4 实验：用打点计时器测量小车的速度（表格式教学设计）物理教科版2019必修第一册

第4节 实验：用打点计时器测量小车的速度 年级 高一年级 学科 物理 教师 课题 第4节 实验：用打点计时器测量小车的速度 教学 目标 物理观念 根据相关实验器材，设计实验并熟练完成实验操作。 科学思维 会运用已学知识处理纸带，求出各点的瞬时速度。 科学探究 初步学习根据实验要求设计实验来完成某种规律的探究。 科学态度 与责任 通过对纸带的处理，将实验数据用图像来展现，养成实事求是的科学态度，能灵活地运用科学方法来研究问题，提高创新意识。 教学 重难点 1.进一步练习使用打点计时器(重点)。 2.会测量小车的瞬时速度(重难点)。 3.会用v-t图像处理实验数据(重点)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：在上一节我们了解了测量速度的几种方法。那么，具体如何用打点计时器测量物体的运动速度呢？ 学生：使小车拉动纸带运动，用打点计时器按相同的时间间隔在纸带上打出一系列点迹，这些点迹对应着各时刻小车的位置。通过测量各个时刻小车的位置，算出相邻时刻间的位移，我们就可以算出小车的速度了。 学生思考讨论并回答问题。 新课讲授 教师：具体需要哪些实验器材呢？ 学生：小车、附有滑轮的长木板、打点计时器、纸带、细绳、刻度尺、坐标纸等。 教师：要如何安装这些实验器材？ 学生：把打点计时器固定在长木板没有滑轮的一边，纸带前端固定在小车后部，然后穿过打点计时器，小车前端的细绳穿过定滑轮垂下，如图所示 教师：引导学生正确安装器材，进行合理、准确的操作，得到一条点迹清晰的纸带。并巡视全场，对出现的问题予以及时纠正。 学生：分组进行实验，得出至少3条纸带。 教师：对于你们实验中所得到的纸带，要怎样进行选取与测量呢？ 学生：在3条纸带中选择一条点迹最清晰的纸带。为了便于测量，一般舍掉纸带开头一些过于密集的点迹，找一个适当的点作计时起点(0点)。每5个点(相隔T=0.1 s)取1个计数点进行测量(如图所示，相邻两点中间还有4个点未画出)。 教师：如何计算各个计数点的瞬时速度呢？ 学生：时间间隔很短时，可用某段时间的平均速度表示这段时间内中间时刻的瞬时速度，即vn＝。 教师：请将各个计数点的瞬时速度填入下表。 位置编号 0 1 2 3 4 5 … 时间t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 vn/(m·s－1) 教师：结合表格数据，要怎么才能合理作出对应的v－t图像呢？ 学生：(1)定标度：坐标轴的标度选取要合理，应使图像大致分布在坐标平面中央。 (2)描点：描点时要用平行于两坐标轴的虚线标明该点的位置坐标(所描的点一般用“·”标明)。 (3)连线：用一条平滑的曲线或直线“拟合”这些点。让所画的直线连接尽可能多的点，不能连接的点应均匀分布在直线两侧，舍弃离直线较远的点。 教师：实验过程中需要注意什么？ 学生：1.开始拉动小车时，应使小车靠近打点计时器。 2.先启动打点计时器，等打点稳定后，再放开小车。 3.打点完毕，立即关闭电源。 4.选取一条点迹清晰的纸带，舍掉开头点迹密集部分，选取适当的计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少。 5.不要分段测量各段距离，应尽可能地一次测量完毕(可统一量出各计数点到计时起点的距离)。 6.在坐标纸上画v－t图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像大致布满坐标纸。 例1 在“用打点计时器测量小车的速度”的实验中， (1)下列给出的器材中，有一部分已经选好了，请选出还需要的器材。 A.电磁打点计时器 B.天平 C.低压交变电源 D.低压直流电源 E.细绳和纸带 F.槽码和小车 G.秒表 H.一端有滑轮的长木板 I.刻度尺 选出的器材有AEFH，还需要________。 (2)某同学按照以下步骤进行操作： A.换上纸带重复做三次，选择一条较为理想的纸带； B.