败的原因。师生活动：如右图所示，是一同学利用打点计时器打出的一条纸带，纸带上打出的不是圆点，而是如图所示的一些短线，这可能是因为( )A打点计时器错接在直流电源上B电源电压不稳定C电源的频率不稳定D打点针压得过紧常见故障的判断和调整（1） 接通电源后，振片不振动，要从电源着手检查，例如误接了直流电源、接触不良、电压太低等。（2） 振针打出的点不清晰或打不出点的可能情况及解决方法有： 可能是复写纸该换新的了： 可能是振片振动幅度太小，可以调节振片位置： 可能是振针的位置太高，调节振针直到打出

23、清晰的点为止： 可能是选择的电压太低，可适当调高电压。（3） 若纸带上打出的不是点，而是一些短线，这可能是因为振针压得过紧，当振针距复写纸间隙过小时，每一个打点周期内振针就会有较长一段时间接触并挤压在复写纸上，这就变成了一系列的短线。应适当调低输入电压，或调解振针位置，增加振针与复写纸的距离。（4） 若打出来的是双点，可能是振针松动，需要把振针固定好。六：评价设计：（一） 目标检测：第二课时：利用打点计时器的相关实验例.某同学在研究小车的运动实验中，获得一条点迹清楚的纸带，如图所示，已知打点计时器每隔0.02s打一个点，该同学选择了A、B、C、D、E、F六个计数点，测量数据如图中所示，单位是c

24、m.(1)小车做什么运动？ (2)试计算瞬时速度vB、vC、vD、vE各多大？ 设计意图：让学生进一步深入掌握利用纸带求解各运动参量的方法。(二)作业错题反思第三单元：运动参量的测量 A类1(双选)关于电火花打点计时器和电磁打点计时器的有关说法中，正确的是( )A电火花打点计时器和电磁打点计时器都是使用交流电源B两种打点计时器的打点频率与交流电源频率一样C电火花打点计时器在纸带上打点也是靠振针和复写纸D电磁打点计时器是靠电火花和墨粉打点的2.如右图所示，是一同学利用打点计时器打出的一条纸带，纸带上打出的不是圆点，而是如图所示的一些短线，这可能是因为( )A打点计时器错接在直流电源上B电源电压不稳定C电源的频率不稳定D打点针压得过紧3练习使用打点计时器(1)把打点计时器固定在桌子上，纸带穿过_并压在复写纸(或墨粉盘)_面，也可以让两条纸带夹住墨粉盘(2