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111 一、內容及解析 電磁打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器，工作電壓為4 V～6 V．當電源的頻率是50 Hz時，它每隔0.02 s打一次點．通電以前，把紙帶穿過限位孔，再把套在軸上的復寫紙片壓在紙帶的上面．當接通電源時，線圈產生的交變磁場使振動片(由彈簧鋼制成)磁化，振動片的一端位于永久磁鐵的磁場中．由于振動片的磁極隨著電流方向的改變而不斷變化，在永久磁鐵的磁場作用下，振動片將上下振動，其振動周期與線圈中的電流變化周期一致，即為0.02s．位于振片一端的振針就跟著上下振動起來，這時，如果紙帶運動，振針就在紙帶上打出一系列小點 二、教學目標 知識與技能 1.了解打點計時器的計時原理,理解紙帶中包含的物體運動的信息(時間和位移) 2.會安裝并使用打點計時器,理解利用紙帶測量速度的原理并會測量瞬時速度 3. 明確速度---時間圖象的物理意義,描點法畫圖象的方法,并畫出該實驗的速度---時間圖象 過程與方法 1. 通過學生自己看打點計時器的說明書,培養(yǎng)學生獨立學習的能力 2.通過實驗得出物體的運動信息,用數學的方法表述出來.培養(yǎng)學生獲取信息處理信息的能力,體會處理問題的方法,領悟如何間接測量一些不能直接測量的物理量的方法。 3.體驗實驗中理性思維的重要,即要動手,又要動腦 情感態(tài)度價值觀 1.感受打點計時器的巧妙設計思路,體會物理原理在解決實際問題中的指導作用,增強將物理知識應用于實際生活的意識 2.體驗用圖象方法描述物理現(xiàn)象的樂趣,培養(yǎng)學生用數學方法處理物理問題的意識 [教學重點] 1.學會使用打點計時器 2.能根據紙帶計算物體運動的瞬時速度 3.會用描點法描繪物體的速度---時間圖象,并從中獲取物理信息 [教學難點] 處理紙帶的方法,用描點法畫圖象的能力 [教具準備] 打點計時器, 學生電源, 導線, 紙帶, 刻度尺, 小車細線及鉤碼, 坐標紙 三、教學過程 （一）、基本教學流程 注童事項 與學生交流討論 介紹打點計時器的結構原理 實驗原理講解 （二）教學情景 1 電磁打點計時器 布置學生閱讀打點計時器的說明書:明確打點計時器的結構,個部分的名稱,工作原理及使用方法. 師:電磁打點計時器是一種使用交流電的計時儀器.工作電壓為4—6V.當電源頻率為50Hz時, 打點計時器每隔0.02s打一個點.通電前把紙帶穿過限位孔并壓在復寫紙的下面.通電時,線圈產生的交變磁場使振動片磁化,振動片的一端位于永久磁鐵的磁場中,由于振動片的磁極隨著電流方向的改變而不斷變化,在永久磁鐵的作用下,振動片將上下振動.其振動周期與線圈中交流電的周期一致,即為0.02s.如果紙帶運動振動片一端的振針就會在紙帶上打出一系列的點. 思考:電磁打點計時器用低壓交流電源工作,能不能用直流電源呢,為什么? 師:電磁打點計時器的工作原理是靠交流電的方向改變來改變電磁鐵的磁極方向,從而使振動片上下振動的,且振動片的頻率與交流電的頻率一致.若使用50Hz的交流電打點周期正好是頻率的倒數為0.02s.若使用直流電振動片將無法振動, 打點計時器將打不出點! 2 電火花打點計時器的介紹 布置學生閱讀打點計時器的說明書:明確打點計時器的結構,個部分的名稱,工作原理及使用方法. 師:電火花打點計時器可以代替電磁打點計時器使用.與電磁打點計時器不同的是:電火花打點計時器的工作電壓是220V的交流電.使用時將電源插頭直接插在交流220V插座內就可以了.點火花打點計時器用墨粉和電火花打點.墨粉盤夾在兩條紙帶之間,當按下脈沖輸出開關時會產生高溫電火花,高溫電火花可以使墨粉汽化在紙帶上.當輸入交流電的頻率是50Hz時,電火花打點計時器也每隔0.02s打一個點.實驗是紙帶的兩面可以重復使用,注意降低實驗成本. 思考1:從原理上講兩種打點計時器哪種誤差更小,為什么? 學生討論: 師:電磁打點計時器使用時阻力較大:阻力包括振針和紙帶間的摩擦以及限位孔和紙帶間的摩擦.而電火花打點計時器在使用過程中阻力極小,這極小的阻力來自紙帶運動的本身而不是打點時產生的,因而系統(tǒng)誤差較小.同時電火花打點計時器操作簡易,安全可靠. 思考2: 打點計時器能記錄哪些信息? 生:時間(時間間隔)和位移 3、練習使用打點計時器 學生自主閱讀教材中的實驗步驟提示:教師指導學生練習使用打點計時器并引導學生思考下列問題: 問題1. 電磁打點計時器中怎樣安放復寫紙和紙帶? 