1.4 实验：用打点计时器测量小车的速度 教学设计 -2025-2026学年高一上学期物理教科版必修第一册

课程名称

实验：用打点计时器测量小车的速度

选用教材

高中物理教科版必修一

教学章节

第一章第四节

授课对象

高一学生

授课类型

新授课

授课学时

1课时（45分钟）

一、教学内容分析

本节课是高中物理第一节完整定量分组力学实验，承接平均速度、瞬时速度、极限近似思想相关理论，完整呈现标准化物理实验完整流程。内容分为四大模块：第一部分介绍全套实验器材、装置组装规范，讲解两类打点计时器供电类型、纸带安放规范；第二部分梳理标准化实验操作步骤，着重强调先接通电源再释放小车的核心操作要求；第三部分规范纸带数据处理流程，包含清晰点迹筛选、刻度尺坐标读数、分段位移测算、平均速度计算；第四部分将短时间段平均速度等效为对应时刻瞬时速度，在坐标纸上绘制速度时间图像，配套自我评价习题巩固仪器、操作、数据处理核心考点，拓展位移时间放大图像深化极限思想。本课建立 “组装装置 — 实操采集纸带 — 测量计算数据 — 图像分析运动” 的通用实验范式，是后续匀变速直线运动、力学探究实验的基础实操模板。

二、学情分析

1. 知识基础

学生已经掌握平均速度、瞬时速度概念，理解极短时间内平均速度可以近似瞬时速度的极限思路；能够读取直线坐标、计算一段运动的快慢，但不熟悉打点计时器内部结构、供电参数；没有完整分组定量实验实操经验，不清楚纸带规范读数、数据表格填写方法，不会根据纸带数据绘制速度时间图像。

2. 能力基础

学生仅能完成纸面简单计算，动手组装成套实验装置的实操能力薄弱；刻度尺测量纸带时估读误差较大；小组分工配合意识不足，数据记录、长度测量、图像绘制分工混乱；无法自主筛选无重叠清晰点迹，图像坐标轴标度选取不合理。

3. 思维基础

学生存在典型认知误区：实操时习惯先释放小车再接通计时器电源，纸带前端空白无有效点迹；计算瞬时速度时直接选取间距很大的两段点，忽略极限近似条件；绘制图像随手连线，不会平滑拟合数据点；混淆电磁、电火花计时器的电源、电压参数。

三、教学目标

1. 物理观念

建立实验定量测速物理观念：打点计时器依靠固定相等时间间隔记录小车每一时刻位置，纸带上相邻两点间隔代表固定时长；两点间长度为位移，位移与对应时长的比值是这段过程平均速度；选取间距极近的两点算出的平均速度，能够等效为对应时刻瞬时速度，速度时间图像可直观展现速度随时间变化规律。

2. 科学思维

依托实验装置整体图建立成套实验装置建模思维；借助纸带点迹图建立点迹筛选、分段定量测算思维；利用 v-t 坐标绘图板建立图像规范绘制思维；结合刻度尺读数纸带图建立精准刻度测量、数据误差分析思维，实现装置搭建、纸带读数、数据运算、图像建模全链条思维训练。

3. 科学探究

观察整套实验装置，识别全部实验器材，掌握规范组装顺序；两人一组动手完成小车拉动纸带完整实操，牢记通电、释放小车先后顺序；筛选无重叠清晰纸带点迹，使用刻度尺读取各计数点坐标，分段算出位移与平均速度；将每段平均速度当作起始时刻瞬时速度，在坐标纸上描点绘制速度时间图像；完整经历 “认

识器材组装装置 — 分组实操打出纸带 — 测量坐标处理数据 — 计算速度绘制图像” 标准化实验探究流程。

4. 科学态度与责任

物理定量实验必须严格遵守规范操作顺序、精准估读测量刻度、客观记录原始测量数值，不能随意修改纸带测量结果；打点计时器是物理实验室基础精密计时仪器，规范操作、精准读数、客观记录是实验核心要求；分组实验依靠分工协作完成，培养严谨细致、实事求是、团队配合的实验素养，理解定量实验是验证物理运动规律的核心手段。

四、教学重难点

重点

全套实验器材识别、装置规范组装，先通电后释放小车的操作准则

纸带清晰点迹筛选、刻度尺坐标读数，分段计算位移与平均速度

依据纸带数据在坐标纸上规范绘制速度时间图像

难点

极限近似思想：时间间隔足够小时，平均速度等效瞬时速度

纸带测量刻度精准估读，合理选取坐标轴标度完成图像绘制

区分电磁、电火花打点计时器的电源类型、工作电压、打点间隔

五、教学方法

装置直观演示教学法：实验装置整体图完整展示器材组装结构；

分组实操探究法：学生两人一组动手完成纸带打点实操；

纸带读数分步讲授法：纸带点迹图分步示范点标记、刻度读取流程；

图像示范教学法：v-t 坐标绘图板示范描点、平滑连线作图规范；

刻度测量实操教学法：刻度尺读数纸带图示范纸带坐标精准估读。

六、教学资源

教科版必修第一册物理课本；实验装置整体图、纸带点迹图、v-t 坐标绘图板、刻度尺读数纸带图；电磁打点计时器、电火花打点计时器、带滑轮长木板、小车、纸带、刻度尺、细线；空白纸带、坐标练习纸、数据记录表格；多媒体课件、黑板、小组分工记录表。

七、教学设计

教学环节

教师活动

学生活动

认识整套实验装置，梳理器材与组装规范

          展示实验装置整体图

观看实验装置整体图，逐一识别全部实验器材；跟随教师梳理完整组装步骤，记住纸带安放位置、计时器固定位置；口头复述 “先通电，后释放小车” 的操作要求。

     出示观察思考问题：两类打点计时器分别使用哪种电源，纸带应当放置在什么位置？依次完整介绍全部实验器材：小车、带滑轮长木板、打点计时器、纸带、细线、刻度尺、坐标纸。分步讲解完整组装流程：计时器固定在木板无滑轮一侧，纸带前端固定小车尾部，完整穿过计时器限位孔，小车前端细线跨过定滑轮自然下垂。着重强调核心操作准则：必须先接通计时器电源，等待打点稳定后再松手释放小车。

     组织同桌互相指认图中每一件实验器材，完整复述组装先后顺序。

分组动手实操，打出清晰完整纸带

         下发全套实验器材，划分两人小组，明确分工：一人固定木板、接通电源，一人握持小车准备释放；巡视各组实操全过程，及时纠正先放小车后通电、纸带扭曲卡顿等错误操作。实操结束后，引导每组取出纸带。

          展示纸带点迹图

          讲解纸带筛选标准：选取点迹清晰、无重叠、无漏点的区间作为研究区间，把最左侧第一个清晰点标记为 O，后续依次标记 A、B、C、D 等计数点。

两人配合完成整套实操，打出完整纸带；对照纸带点迹图筛选有效点段，用笔逐个标记计数点；记录实操过程中出现的点迹模糊、漏点等问题。

纸带刻度读数与数据计算，测算位移、平均速度

          展示刻度尺读数纸带图

          示范刻度尺读数方法：刻度尺零刻度对齐纸带 O 点，读出每一个计数点对应的坐标数值，填入位置时刻表格；用后点坐标减去前点坐标得到相邻两点间位移，再用位移除以固定时间间隔算出对应平均速度，填入分段数据表格。同步说明：相邻两个点之间的固定时间长短由打点计时器频率决定。

对照刻度尺读数纸带图测量各点坐标，完整填写两张数据表格；小组分工完成分段位移、平均速度运算；记住平均速度的完整计算步骤。