将电磁打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，接上电源； C.把小车停在靠近电磁打点计时器的地方，先放开小车，再启动电磁打点计时器； D.断开电源，取下纸带； E.把一条细绳拴在小车前端，绳跨过滑轮挂上槽码，把纸带固定在小车后端并让纸带穿过电磁打点计时器的限位孔。 以上步骤有错误的是________(填步骤前的字母)，应更正为____________________________；步骤合理的顺序是________(填步骤前的字母)。 答案　(1)C、I　(2)C　先启动电磁打点计时器，再放开小车　BECDA 解析　(1)在本实验中，不需要测量小车和槽码的质量，因此不需要天平，电磁打点计时器使用的是低压交变电源，因此不需要直流电源，同时电磁打点计时器记录了小车的运动时间，因此不需要秒表。测量点迹间的距离需要刻度尺，所以还需要的器材是C、I。 (2)以上步骤有错误的是C，应先启动电磁打点计时器，再放开小车。根据组装器材、进行实验、数据处理的顺序，操作步骤顺序为：BECDA。 例2 某同学在“用打点计时器测量小车的速度”实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出0、1、2、3、4、5、6共7个计数点，计数点间的距离如图甲，相邻的计数点之间的时间间隔为T＝0.10 s。 (1)根据纸带上的数据，该同学已将1、2、3、5点对应时刻的瞬时速度进行计算并填入表中，请你将4点对应时刻的瞬时速度填入表中(结果保留3位有效数字)。 瞬时速度 v1 v2 v3 v4 v5 数值/(m·s－1) 0.165 0.214 0.263 ____ 0.363 (2)将求出的各个时刻的瞬时速度标在如图乙坐标系中，并画出小车的速度随时间变化的关系图像。 乙 答案　(1)0.314　(2)见解析图　 解析　(1)4点对应时刻的瞬时速度大小为 v4＝≈0.314 m/s。 (2)根据表格中数据在坐标系中描点，观察发现各点大致在一条直线上，用直线拟合各点，得出v－t图线。 学生进行实验操作，及时提出问题。 学生进行数据计算，并填入表格。 课 堂 练 习 1.某同学按如图所示的装置做“用打点计时器测量小车的速度”的实验。 (1)图中仪器A叫作____________，使用220 v________(选填“交流”或“直流”)电源，释放小车前，小车应停在________(选填“靠近”或“远离”)仪器A的位置。 (2)使用打点计时器分析小车运动情况的实验中，有以下基本步骤： A.释放小车让小车带着纸带运动 B.固定好纸带 C.把打点计时器固定在带定滑轮的长木板上 D.接通电源进行打点 以上步骤的正确顺序是________。 答案　(1)电火花计时器　交流　靠近　(2)CBDA 解析　(1)题图中仪器A叫作电火花计时器，使用220 v交流电源，实验过程中，释放小车前，小车应停在靠近仪器A的位置。 (2)使用打点计时器来分析小车运动情况的实验中，基本步骤为：先把打点计时器固定好，再固定好纸带，再接通电源进行打点，之后释放小车，让小车带着纸带运动，故正确的顺序是CBDA。 2.小明同学按如图所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验。 (1)释放小车时，实验装置如图甲所示，指出该装置中操作错误的是________。 A.电磁打点计时器接在直流电源上了 B.小车质量没有远大于槽码质量 C.小车离打点计时器过远 (2)如图乙为改正装置后打下的一条纸带的中间部分，A、B、C、D为其中连续打出的四个点(已知打点计时器打点时间间隔T＝0.02 s)。由于操作不慎，C点模糊了，小明仍用此纸带来研究。从图上可以读得A点在刻度尺上位置的读数为______ cm，在打下C点时小车的速度最接近于______ m/s(结果保留3位有效数字)。 答案　(1)AC　(2)3.00　1.40 解析　(1)电磁打点计时器应接在交变电源上；不需要满足小车质量远大于槽码质量；小车离打点计时器过远，故选A、C。 (2)A点在刻度尺上位置的读数为3.00 cm；打点计时器打点时间间隔T＝0.02 s，在打下C点时小车的速度vC＝＝ m/s＝1.40 m/s。 3.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图甲所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点(每相邻两个计数点间还有4个点没有画出)，电火花计时器接220 v、50 Hz交变电源，他经过测量并计算得到电火花计时器在打B、C、D、E、F各点时小车的瞬时速度如下表： 对应点 B C D E F 速度(m/s) 0.141 0.185 0.220 0.254 0.301 乙 (1)设电火花计时器的打点周期为T，计算vF的公式为vF＝________。 (2)根据表中的数据，以A点对应的时刻为t＝0，在图乙所示坐标系中合理地选择标度，作出v－t图像。 答案　(1)　(2)见解析图　 解析　(1)两个相邻计数点间的时间间隔t＝5T＝0.1 s。 计算vF的公式为vF＝。 (2)根据表中数据，利用描点法作出图像如图。 4.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，打点计时器使用的交变电源的频率为50 Hz，记录小车运动的一段纸带如图所示，在纸带上选取A、B、C、D、E、F六个计数点，相邻两计数点之间还有四个点未画出。 (1)由纸带提供的数据求出打下C、E两点时小车的速度，填入下表： 计数点序号 B C D E 计数点对应的时刻t/s 0.1 0.2 0.3 0.4 打下计数点时小车的速度v/(m·s－1) 0.25 0.45 (2)根据上表中的数据，在下图中作出小车运动的v－t图线，分析可知小车速度随时间变化的规律为__________________________________________________。 答案　(1)0.35　0.55　(2)见解析图　小车的速度随时间均匀增加　 解析　(1)用一段很短时间内的平均速度替代中间某点的瞬时速度，其中T＝0.1 s，则vC＝＝＝ m/s ＝0.35 m/s vE＝＝＝ m/s＝0.55 m/s。 (2)画出的v－t图像应为一条倾斜直线，如图所示。说明小车速度随时间均匀增加。 5.某同学在玩具赛车场看赛车比赛时，用相机连拍功能对某玩具赛车进行了连拍，然后他把连拍后的照片对应赛道位置排列好，如图所示。已知该相机的连拍频率是每秒10张，照片与实物的比例为1∶10。为了判断该赛车的运动情况，该同学对整理好的照片进行了研究。请根据图中数据回答下列问题： (1)该照相机连拍时，其拍摄周期为T＝________s。 (2)图中从左向右玩具赛车在第二个位置的速度v2＝________m/s，在第五个位置的速度v5＝________m/s。 答案　(1)0.1　(2)2.6　3.2　 解析　(1)每秒拍10张照片，则拍摄周期T＝ s＝0.1 s。 (2)设题图中前两段的位移为x1，最后两段的位移为x2，玩具赛车在第二个位置的速度为v2＝＝ m/s＝2.6 m/s。 玩具赛车在第五个位置的速度为 v5＝＝ m/s＝3.2 m/s。 课 堂 小 结 本节课的核心是通过小间变化的规律，经历科学探究实验，进一步掌握利用打点计时器研究物体运动的方法，最终得出小车速度随时间变化的规律。 板 书 设 计 第4节 实验：用打点计时器测量小车的速度 1.实验设计 2.实验器材 3.实验操作 4.处理数据 5.绘制v-t图像 6.注意事项 作业 布置 1.完成教材课后作业：“练习与应用”。 2.配套同步作业。 教学反思 本节课教学重点有两点：一是利用极限思想，时间很短时，平均速度可以近似看成瞬时速度；二是会建立v-t坐标系，并能利用描点作图法描点、拟合曲线并描述物体运动的规律。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $