第一章第4节实验：用打点计时器高速度教学目标（1）基本知识：计时器的作用，两种打点计时器的异同，工作电压，用纸带上的点迹定性分析速度变化，用v-t图分析速度变化，时间间隔的选取。（2）基本方法：瞬时速度v的计算，记录表格设计的程序与规范。（3）基本技能：计时器固定与纸带安装，纸带的选择，起点选择与计数点的标注，位移x测量，时间t计算，作图象，曲线拟合。（4）基本经历：实验设计过程，实验所需器材，规范的实验操作步骤，利用打点计时器原理分析实际运动的速度。学情分析 “打点计时器”是高中学生实验中用的最多，自然也是考查最高频的实验器材，本课是高中阶段学生用打点计时器做的第一个实验，也是整个高中物理课程的第一个实验。以往这节课的教学往往重在实验操作与步骤，数据记录与处理的教学，至于“打点计时器”这一器材，似乎是横空出世，为什么要用打点计时器来测速？利用打点计时器测速的优势和劣势各是什么？生活中我们又用什么测速？等一系列问题学生在认知上是存在困惑的，匆匆地让学生用陌生的打点计时器进行实验，学生对测速的原理和方法的认识是不深刻的，对实验技能的掌握是不牢固的，当遇到其他类似测速装置时，自然不能顺利完成知识的迁移。因此本节课将从学生的认知的角度来设计教学，具体从如何求瞬时速度，如何设计实验，如何用打点计时器测速度，如何利用测出的速度对物体的整个运动过程进行分析，如何利用时位同定的原理分析生活中真实运动的速度等方面进行展开。重点难点重点：（1）打点计时器使用的方法与实验步骤（2）实验数据的记录与处理教学策略：采用边讲边做的方式，引导学生在做实验中发现问题，并试着解决问题。难点：（1）利用测速原理设计打点计时的实验方案（2）理解视频、频闪照相、光电门测速的原理教学策略：引导学生尝试用平均速度表示瞬时速度的方法设计理想的实验方案，评价打点计时器时位同定的的优势和在分析生活中实际运动中的劣势，进而分析其他装置的测速原理。教学过程4.14.1.1开门见山前面我们学习了关于一个物体的运动可以从物体位置的变化位移 ，物体位置变化的快慢速度 ，两个角度来描述，今天我们来学习如何通过实验的方法来测物体运动的速度。比如现在老师的手在黑板前做直线运动（在黑板前演示）。4.1.2设计实验问1：如何求手做直线运动时的速度？（学生思考、交流、讨论、回答）通过测量手运动的位移及时间来计算，。这样求得的速度为平均速度，但手的运动可能是变速直线运动，平均速度无法精确描述手在各个时刻的运动快慢。问2：如何求手在某一时刻，某一位置的瞬时速度？（学生思考、交流、讨论、回答）师生一起归纳：当， 时可以用平均速度代替瞬时速度：比如求A点的瞬时速度可通过求AB、AC、BC等的平均速度来代替求B点的瞬时速度也可以用类似方法，如通过求AE的平均速度来代替求C点的瞬时速度可通过求AF的平均速度来代替，以此类推。问3：为了求手在各时刻的瞬时速度，实验时需要记录哪些物理量？（学生思考、交流、讨论、回答）师生一起归纳：求：实验时需要记录物体在不同时刻的位置求：实验时需记录物体在不同位置的时刻小结：时位同定问4：理想的实验器材是怎样？理想的测量位移的仪器：mm刻度尺理想的记时记位仪器：打点计时（演示手握粉笔一边运动，一边在黑板上打点）分析：为了便于测量：时间间隔已知且相等为了精确：时间间隔要小为了精确：减少摩擦介绍：频闪紫外线灯和光影画布（演示：用左手在黑板上固定光影画布，右手拿着频闪紫外线灯在画布上方运动，在画布上留下了清晰的光迹）问5：如何用这套器材研究左手运动的快慢？（学生思考、交流、讨论、回答）右手按住频闪灯不动，左手拖着画布一起运动（演示：右手按住频闪灯不动，左手拖着画布一起运动，再画布上留下了清晰的光迹）4.1.3动手实验3.1实验操作3.1.1仪器介绍：实验室也有类似的打点计时装置：电磁打点计时器 电火花打点计时器（视频介绍）装置结构、工作原理、工作电压、打点周期。问6：两种打点计时器的异同是什么？（学生思考、交流、讨论、回答）比较与区分：打点周期相同，结构不同、工作电压不同、电磁打点计时器振针和纸带间的摩擦以及限位孔和纸带间的摩擦，系统误差较大 。3.1.2仪器的固定与纸带的安装问7：如果用他们研究手的运动快慢，是手拿着打点计时器运动还是手拿着纸带运动？理论上都可以，但为了方便实验需要将打点计时器固定。（学生动手安装打点计时器和纸带）（1）打点计时器的安装（展示学生错误）小结：两限位孔的方向与物体运动的方向在同一直线上（2）纸带的安装（展示学生错误）小结：纸带穿过限位孔，从复写纸或墨粉纸盘下穿过3.1.3学生实验问8：先打点还是先拉纸带？（学生在尝试实验后思考、交流、讨论、回答）先拉纸带再打点，留下点迹较少教师补充：刚打开电源时，电流不稳定，线圈需要预热一会，再实验。小结：先启动电源，后拉纸带，随后立即关电源(避免线圈过热而损坏)问9：选择怎样的纸带进行分析？