《科学测量：做直线运动物体的瞬时速度 第1课时》教学设计【物理鲁科版高中必修第一册(新课标)】

第4节科学测量：做直线运动物体的瞬

时速度

教学目标

1. 知道打点计时器的结构，理解打点计时器的工作原理，掌握打点计时器的使用方法。

2. 经历完整的实验探究过程，体会科学探究的方法。

3. 初步了解数据拟合在物理中的应用。

4. 在处理数据时体会数形结合的思想在物理学的应用。

教学重难点

教学重点

设计实验过程、处理实验数据、打点计时器的使用

教学难点

设计实验过程、处理实验数据

教学准备

打点计时器（及相配套的电源、复写纸、导线）、轨道、小车、细线、钩码、刻度尺、纸带。

教学过程

新课引入

教师口述：前面我们学习了运动的描述、匀变速直线运动的规律。请同学们回忆一下这些内容。

教师口述：纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。前面我们仅是从理论来描述分析物体的运动，现实中的物体的运动是不是这个样子的？我们今天就通过实验来测量物体的速度，并研究相应条件下的速度的变化规律。

讲授新课

一、运动时间和位移的记录

教师活动：展示速度的定义的数学式。

教师设问：根据速度的定义，要得知物体的速度需要先知道物体的位移和发生这段位移所用的时间，这是非常容易理解的。可问题随之又来了，怎样得知物体的位移和发生这段位移所用的时间呢？

学生活动：学生之间讨论教师所提问题。

教师活动：展示电磁打点计时器的图片，讲解电磁打点计时器的工作原理。

电磁打点计时器是一种使用交变电源的计时仪器，工作电压为4~6 V，能够按照相同的时间间隔，在纸带上连续打点。当电源频率是50 Hz时，每隔0.02 s 打一次点。如果把纸带和运动的物体连在一起，纸带上各点之间的距离就表示相应时间间隔中物体的位移大小。而时间可通过两点之间点的个数和打点计时器打点的时间间隔来确定。

教师活动：展示电火花打点计时器的图片，讲解电火花打点计时器的工作原理。

电火花打点计时器的工作原理与电磁打点计时器相同，不过，在纸带上打点的不是振针和复写纸，而是电火花和墨粉。还有电火花打点时器的工作电压是市电，即220 V的交流电。

教师活动：安装打点计时器，手拉纸带，演示打点计时器的使用。

教师活动：将所打纸带撕成小段分给学生，让学生观察。

教师活动：讲解打点计时器使用的注意事项。

(1)电源电压要符合要求，电磁打点计时器应使用6 V以下的交流电源；电火花计时器要使用220 V交流电源。

(2)使用计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再拉动纸带。

(3)使用电火花计时器时，应注意把纸带正确穿好，墨粉纸盘位于纸带上方。使用电磁打点计时器时，应让纸带穿过限位孔，压在复写纸下面。

(4)使用电磁打点计时器时，如打出点较轻或是短浅，应调整振针距复写纸的高度。

(5)打点计时器不能连续工作太长时间，打点完毕后应立即关闭电源。

教师活动：再次演示打点计时器的使用，边演示边讲解打点计时器使用的注意事项。

二、测量小车的瞬时速度

2.1 实验目的

教师活动：向学生直接展示实验目的，即研究小车在重物牵引下速度随时间变化的规律。

2.2 实验原理与实验设计

教师设问：研究小车在重物牵引下速度随时间变化的规律，应如何设计实验？要测量哪些物理量，如何测量这些物理量？

学生活动：学生之间讨论教师所提问题，然后举手回答。

教师活动：理答。

按：若学生回答的思路不明确，教师可通过一些阶梯型问题作为引导。如学生不明确测量哪些物理量，就问学生要测量哪些物理量。若学生不明确如何测量这些物理量，教师设问通过什么器材怎样测量这些物理量。

按：对于学生设计的不使用打点计时器的方案，教师要给出明确的肯定。

教师活动：总结。

2.3 实验器材

教师设问：我们今天使用打点计时器来进行实验，请大家根据刚才的设计来列举实验器材。

学生活动：学生之间讨论教师所提问题，然后举手回答。

教师活动：理答。

按：在学生列举实验器材时，若学生列举的器材不全面，教师可设问没有此器材所带来的问题如何解决。

设计思路：使学生练习通过实验设计或实验原理来列举实验器材的习惯，而不是靠记忆。

2.4 进行实验

师生活动：让学生结合前面使用打点计时器的情况，回顾一下实验的注意事项。

教师活动：讲解实验操作。

（1）装置器材，把小车停在靠近打点计时器的位置。

（2）启动计时器，然后放开小车，让它拖着纸带运动。

（3）等小车运动至轨道的另一端，立即关闭电源。

（4）增减所挂的钩码（或在小车上放置重物），更换纸带，再做两次实验。

教师活动：强调注意事项。

（1）先接通电源，再施放小车。

（2）打点完毕立即关闭电源。

师生学生：学生开始进行实验，教师巡视并作必要指导。

2.5 处理数据

学生活动：根据纸带上的点迹，计算纸带上打相应点时的瞬时速度。

（1）舍弃纸带开头一些过于密集的点。

（2）可选择一定间隔（如0.1 s）的数据点进行测量，并求出打这些点时的瞬时速度。

（3）对于增减钩码后的两条纸带，重复上面的步骤。

2.6 分析数据

学生活动：以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系。根据所数据处理所得数据在坐标系中描点作出v-t图像。

教师活动：选取部分同学的v-t图像投影展示。

教师设问：请大家思考这些点分布的规律。

教师口述：我们看到，对于每次实验，描出的几个点都大致落在一条直线上。因此，可以很有把握地认为，如果是理想情况（没有实验误差），代表小车速度与时间关系的点真的能够全部落在一条直线上。

教师活动：讲解用直线拟合数据点的方法。

（1）尽可能多得让数据点落在这条直线上。

（2）舍弃个别的离要作的这条直线较远的点。

（3）若不能让所有的点都落在要作的这条直线上，则这些点平均分布在这条直线的两侧。

教师活动：演示用计算机绘制速度-时间图像。

典题剖析

例1在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，某同学的实验操作步骤如下，试找出其中的错误和遗漏的步骤(遗漏步骤可编上序号G)。

A.拉住纸带，将小车移到靠近打点计时器的一端后，放开纸带，再接通电源

B.将打点计时器固定在长木板无滑轮一端，并接好电路

C.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当的钩码

D.取下纸带，再断开电源

E.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔

F.从所打的纸带中选取理想的纸带进行测量分析

错误和遗漏：

（1）_________________________________________________________________