用打点计时器测速度获奖教案 高中物理必修一人教版教案文档格式.docx
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1课时
过程
新课导入
直接测量物体运动的速度在技术上是比较复杂的，我们在测量时可以尝试通过测量物体运动的时间和位移，再经过计算或作图来判断物体的运动情况．在实验中，我们可以使用秒表和尺子，直接测量物体运动的时间和位移，但当物体运动速度太快时，采用这种方法的测量误差较大．打点计时器就是一种记录物体运动位移和时间信息的仪器，我们可以通过测量位移和时间来计算物体运动的速度以及速度的变化快慢．
【课堂活动】
同桌的同学合作，简易模拟打点计时器．
1．同桌两位同学之间，一位同学手拿一枝彩色画笔，另一位同学牵动一条宽约1cm的长纸带，使纸带在你的笔下沿着直线缓慢向前移动．你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．
以上两个探究活动目的是让学生体验打点计时器通过打点达到计时目的的原理．
学生做完后讨论．
分析1：
相邻两点问的距离随着牵动纸带的速度的增大而加大．纸带运动的快慢不均匀，点子的间隔也不均匀，但对相邻两点间的时间间隔没有影响．
分析2：
参加竞走的两人若运动快慢比较稳定，则漏沙比较均匀，若加速运动，会发现快的时候漏沙少，慢的时候漏沙多．
（引入打点计时器）
一、电磁打点计时器
阅读课本，引导学生注意其重点：
观察打点计时器并阅读其使用说明书，明确电磁打点计时器的结构、各部分的名称、工作原理及使用方法．
【交流与讨论】
电磁打点计时器使用低压交流电源工作，能不能使用直流电源，为什么?
分析：
原理中是靠电流方向的改变来改变磁铁的磁场方向，从而促使振动片上下振动，并且振动片的振动周期与电源的电流变化周期一致．若使用50Hz的交流电，打点的时间间隔为0．02s．这个值正好是电源频率的倒数．
二、电火花计时器
学生阅读课本，引导学生注意其重点：
观察打点计时器并阅读说明书，明确两种打点计时器的结构、各部分的名称、工作原理及使用方法．
从原理上考虑，电火花计时器跟电磁打点计时器相比，哪个更好些，误差可能会更小?
析：
电火花计时器可能会更好些，因为电磁打点计时器中振针和纸带间的摩擦会更大些．
总结：
电火花计时器使用中运动阻力极小，这种极小阻力来自于纸带运动的本身，而不是打点产生的，因而系统误差小，计时精度与交流电源频率的稳定程度一致（脉冲周期不大于50
s，这一方面也远优于电磁打点计时器），同时它的操作简易，使用安全可靠（脉冲放电电流平均值不大于5
A）．
问题讨论：
打点计时器能记录哪些信息?
（时间和位移．）
课堂训练：
出示例题：
电磁打点计时器的打点周期取决于（B）
A．交流电压的高低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
三、练习使用打点计时器
学生自主阅读教材中的实验步骤提示．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?
问题1．电磁打点计时器中怎样安放复写纸和纸带的位置?
（将复写纸套在复写纸定位销上，推动调节片，可调节复写纸位置．将纸带从复写纸圆片下穿过．）
问题2．振针打的点不清晰或打不出点可能是哪些原因?
怎样调整?
分析1：
可检查压纸框的位置是否升高，而阻碍了振动片，振针打不到纸带上，可将压纸框向下压恢复其原来位置．
2：
可能是复写纸该换新的了．
3：
可能是振动片的振幅太小，可调整振动片的位置．
4：
可能是振针的位置太高，调整振针的位置，直到打出点为止．
5：
电压在4v和6v的情况下，打点的清晰度有点差别，电压高的时候稍清晰，所以可调高一点电压．
问题3．开启电源打点完毕后要及时关闭电源，这样做有什么好处?
分析：
因打点计时器是按间歇工作设计，故长期工作可能会因线圈发热而损坏．
让学生阅读课本，学习电火花打点计时器的安装方法：
讨论回答：
纸带处理：
从能够看清的某个点开始，往后数出若干个点．如果数出n个点，这些点划分出来的时间间隔数是多少?
（共（
）个．）
学生亲自手拉纸带练习使用打点计时器，自己设计表格，记录测量数据．
【思考与讨论】：
怎样根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度?
