4.测量直线运动物体的瞬时速度（表格式教学设计）物理粤教版2019必修第一册

该高中物理教学设计聚焦“测量直线运动物体的瞬时速度”核心知识点，通过慢镜头视频（子弹穿透苹果、水滴落下）与高铁测速科技案例导入，衔接平均速度到瞬时速度的极限逼近原理，搭建从生活现象到实验原理的学习支架。 以新课标核心素养为引领，亮点突出：“四步操作法”规范打点计时器使用，强化科学探究能力，纸带分析与v-t图像绘制培养科学思维中的数形结合思想，数字计时器拓展学习体现传统实验与现代科技融合，渗透科学态度与责任教育。助力学生提升实验操作与误差分析能力，为教师提供清晰教学流程与反思指导，提升课堂效率。

第4节 测量直线运动物体的瞬时速度（教学设计） 年级 高一年级 学科 物理 教师 课题 第4节 测量直线运动物体的瞬时速度 教学 目标 物理观念 理解瞬时速度的物理意义，掌握测量原理（平均速度→瞬时速度的极限逼近）。 科学思维 通过误差分析培养批判性思维，用图像法处理数据建立数形结合思想。 科学探究 独立完成打点计时器操作，设计实验方案测量瞬时速度，分析系统误差与偶然误差。 科学态度 与责任 养严谨的实验操作习惯，认识精密测量对科技发展的重要性（如高铁测速技术）。 教学重难点 教学重点： 1、 打点计时器的操作规范 。 2、 瞬时速度的计算方法。 3、v-t图像的绘制与分析。 教学难点： 1、纸带点迹分析技巧。 2、极限思想在实验中的转化应用。 3、误差来源的全面分析。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 1. 播放慢镜头视频： 子弹穿透苹果的瞬间（速度约900m/s） 水滴落下的瞬间（速度约2m/s） 2. 提出问题： 如何用实验室器材测量这些瞬间的速度？ 3. 展示科技应用： 高铁车厢实时速度显示屏（渗透"中国速度"科技自豪感） 观察现象并思考测量原理。讨论生活实例 ，通过视觉冲击激发探究欲望，关联国家科技成就增强使命感，为实验原理做铺垫。 新课讲授 一、打点计时器 【认识打点计时器】：一种记录物体运动位移和时间的信息的仪器。 【总结】： 电火花打点计时器： 1． 基本原理：如图所示，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过放电针、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． 2． 工作电源：220V的交流电源，电源频率为50Hz时，每隔0.02s打一次点（打点周期为0.02s）。 【总结】： 电磁打点计时器： 1． 基本原理：接通交流电源后，线圈中产生周期性变化的磁场，振片被磁化，其极性随线圈中磁场的变化而变化，于是振片和永久磁铁之间就产生周期性的引力和斥力，振片就上下振动，带动其上的振针上下振动．这时，如果纸带运动，振针就通过复写纸在纸带上打下一系列的点． 2． 工作电源：4~6V的低压交流电源，电源频率为50Hz时，每隔0.02s打一次点（打点周期为0.02s）。 观察两种打点计时器，认识打点计时器的结构和原理。 思考并讨论： 1. 为什么打点计时器不能使用直流电？ 2. 假设交流电源的频率是80Hz，那么它将多长时间打下一个点？ 【总结】： 新课讲授 二、测纸带平均速度和瞬时速度 【问题1】 根据对打点计时器使用及原理的知识，你能设计出一个测纸带平均速度的实验方案吗? 1.测量平均速度 (1)实验思路： ①用手拉通过打点计时器的纸带时，纸带运动确定时间内的位移信息就被记录下来。 ②测出纸带计数点间的位移Δx 和所用的时间Δt，就可以算出平均速度。 （2）实验过程：强调"四步操作法"： ① 固定计时器（底板水平） ② 穿纸带（复写纸在振片下） ③ 启动电源→释放小车 ④ 关闭电源→取纸带 （3）数据收集处理 【问题2】 根据这节课我们对瞬时速度的学习，你能设计出一个测纸带某个点瞬时速度的实验方案吗? (1)实验思路： ①如果不要求很精确，用这个平均速度粗略地代表某个计数点的瞬时速度，也未尝不可。 示例：求B点瞬时速度 A B C ●━━●━━━━━●━━━━━● x₁=1.2cm x₂=3.0cm x₃=5.1cm vn = (xn+1 - xn-1 )/ 2T ②如果要求更为精确，可以把包含某个计数点在内的间隔取得小一些，那么时间 Δt 就会变短，用两点间的位移 Δx 和时间 Δt 算出的平均速度代表纸带在该计数点的瞬时速度，就会精确一些。 （2）数据收集处理 【讨论与交流】 根据上节课的学习，我们知道可以通过x-t图像形象直观的描述物体运动过程中的不同时刻的位置关系，那么我们是否可以用图像的办法，把物体的每个时刻的速度也反映出来呢？ 【总结】： 1.图像绘制（视频展示） (1)以时间t为横轴，速度v为纵轴建立平面直角坐标系； (2)根据自己算出的是手拉纸带的v、t，数据在坐标系中描点； (3)用一条平滑的曲线描出这些点，曲线所反映的情况就是速度v随时间t变化的情况。 学生分组讨论，写出方案设计思想 培养学生实验动手能力。 学生分组展示说明，是否有更好的方案。 培养学生的独立思考问题的能力。 分组组装器材，练习穿纸带 ，测量打点周期：将抽象极限转化为具体测量方案，通过规范操作培养实验素养，强化安全意识。 根据自己的纸带测量实践： 用刻度尺测量AB= x₁，BC=x₂，并根据vn = (xn+1 - xn-1 )/ 2T计算B点瞬时速度 。 按照同种方法，计算出纸带上多个点的瞬时速度，设计表格，记录数据。 根据表中数据作.学生动手再画图像 学生记忆并掌握速度时间图像的物理意义。 培养学生知识迁移能力 新课讲授 三、数字计时器 【问题】 展示光电门测速原理（教材"拓展"栏目） 【总结】： 数字计时器： 1． 计时装置：由数字计时器和光电门组成。 2． 基本原理：如图由数字计时器和光电门组成的计时装置。光电门的外形像门，其一边安装发光装置，另一边安装光线接收装置，并都与数字计时器连接。当宽度一丁点物体通过光电门时，光线被遮挡，数字计时器开始计时，当物体离开光线时停止计时，这样就可以记录物体遮挡一个光电门光线的短暂时间。 3． 应用 ①测量物体通过光电门位置的瞬时速度： 记录物体通过一个光电门的时间:光线遮挡，开始计时；物体离开，停止计时。记录时间为t.测量物体的遮光宽度，记录位移为d.物体通过光电门位置的瞬时速度为： ②测量物体经过两个光电门之间的平均速度： 记录物体通过两个光电门的时间:记录时间为Δt.测量两个光电门之间的距离，记录为s.物体通过两个光电门的平均速度为： 拓展学习：借助传感器与计算机测速度 观察数字计时器，认识数字计时器和光电门结构和原理。 利用数字计时器测量瞬时速度。 培养学生实验动手能力。 通过误差分析培养科学思维，培养学生知识迁移能力 现代技术对比体现传统实验与科技发展的传承。 学生观看视频 拓展学生对速度测量的方法，明确现代技术在物理中的应用。 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 一、单选题 1．关于打点计时器的原理和使用方法，下列说法中正确的是（　　） A．使用时先释放重物，再接通电源 B．打点计时器所接电源频率为50Hz，如果纸带上相邻两个计数点之间有4个点，则相邻两个计数点间的时间间隔是0.08s C．如果打点计时器在纸带上打下的点先密集后稀疏，则说明纸带的速度由小变大 D．电磁打点计时器接在220V交流电源上，电火花打点计时器接在6V交流电源上 【答案】C 【详解】使用打点计时器时应先接通电源，待打点稳定后再释放重物，A错误；由于打点计时器使用的是50Hz交流电源，打点周期，如果纸带上相邻两个计数点之间有4个点，则相邻两个计数点间的时间间隔，B错误；由于纸带上相邻两计数点间的时间间隔相等，如果打点计时器在纸带上打下的点先密集后稀疏，则说明纸带的速度由小变大，C正确；电磁打点计时器接在约8V交流电源上，电火花打点计时器接在220V交流电源上，D错误． 2．下列哪个仪器与另外三个仪器所测物理量不同 （　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】打点计时器、光电计时器和停表用来测量时间，弹簧测力计测量力的大小。 故选B。 3．甲、乙两图是高中阶段常用的两种打点计时器，下列说法正确的是（　　） A．甲图使用8V直流电源；乙图使用220V交流电源 B．由于打点不清晰，需要把振针调低，此时振针可以看成质点 C．利用纸带来记录时间和位置变化时，纸带可以看成质点 D．打点周期为0.02s，指的是时间间隔 【答案】D 【详解】A．甲图是电磁打点计时器，使用8V交流电源；乙图是电火花计时器，使用220V交流电源，选项A错误； B． 由于打点不清晰，需要把振针调低，此时振针大小形状不能忽略，不可以看成质点，选项B错误；C．利用纸带来记录时间和位置变化时，纸带大小不能忽略，不可以看成质点，选项C错误；D．打点周期为0.02s，指的是时间间隔，选项D正确。 故选D。 二、多选题 4．