（展示学生打的纸带）小结：控制手拉纸带的方向和速度，直到打出点迹清晰，无漏点、重点、拖尾的纸带3.2数据分析3.2.1定性分析问10：如何从纸带上定性分析物体速度的变化？从纸带上点迹判断速度变化：纸带上点迹分布越密，速度越小，点迹分布越疏，速度越大3.2.2定量分析数据记录:起点选择与计数点的标注：从能看清的点开始每隔相等的合适间隔（t0）标1个计数点，依次用0、1、2、3、4、5表示记录表格设计的程序与规范：（1）写明实验名称；（2）注明物理量的名称、符号和单位；（3）表格的列数（或行数）要兼顾物理量与测量次数(点)（一般至少要有5、6个）；（4）行数（或列数）要兼顾直接测量与间接计算量；（5）反映测量值函数关系的数据表格，应按自变量由小到大或由大到小顺序排列问11：如何通过纸带上的点迹定量计算物体各时刻的瞬时速度？位移x测量：用毫米刻度尺测量包含计数点的一段位移；为减小测量误差，常采用一次性连续测量各段位移，要注意单位和正确读数（应估读到0.1mm）时间间隔选取：根据实际情况选择合理的两点测量间距（在可准确测量的范围内，两点间时间越小，替代的准确性越高）。时间t计算：数出相应的点迹间隔数N，t=NT，T为打点计时器的打点周期，即0.02s.瞬时速度v计算：在间隔时间t很小时，可以用平均速度 近似代替瞬时速度3.2.3图像分析在表格中我们只能粗略得知纸带在有些间断的点的速度。要想形象的了解纸带的速度变化规律我们还要借助于图象问12：如何建立合适的坐标系？建立坐标系：以确定的两个物理量为纵、横轴，建立直角坐标系，在把握数据大小的基础上选择合适的分度；纵横坐标的比例可以不同，而且标度也不一定从零开始。问13：如何拟合图线？（展示学生做的图）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，实验中又不可能把所有时刻的速度都测出来。曲线拟合：对于渐变的物理过程，要用平滑曲线拟合；拟合时要注意“顺势”、“平滑”，对于难以落在曲线上的点应使它们大致均匀地分布在曲线两侧，个别明显偏离其他数据点的点可以忽略。问14：若已知物体做匀速直线运动，如何拟合图线？曲直线的选择：探究未知规律用光滑曲线连接，已知物理量间的物理规律为线性关系用直线连接。问15：如何通过v-t图象判断物体的速度变化？例：由v-t图象判断速度变化：t=0时的纵坐标表示初速度；曲线与横轴平行表示速度大小不变，向上表示速度变大，向下表示速度减小；图线在时间轴上方与下方表示运动方向相反。4.1.4学以致用4.1利用视频测速（视频演示汽车启动）问16：能否用打点计时器分析汽车的速度？请你当交警：已知视频中这一路段限速30km/h，用今天所学的知识来判断视频中汽车是否超速违章。对于这种生活中真实的运动，用实验室的打点计时器来测速，显然不现实。问17：测量物体运动的速度关键是记录什么？从前面打点计时器测速的实验我们知道了测速的关键是记录物体在不同时刻的位置信息和时间信息，即时位同定。问18：如何用视频测量汽车的速度？这是一段汽车启动的视频，好比动漫是一张张漫画组成的，其实视频也是有一帧帧时间间隔相等的画面组成的，也就天然的记录了汽车运动的时位信息，我们可以通过对视频定量分析来测汽车运动的速度，这种通过视频来测速的方法现在已经成为应用最广泛的测速方法。（视频分析的演示）建立坐标系，用比例尺功能将视频还原到真实尺寸，对汽车的位置信息逐帧采集，记录汽车运动的时位信息，通过计算相邻两位置平均速度的方法求中间时刻的瞬时速度。画v-t图像对汽车整个过程的速度进行分析4.2利用频闪照相测速过渡：（演示如何将视频变成频闪照片）如果将视频中的各帧画面在同一张照片中呈现，就在同一张照片中记录了物体运动的时位信息，这种照片叫频闪照片，利用频闪照片也可以测真实运动的速度。（图片演示各类频闪照片）问19：用频闪照相分析真实的运动首先要做什么工作？注意首先也要通过比例尺将照片还原到真实。4.3利用光电门测速简单介绍光电门测速的原理问20：光电门测速的缺陷是什么？（师生互动体验）请一位同学坐在坐位上用双手模拟光电门，老师用一个手模拟挡光片，测老师运动至同学处的瞬时速度。（学生在观察后思考、交流、讨论、回答）如果光电门固定，只能定点测速，若要测各个位置的速度，需要安装多的光电门。问21：如何用一个光电门测物体运动过程中各个位置的速度？（学生在思考、交流、讨论、回答）在各位置固定挡光片，让光电门运动起来，测物体在各位置的速度（师生互动体验）老师用双手模拟光电门，一组同学坐在座位上分别用单手模拟挡光片，测老师运动过程至各位置的瞬时速度。（图片展示基于无线技术的光电门测速仪器）4.1.5总结收获请学生试着总结这节课的收获。教师可从基本经历、基本知识、基本方法、基本技能四个维度总结。4.1.6课后思考课后通过百度百科查询“道路违章测速方法”了解地感测速、视频测速、微波测速、声波测速、红外测速、激光测速等各类测速方法的原理。8