讨论回答：
测出两个点间的距离，数一下这两个点间共有多少个时间间隔，即有多少个O.02s，用这个总距离去除以所需用的时间．
【课堂训练】
打在纸带上的点，记录了纸带的运动时间．如果把纸带和运动的物体连接在一起，纸带上的点就相应地表示出运动物体在不同时刻的位置．研究纸带上的点子之间的间隔，就可以了解运动物体在不同时间内发生的位移，从而了解物体的运动情况．用简短的语言描述示每条纸带记录的物体的运动情况．
参考答案：
（a）、（b）的各点分布较为均匀，是匀速运动，但从点子的疏密程度来看，（b）上的点子较稀疏，所反映的物体运动较快，速度较大．（c）表示物体运动得越来越快，速度在增大；
（d）表示物体运动得越来越慢，速度在减小．
四、用打点计时器测量瞬时速度
思想方法：
用某段时间内的平均速度粗略代表这段时间内的某点的瞬时速度．所取的时间间隔越接近该点，这种描述方法越准确．
示例：
如图，测量出包括E点在内的D、F两点问的位移△x和时间△t，算出纸带在这两点间的平均速度
，用这个平均速度代表纸带经过E点时的瞬时速度．
可以大致表示E点的瞬时速度，D、F两点离E点越近，算出的平均速度越接近E点的瞬时速度．然而D、F两点距离过小则测量误差增大，应该根据实际情况选取这两个点．
学生根据粗略表示某点瞬时速度的方法，选择合适的计数点，测量包含这个点的一段时间内的位移△z，同时记录对应的时间△t，填入教材中设计好的表1中．
根据
算出刚填完的表1中各点附近的平均速度，把它当作计时器打下这些点时的瞬时速度，抄入教材表2中．从该表中能粗略看出手拉纸带运动的速度变化情况．
如图，打点计时器所用电源的频率为50Hz，某次实验中得到一条纸带，用毫米刻度尺测出各点问的距离为：
AC=14．Omm，AD=25.0mm．那么由此可以算出纸带在AC间的平均速度为O.35m／s，纸带在AD间的平均速度为O.42m／s；
B点的瞬时速度更接近于O．35m／s．
五、用图象表示速度
刚才我们从表2中的数据可以粗略看出我们自己手拉纸带运动的速度变化情况，图象是表示变化规律的好方法，我们可以用图象来描述物体的速度变化情况，那么怎样用图象来表示物体运动的速度呢?
请同学们先看课文并回答．
析：
在方格纸上建立直角坐标系，用纵坐标表示物体运动的速度，用横坐标表示时间，根据表中各时刻的速度，将（v，t）作为一组坐标在图象中描点，将点连线后得出的图象称为速度一-时间图象（v一t图象），简称速度图象．
学生具体操作描点．
为了更清晰，把点用折线连起来．
速度的实际变化应该是比较平滑的，所以，如果用一条平滑的曲线来“拟合”这些点，曲线反映的规律应该与实际情况更接近．
指导学生换用红色笔用平滑的线将刚才描过的点再重新描画一遍．
再次手拉纸带动现在来观察图象，更形象直观地显示自己手拉纸带的运动情况．
【说一说】百米赛跑时运动员的速度从始至终是不变的吗?
如果有变化，你估计是怎样变化的?
某位运动员的百米赛跑的成绩是10.57s，按照你的估计画出他在这段时间的v一t图象的草图．
如果是没有受过训练的同学跑百米，他的v一t图象的形状可能有什么不同?
参考提示：
运动员的百米赛跑中，速度变化较大．大致可以分为三个阶段：
启动阶段，速度从零迅速增大；
中间阶段，这一阶段速度几乎不变；
冲刺阶段，速度逐渐增到最大．如图1—4—6所示．
如果是没有受过训练的同学跑百米，他的速度可能是先增加到最大，然后又逐渐减小．如图．
电磁打点计时器和电火花计时器都是记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器．V一t图象：
表示做直线运动物体的速度随时间变化的规律．某段时间图线与时间轴围成的面积值表示该段时间内物体通过的位移大小．形状一样的图线，在不同图象中所表示的物理规律不同．
1．运动的物体带动纸带被打点计时器打上一系列的点，这些点的距离不一定相等，但这些
点能说明（ABCD）
A．运动物体在一段时间内的位移B．运动物体在一段时间内的运动快慢
C．运动物体在某时刻的位置D．运动物体的运动性质
2．通过打点计时器得到的一条打点纸带上的点子不均匀，下列判断正确的是（BC）
A．点子密集的地方物体运动的速度比较大B．点子密集的地方物体运动的速度比较小
C．点子不均匀说明物体做变速运动D．点子不均匀说明打点计时器有故障
3．在你练习使用打点计时器时，小车拖动纸带并在上面打下了一系列的小点．根据你所打
出点的纸带，在判断纸带表示的运动是匀速直线运动还是变速直线运动时（D）
A．应通过测量纸带表示的运动的全程来判断B．必须通过计算任意两点间的平均速度来判断
C．必须通过计算全程的平均速度来判断
D．可以通过测量每相邻两点间的距离，看其是否都相等来判断
4．如图1-4-9所示是一个物体运动的速度一时间（v-t）图象，从以下三个方面说明它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）运动的方向是否变化?
（3）速度的大小是否变化?
怎样变化?
解析：
（1）有初速度；
（2）运动方向变化，O～
之间运动方向不变，与正方向相同，为同一方向，
，之后方向改变，为负方向；
（3）速度先变大后不变再变小而后又反向变大．
板书
设计
打点计时器种类
①电磁打点计时器
②电火花打点计时器
（1）电磁打点计时器
工作电压：
10V以下低压交流电f=50Hz表示每隔t=1/f=0.02s打一个点
结构：
工作原理：
使用步骤：
（看书）先接通电源，待振针稳定后再开始操作.纸带能直接反映：
运动的时间，某时刻对应的位置.
（2）电火花打点计时器：
220V交变电压，0.02s打一个点
区别：
电磁：
振针和复写纸电火花：
电火花和墨粉盘二、实验中纸带上点的分析
反思
对于打点计时器的使用学生还不熟练，个别学生对于速度的计算还没能掌握。
1.5速度变化快慢的描述——加速度
1.知道加速度的物理意义.
2.掌握其定义公式和单位.
3.知道加速度的方向与速度变化量方向一致.
4.区别加速度、速度、速度变化量.
教学重点1.加速度概念的建立和加速度与匀变速直线运动的关系.
2.加速度是速度的变化率，它描述速度变化的快慢和方向.
教学难点1.理解加速度的概念，树立变化率的思想.
2.区分速度、速度的变化量及速度的变化率.
3.利用图象分析加速度的相关问题.
２课时
A预习本节内容，了解本节内容基本概况
B、新课教学
普通的小汽车和高档跑车的速度都能达到200km/h,但它们从静止到具有这一速度所经历的时间不同，高档跑车经历的时间要远小于普通的小汽车.哪个速度的变化快呢？
速度变化的快慢是衡量汽车档次的一个重要标准.这节课我们就来学习描述速度变化快慢的物理量——加速度.
再如:
万吨货轮起航，10s内速度增加到0.2m/s火箭发射时,10s内速度能增到约102m/s
以8m/s的速度行驶的汽车在急刹车时2.5s内能停下来
以8m/s的速度飞行的蜻蜓能在0.7s内停下来
在以上中，各物体的速度都发生了变化，怎样才能比较速度随时间变化的快慢呢？
一、加速度
初速度（km/h）
末速度（km/h）
所用时间（s）
轿车启动
20
50
7
5吨货车启动
38
10吨货车启动
观察表中数据并交流讨论，若在速度改变相同的情况下，可以比较时间的长短，所用时间越短，速度改变得越快.
若如下表所示，既无法用第一种方法，又无法用第三种方法比较，怎样比较它们速度变化的快慢？
认真观察表三，通过计算说明这四个物体哪个速度改变得快.
表二：
初速度（m/s）
末速度（m/s）
A自行车下坡
2
11
4
B公共汽车出站
6
3
C火车出站
100
D飞机在空中飞行
300
10
很明显，这几个运动物体速度的改变量不同，速度改变的快慢也不同，且速度增加大的不一定就增加得快.为了描述物体运动中速度变化的快慢，人们引入了加速度的概念——加速度是用来描述速度变化快慢的物理量.
回忆怎样描述物体运动位置的变化.例如在匀速直线运动中，物体从A点运动到B点，可以用A、B两点坐标的变化除以所用时间即速度的大小来描述位置变化的情况.
利用速度的表达式类比，在表二中，A物体在4s内速度从2m/s增加到11m/s，怎样描述物体运动的速度增加的快慢呢？
用物体速度的增加量除以所用的时间来描述这段过程中物体速度增加的快慢.
如果用符号a表示物体速度增加的快慢，Δv表示物体的速度的变化量，Δt表示物体的速度变化所用的时间，应如何用公式表达A物体的速度变化快慢呢？
结论：
a=
=
m/s2=2.25m/s2
依次完成表三中B、C、D的计算：
对B：
m/s2=2m/s2
对C：
m/s2=0.2m/s2
对D：
m/s2=0
上述方法就是变速直线运动中，描述物体运动速度变化快慢的基本思路和基本方法.其中的a=
式是变速直线运动的加速度的基本定义式.在国际单位中，加速度的单位是
m/s2，读作米每二次方秒.
明确：
1.定义：
加速度等于速度的改变跟发生这一改变所用的时间的比值.
