物理粤教版 (2019)第一章 运动的描述第四节 测量直线运动物体的瞬时速度教案设计

这是一份物理粤教版 (2019)第一章 运动的描述第四节 测量直线运动物体的瞬时速度教案设计，共7页。教案主要包含了实验原理和设计，进行实验，处理数据，误差分析，创新实验设计等内容，欢迎下载使用。
(1)了解打点计时器的结构，理解打点计时器的工作原理，掌握打点计时器的使用。
(2)理解根据纸带测量速度的原理，学会粗略测量瞬时速度。
(3)经历完整的实验设计和实验过程，能依据现有的条件设计不同的实验方案。
教学重难点
教学重点
打点计时器的使用、测量瞬时速度的实验设计和数据处理方法
教学难点
打点计时器的使用、测量瞬时速度的实验设计和数据处理方法
教学准备
电磁打点计时器、电火花计时器、学生电源、交流电源)、刻度尺、纸带、复写纸、导线、坐标纸等
教学过程
引入新课
教师口述：上节课我们学习了瞬时速度及速率的定义，请大家回忆一下。
教师设问：我们应该怎样来测量瞬时速度呢？
讲授新课
一、实验原理和设计
教师活动：讲解测量平均速度的实验原理。
根据瞬时速度的定义，只要测得物体在无限小时间Δt内的位移和这个无限小的时间即可得到物体时刻t的瞬时速度。但无限小的时间及相应的位移是不易测量的。但如果要求不是很精确，我们可用较小时间间隔物体的平均速度来代替瞬时速度。这样只要测得一个较小的时间间隔及相应的位移就可求相应的平均速度，继而就这个平均速度来代替瞬时速度。
教师设问：怎样实现对时间与位移的测量呢？用刻度尺和秒表可不可以？
学生活动：学生之间讨论老师所提问题，然后举手回答。
教师活动：理答并引出打点计时器。
理论上用刻度尺和秒表分别测量物体的位移和时间是可以的。但有两个问题，一是时间测得不太精确，二是不易实现测得与时间相对应的位移。为了解决两个问题，在高中研究物体的运动规律时一般用打点时器测物体位移和时间。
教师活动：展示电磁打点计时器的图片、讲解打点计时器的结构。
教师活动：讲解电磁打点计时器的工作条件。
使用交流电源，由学生电源供电，工作电压在6 V 以下。 当电源的频率是 50 Hz 时，它每隔0.02 s 打一个点。
教师活动：演示电磁打点计时器的使用，并讲解电磁打点计时器使用的注意事项。
教师活动：展示电火花打点计时器的图片，讲解电火花打点时器的结构。
教师活动：讲解电火花打点计时器的使用。
使用时，墨粉纸盘套在纸盘轴上，把纸带穿过限位孔。当接通电源、按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的纸带上就打出一行点迹。当电源频率是50 Hz时，每隔0.02 s打一次点。
电火花纸带运动时受到的阻力比较小，实验误差也就比较小。
教师活动：演示电火花打点计时器的使用，并讲解其注意事项。
教师活动：展示纸带，并讲解怎样从纸带上读取时间及对应的位移。
物体的位移可通过用刻度尺测量两个点迹间的距离得到，对应的时间可通过数两个点迹间的间隔数来得到。打这两个点迹间的时间间隔可用间隔数与打点计时器的打点间隔相乘得到。
二、进行实验
教师活动：依学生所用的打点计时器讲解实验步骤。
(1)安装器材并连接相应电源。
(2)打开打点计时器的电源，待打点稳定后拉动纸带。
(3)打点结束后，应立即关闭电源。
(4)更换纸带，重复(2)(3)步骤两次。
教师活动：强调实验注意事项。
(1)确认电源正确。
(2)先打开打点计时器的电源再拉纸带。
(3)打点计时器不可连续长时间工作，打点结束后应立即关闭电源。
师生活动：学生测量手拉纸带的平均速度，教师作必要指导。
三、处理数据
(1)在约束上选取纸带上一点为起始点0，后面每5个点取一个计数点，分别用数字1，2，3，… 标出这些计数点。
(2)测量各计数点到起始点0 距离x，记录在表格中。
(3)计算两相邻计数点间的位移Δx，同时记录对应的时间Δt。
(4)根据Δx和Δt计算纸带在相邻计数点间的平均速度v。
(5)在坐标纸上绘制v-t图像，并分析手拉纸带的速度变化。
四、误差分析
师生活动：分析实验误差。
五、创新实验设计
教师设问：在测量瞬时速度的实验中，为了解决精确测量时间和测量与时间相对应的位移的问题，我们用到了打点计时器。那么，只有打点计时器才可以解决这两个问题吗？还有没有其他的实验方案呢？
学生活动：学生之间讨论老师所提问题，然后举手回答。
教师活动：展示光电门传感器的图片，讲解光电门传感器测瞬时速度的原理。
教师活动：讲解光电门传感器的结构和测量瞬时速度的原理。
遮光条的宽度代表位移，发生这段位移的时间通过遮光条遮住光线的时间获得。
典题剖析
例1 在“匀变速直线运动规律”的实验中，某同学打出了一条纸带。已知实验中使用的电源频率是50 Hz，他按打点的先后顺序，从比较清晰的点起，每五个点取一个计数点，分别标为O、A、B、C、D，如图所示，则：
(1)相邻两计数点间的时间间隔为________s。
(2)打C点时的瞬时速度大小为________m/s。(结果保留两位小数)
答案：(1)0.10 (2)0.38
解析：(1)频率为50 Hz，每隔0.02 s打一个点，由于每五个点取作一个计数点，可知相邻两计数点间的时间间隔为0.10 s。
(2)打C点的速度
例2 用气垫导轨和数字计时器能更精确地测量物体的瞬时速度．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Δt1=0.29 s，通过第二个光电门的时间为Δt2＝0.11 s，已知遮光板的宽度为3.0 cm，则滑块通过第一个光电门的速度为________，通过第二个光电门的速度为__________。
解析：由于滑块经过光电门时遮光板的挡光时间较短，所以滑块经过光电门的速度可用遮光板挡光时间内的平均速度表示。
经过第一个光电门的速度

经过第二个光电门的速度

答案：0.10 m/s 0.27 m/s
课堂小结
位置
0
1
2
3
4
…
x/m
Δx/m
Δt/s
v/(m/s)