人教版 (2019)必修 第一册1 实验：探究小车速度随时间变化的规律教案

实验：用打点计时器测速度

导入：中国在很早就发明了各种计时仪器? (壶漏、手表、大钟)，走在世界的前列。然而却在清代却没有抓住机遇，没有大的建树，基本是仿造国外的各种计时器。为什么?

今天我们就来研究一种新的计时器，它就是讲授新课。

假设：师:提出设想:请两位同学合作用彩笔和纸带模拟打点计时器

思考：①彩笔打出的点能不能准确记录纸带的位置?②在打点时间间隔大致相同的情况下,纸带拉动的快慢对纸带上点的间隔有无影响?

总结：彩笔打出的点可以记录纸带的位置.但在打点时间间隔大致相同的情况

下，纸带拉动的快慢对纸带上点的间隔有影响(拉的越慢纸带上点越密，反之就会越稀疏)考虑到用手打点的时间间隔不能准确相等，所以无法准确测定物体的运动速度.原因在哪?

原因出在用手打点时的时间间隔不能严格相等，要是有一台打点时间间隔严

格相等的仪器问题就可以解决了。

1、电磁打点计时器

电磁打点计时器是一种使用交流电的计时仪器.工作电压为4一6V.当 电源频率为50Hz时，打点计时器每隔0.02s打一个点.通电前把纸带穿过限位孔并压在复写纸的下面通电时，线圈产生的交变磁场使振动片磁化，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，在永久磁铁的作用下，振动片将上下振动.其振动周期与线圈中交流电的周期一致,即为0.02s.如果纸带运动振动片一端的振针就会在纸带上打出一系列的点.

思考：电磁打点计时器用低压交流电源工作，能不能用直流电源呢，为什么?

总结：若使用直流电振动片将无法振动，打点计时器将打不出点!

2、电火花打点计时器

电火花打点计时器的工作电压是220V的交流电.使用时将电源插头直接插在交流220V插座内就可以了.点火花打点计时器用墨粉和电火花打点.墨粉盘夹在两条纸带之间，当按下脉冲输出开关时会产生高温电火花,高温电火花可以使墨粉汽化在纸带上.当输入交流电的频率是50Hz时,电火花打点计时器也每隔0.02s打一个点.

3、练习使用打点计时器

提问：电磁打点计时器中怎样安放复写纸和纸带？

回答：将复写纸套在复写纸定位销上，推动调节片可以调节复写纸位置.将纸带从复写纸圆片下穿过即可。

振针打的点不清晰或打不出点可能有哪些情况?怎样调节?

总结：①可能是复写纸该换新的了②可能是振动片的振动幅度太小了，可以调节振动片的位置③可检查压纸框的位置是否升高而阻碍了振动片使振针打不到纸带上，可将压纸框向下调节到原来的位置④可能是振针的位置太高，调节振针直到能打出点为止⑤可能是选择的4- -6V的电压太低，可适当调高电压，但不得超过10V。

怎样根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度? .

总结:测出两个点的距离△V,数出两个点之间有n段时间间隔，则△t =0.02n.在用公式即可计算出平均速度

4、用图像表示速度

1、 建立坐标系，设定合适的刻度，注明单位。

2、严格按实验数据描点，根据点的分布分析速度的变化特点。

3、 描出的点是不连续的，之所以要用平滑曲线来“拟合”实验中描出的点，是因为各个时刻都有速度，速度随时间是连续变化的，而实验中又不可能把所有时刻的速度都测出来。

画二维坐标系，介绍坐标系中的面积表示什么？斜率表示什么？

实验：探究速度随时间的变化规律

小明与他的同伴在做探究小车速度随时间变化的规律的实验时，由于他的同伴不太明确该实验的目的及原理，他从实验室里借取了如下器材:①打点计时器;②天平;③低压直流电源;④细绳;⑤纸带;⑥小车;⑦钩码;⑧秒表;⑨一端附有定滑轮的长木板.

小明看后觉得不妥，让我们共同讨论一下，哪些器材必须使用，哪些多余，还缺少什么器材.

交流：1、打点计时器是一"种计时仪器，因此不需要秒表来测时间，故⑧多余.

2、打点计时器使用低压交流电源，因此③低压直流电源多余，然后，器材中没有低压交流电源，故缺少低压交流电源.

3.该实验不需要测量小车或钩码的质量，故②天平多余.

结论:必须使用的器材有:①④⑤⑥⑦⑨ 多余的器材有:②③

缺少的器材有:低压交流电源.

实验步骤：

(1)     把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路.

(2)     把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，放手后，看小车能否在木板.上平衡地加速滑行，然后把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面.

(3)     把小车停在打点计时器处，先接通电源，后释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一列小点，再按同样的方法(不改变钩码)打出两条纸带.从这三条纸带中选用一条点迹清晰的，计为纸带I.

(4)     增加一个钩码，按上述方法打出纸带II.

(5)     在打纸带I的基础上减少一个钩码，仍按上述方法打出纸带III.

(6)     整理器材.

课堂练习

1、在“练习使用打点计时器”的实验中，下列操作正确的是(  )

A.打点前，小车应靠近打点计时器，要先接通电源，待计时器开始打点再释放小车;

B.要舍去纸带上密集点，然后选取计数点。

C.打点频率为50Hz， 每四个点取一个计数点，则计数点之间的时间间隔为0.08s。

D.实验中应使小车速度尽量小些。

2、学生在练习使用电磁打点计时器时，纸带上打出的不是圆点，而是一些短线，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.打点计时器使用的电压频率不稳定;

D.振针到复写纸片的距离太小

3、质量都是m的物体在水平面上沿直线运动，A、B、C、D是它的运动图象，由图象可知

A.图B表明物体做匀速运动.

B.图C表明物体做减速直线运动

C.图D表明物体做加速直线运动

D.图A表明物体做匀速运动

4、一个人沿平直的街道匀速步行到邮局去发信，又以原速率步行返回原处，设出发时的方向为正，在下列四个图中近似描述他的运动的是(  )

5、如图1-5所示是用打点计时器测瞬时速度实验时得到的一条纸带的一部分，从0点开始依照打点的先后依次标为0、1、2、3、4、5、6,现在量得0、1间的距离x=5.18 cm,1、2间的距离x2= -4.40cm， 2、3间的距离x3= :3.62 cm， 3、4间的距离x4=2.78 cm，4、5间的距离xs= =2.00cm，5、6间的距离x6=1.22 cm (f=50Hz)

(1)根据上面记录，计算打点计时器在打1、2、3、4、5点时的速度并填在下表中。

6、在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图给出了从0点开始，每5个点取一个计数点的纸带，其中0、1、2、3、4、5、6都为计数点。测得: s1=1.40cm，s2=1.90cm， s3=2.38cm，s4= 2.88cm，ss=3.39 cm, s6=3.87 cm。那么:

(1)在计时器打出点1、2、3、4、5时，小车的速度分别为: V1=__cm/s ，V2=_cm/s，V3=__cm/s，V4=__cm/s ，Vs=__cm/s。