2.表达式：
3.单位及符号
米/秒2m/s2（国际单位制）
厘米/秒2cm/s2
两辆汽车以相同的速度变化率做匀加速运动和匀减速运动，虽然速度变化快慢相同，但速度的变化情况不同，前者速度越来越大，后者则反之.只凭速度变化快慢（速度变化率的大小）不能完全反映速度变化的规律，从而引出加速度不仅有大小，而且有方向，是矢量.
物体做匀加速运动时，加速度的方向跟速度的方向相同；
做匀减速运动时，加速度的方向跟速度的方向相反.这是直线运动中（无往复运动）的普遍性结论.至于加速度的正、负问题，只是在特定的条件下（v0取正值）判断物体做匀加速还是匀减速运动的一种方法，这不是实质性的结论。
也可类比v=
中速度v的方向与位移Δx的方向相同，理解a=
中速度a的方向与速度变化量Δv的方向相同.
加速度便大约是1m/s2.它的含义是说物体每秒钟速度的改变量是1m/s.
问题探究
问题1：
“上海磁悬浮列车的最高速度可达430km/h,它的加速度一定很大”.这一说法对吗？
为什么？
答：
不对，当匀速运动时，尽管速度很大，加速度可以为零.
问题2：
运载火箭在点火后的短时间内，速度的变化很小，它的加速度一定很小吗？
不对，由公式a=
可知，加速度等于速度的变化量和时间的比值，因而加速度是速度对时间的变化率.所谓某一个量对时间的变化率，是指单位时间内该量变化的数值.变化率表示变化的快慢，不表示变化的大小.
加速度和速度的区别：
1.速度大，加速度不一定大；
加速度大，速度不一定大.
2.速度变化量大，加速度不一定大.
3.加速度为零，速度可以不为零；
速度为零，加速度可以不为零.
例1做匀加速运动的火车，在40s内速度从10m/s增加到20m/s，求火车加速度的大小.汽车紧急刹车时做匀减速运动，在2s内速度从10m/s减小到零,求汽车的加速度大小.
解：
答案：
0.25m/s2-5m/s2
问题互动
判断下列说法是否正确.
1.做匀变速直线运动的物体，它的加速度方向和速度方向总是相同.
错.只有做匀加速直线运动的物体，它的加速度方向和速度方向相同.
2.做匀变速直线运动的物体，它的速度变化越大，加速度越大.
错.速度变化大，但不知所用时间的多少.
3.做匀变速直线运动的物体，它的速度变化越快，加速度越大.
对.
二、从v-t图象看加速度
认真观察课本中的v-t图象，并思考：
速度—时间图象描述了什么问题？
怎样建立速度—时间图象？
总结归纳：
a直线的倾斜程度更厉害，也就是更陡些，而b相对较平缓.所以，a的速度变化快，即a的加速度大，b的速度变化慢，加速度小.
知识小结：
速度—时间图象是描述速度随时间变化关系的图象，它以时间轴为横轴，以纵轴为速度轴，在坐标系中将不同时刻的速度以坐标的形式描点，然后连线，就画出了速度—时间图象.
我们可以从直线上任意选择间隔较大的两点来找到这两个点间的速度变化量Δv，时间间隔Δt.
这样就可以定量求加速度了，用加速度的定义式a=
就行了.
课堂训练
如图1-5-3是某质点做直线运动的vt图象，从图上求出各段的速度变化及加速度.
图1-5-3
速度的变化量等于变化后的速度减变化前的速度，即Δv=v-v0.速度的变化量也是矢量，正值表示速度增加，负值表示速度减小或反向.由图可知：
v0=0,va=4m/s,vb=4m/s,vc=0.
所以OA段的速度变化量为ΔvAO=va-vO=4m/s
加速度为a下标AO=
AB段的速度变化量为ΔvBA=vb-va=0
加速度为aBA=0
BC段的速度变化量为ΔvCB=vc-vb=-4m/s
加速度为aCB=
m/s2=-4m/s2.
答：
OA段的速度变化为4m/s，加速度为2m/s2；
AB段的速度变化为0,加速度也为0；
BC段的速度变化为-4m/s,加速度为-4m/s2.
一、加速度
加速度：
速度的变化量与发生这一变化量所用时间的比值。
（描述速度变化快慢的物理量）符号：
a单位：
m／s2或m.s-2，读作米每二次方秒。
二、加速度方向与速度方向的关系
在直线运动中，如果速度增加，则加速度的方向与速度的方向相同；
如果速度减小，则加速度方向与速度的方向相反。
三、从v一t图象看加速度
从直线的倾斜程度能判断加速度的大小，在同一v一t图象中，直线越陡，加速度越大。
加速度概念是高中物理最为抽象的概念之一，高一学生在此时对加速度的理解还有欠缺之处。
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