師:將復寫紙?zhí)自趶蛯懠埗ㄎ讳N上,推動調節(jié)片可以調節(jié)復寫紙位置.將紙帶從復寫紙圓片下穿過即可. 問題2. 振針打的點不清晰或打不出點可能有哪些情況?怎樣調節(jié)? 師: 1.可能是復寫紙該換新的了 2.可能是振動片的振動幅度太小了,可以調節(jié)振動片的位置 3.可檢查壓紙框的位置是否升高而阻礙了振動片使振針打不到紙帶上,可將壓紙框向下調節(jié)到原來的位置 4.可能是振針的位置太高,調節(jié)振針直到能打出點為止 5.可能是選擇的4—6V的電壓太低,可適當調高電壓,但不得超過10V 問題3.為什么要先打開電源讓打點計時器先工作1—2s再松手打紙帶?可不可以先松手再打開打點計時器的電源? 師: 打點計時器打開電源后要經過一個短暫的時間才能穩(wěn)定工作,所以應先打開電源讓打點計時器工作1—2s后才能松手打紙帶.這樣做可以減小誤差 問題4. 打點計時器打完點后要及時關閉電源,這樣做有什么好處? 師:因為打點計時器是按照間歇性工作設計的,長期工作會導致線圈發(fā)熱而損壞 問題5.處理紙帶時從某個能看清楚的點開始,往后數出n個點,這些點之間的時間間隔應該怎樣確定? 師:每2個相鄰的點之間的時間間隔是0.02s,n個點之間的時間間隔為(n-1)倍的0.02s 問題6.怎樣根據紙帶上的點跡計算紙帶的平均速度? 師:測出兩個點的距離 ,數出兩個點之間有n段時間間隔,則再用公式即可計算出平均速度 4、用打點計時器測量瞬時速度 思想方法:用某段時間內的平均速度來粗略的代替這段時間內的某點的瞬時速度.所取的時間間隔越接近該點計算出的瞬時速度就越精確. 如圖:要計算E點的瞬時速度可以用D---E的平均速度來替代,也可以用E—F的平均速度來替代,還可以用D—F的平均速度來替代.這三種方法中D—F包含E點切比較靠近E點,所以用D—F的平均速度來替代E點的瞬時速度是最精確的! 可以用同樣的方法計算出圖中各點的瞬時速度填入課本24頁的表2中,從表中列出的點我們可以粗略的了解紙帶的運動情況. 5、 用圖象表示速度 在表2中我們只能粗略得知紙帶在有些間斷的點的速度.要想直觀地知道紙帶的速度變化規(guī)律我們還要借助于圖象怎樣用圖象來表示物體的運動速度呢? 學生討論: 師總結:在坐標紙上建立直角坐標系,用縱坐標表示物體的運動速度,用橫坐標表示時間,根據表2中各個時刻的速度,將(v,t)作為一組坐標在圖象中描點,將點連線后得出的圖象稱為速度---時間圖象(v---t圖象),簡稱速度圖象. 學生實際操作: 思考:我們從根據實際測量數據所描出的點的走向可以大致看出紙帶的速度變化規(guī)律.在把點連成線的時候我們是用折線來連還是用光滑的曲線來連呢? 學生討論: 師:我們所得到的圖象要根據具體的運動情況先作猜想，然后根據運動的特點判斷圖象的特征是直線還是曲線。速度的變化應該是比較平滑的,所以,如果用一條平滑的曲線來”擬合”這些點應該更符合實際情況. 小結： 電磁打點計時器和電火花打點計時器都是記錄物體在一定時間間隔內位移的儀器. v—t圖象:表示做運動的物體的速度隨時間變化的規(guī)律. 6、注童事項 1．紙帶打完后及時斷開電源。 3．應區(qū)別計時器打出的軌跡點與人為選取的計數點，通常每隔4個軌跡點選1個計數點，選取的記數點不少于6個。 4．不要分段測量各段位移，可統(tǒng)一量出各計數點到計數起點0之間的距離，讀數時應估讀到毫米的下一位。 5．應先接通打點計時器，后釋放紙帶 六、課堂訓練 1、在研究勻變速直線運動的實驗中，如圖所示，為一條記錄小車運動情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計數點，相鄰計數點間的時間間隔T=0.1s。 (1)根據_________________計算各點瞬時速度，則 VA=_______m/s，VB=________m/s，Vc=_______m/sVD=_______m/s，VE=______m/s。 （2）在如圖所示坐標中作出小車的速度時間圖線，并根 據圖線求出a=_______。將圖線延長與縱軸相交，交點的 速度是_______.此速度的物理意義是__________。 B A 7.5cm 27.6cm 60.3cm 105.6cm C D E 2、在研究勻變速直線運動的實驗中，如圖 所示為一次記錄小車運動情況的紙帶。圖中 A、B、C、D、E為計數點，相鄰計數點間還 有4個點（圖中未標出），計算計數點的瞬時 速度υB= m/s，υA= m/s； 111