关于打点计时器的工作原理和使用方法，下列说法中正确的是（　　） A．打点计时器应接交流电源，交流电源频率通常为50 Hz B．如果纸带上相邻两个计数点之间有四个点，则相邻两个计数点间的时间间隔是0.08 s C．如果打点计时器在纸带上打下的点先密集后稀疏，则说明纸带的速度由小变大 D．电磁打点计时器接在220 V交流电源上，电火花计时器接在4~8 V交流电源上 【答案】AC 【详解】AD．打点计时器使用交流电源，电磁打点计时器使用4~8V的低压交流电源，电火花计时器使用220V交流电源，交流电源频率均为50Hz，故A正确，D错误； B．由交流电频率知打点周期为0.02s，相邻两计数点之间有四个点，则相邻两点间的时间间隔是0.1s，故B错误； C．打点的时间间隔是一样的，若点较密则速度较小，若点较稀则速度较大，故C正确。 故选AC。 5．某高速公路自动测速仪装置如图1所示，雷达向汽车驶来方向发射不连续的电磁波，每次发射时间约为百万分之一秒，两次发射时间间隔为t。当雷达向汽车发射无线电波时，在指示器荧光屏上呈现出一个尖波形；在收到反射回来的无线电波时，在荧光屏上呈现第二个尖形波。根据两个波的距离，可以计算出汽车距雷达距离，根据自动打下的纸带如图2所示，可求出该汽车的车速，请根据给出的t1、t2、t、c求出汽车车速表达式。则下面关于测速原理及结果表达正确的是（　　） A．第一次接收电波时汽车离雷达的距离为 B．第二次反射电波时汽车离雷达的距离为 C．汽车速度可表示为 D．汽车速度可表示为 【答案】BD 【详解】A．汽车第一次反射电磁波时，汽车距离雷达的距离为 则第一次接收电波时汽车离雷达的距离不为，故A错误； B．第二次反射电磁波时，汽车距离雷达的距离为故B正确； CD．汽车两次反射电磁波的时间间隔内的位移为 两次反射电磁波的时间间隔为 则汽车的速度为故C错误，D正确。 故选BD。 三、实验题 6．某同学在“测量做直线运动物体的瞬时速度”的实验中，打出如图所示的纸带，在纸带上选取A、B、C三个计数点。 (1)打点计时器应使用 (选填“交流电源”或“直流电源”); (2)纸带上A为先打的点，由此可知物体做 (选填“加速运动”或“减速运动”); (3)用刻度尺量得AB=3.82cm,AC=10.92 cm,所用电源频率为50 Hz。若物体做匀变速直线运动，则打下B点时物体的速度为 m/s(结果保留两位有效数字)。 【答案】(1)交流电源 (2)加速运动 (3)0.55 【详解】（1）打点计时器应使用交流电源才能工作。 （2）纸带上A为先打的点，点迹从前向后越来越稀疏，则物体做加速运动。 （3）打下B点时物体的速度为AC之间的平均速度，且 则。 7．(1)某兴趣小组的同学们要利用光电门测量速度。如左下图甲所示装置，实验中将铁架台竖直放置，上端固定电磁铁M，在电磁铁下方固定一个位置可调节的光电门A。先用刻度尺测量小球的直径d，测量结果如图乙所示，则 mm。 (2)接通电磁铁M的开关S，吸住小球：测出小球与光电门间的高度差；断开开关S，小球自由下落，记录小球通过光电门的挡光时间。若，则小球通过光电门时的速度大小 m/s（保留小数点后三位）。 【答案】(1)12.5 (2)6.250 【详解】（1）图乙可知刻度尺最小分度值为1mm，故读数保留到十分位，故小球的直径为 （2）小球通过光电门时的速度大小为 板 书 设 计 第4节 测量直线运动物体的瞬时速度 课 堂 小 结 一、实验原理 v_瞬 ≈ v_均 (当Δt足够小) 打点周期：T=0.02s (f=50Hz) 二、操作规范 1. 水平固定 2. 纸带穿线 3. 先开电源后释车 三、数据处理 1. 瞬时速度：vn = (xn+1 - xn-1 )/ 2T 2. 作图：v-t图→分析运动性质 作 业 布置 1. 完成课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步作业 教学反思 本节课通过分组实验成功实现"极限思想"的具象化，学生在纸带测量中展现出浓厚的探究兴趣，但在处理计数点时出现两点共性问题：一是部分小组未忽略起始模糊点，导致首个计数点选取错误；二是计算vB时混淆了xAC与xBC的测量区间。后续需在"纸带分析三步法"（一选清晰起点、二标计数点、三测相邻位移）加强示范。对高铁测速案例的分析深化了科技责任感，但需补充更多国产技术案例（如"复兴号"主动控制技术）以增强民族自豪感。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$