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教学打算教学目标
1.了解电磁打点计时器、电火花计时器的构造及工作原理，学会使用打点计时器.
2.把握测瞬时速率的方式，会用打出的纸带求瞬时速率.
3.理解速率随时间的变化图像，并能按照图像剖析物体的运动．
教学重难点
1.使用打点计时器.
2.测瞬时速率的方式，用打出的纸带求瞬时速率.
3.速率随时间的变化图像，按照图像剖析物体的运动．
教学过程
[知识探究]
一、了解打点计时器
1．作用及分类
打点计时器是一种使用交流(填“交流”或“直流”)电源的计时仪器，当电源频度为50Hz时，它每隔0.02s打一次点．打点计时器和纸带配合，可以记录物体运动的时间及在一段时间内的位移．供小学中学生实验用的打点计时器有电磁打点计时器和电火花计时器两种．
2．电磁打点计时器
(1)工作电流：6V以下的交流(填“交流”或“直流”)电源．
(2)原理：接通电源后，在线圈和永久吸铁石的作用下，振片便震动上去，推动其上的振针上下震动．这时，假若纸带运动，振针就通过复写纸在纸带上留下一行小点．
3．电火花计时器
(1)工作电流：220V交流(填“交流”或“直流”)电源．
(2)原理：当接通电源、按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电压经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，形成火花放电，于是在运动的纸带上就打出一行点迹．
4．两种打点计时器偏差比较
电火花计时器使用中对纸带运动阻力极小，因此系统偏差较小．
二、练习使用打点计时器
1．实验步骤
(1)把打点计时器固定在椅子上并穿好纸带．
(2)把打点计时器的两个接线柱接到交流电源上(电磁打点计时器接6V低压交流电，电火花计时器接220V交流电)．
(3)先接通电源开关，再用手水平带动纸带，纸带上就打下一行小点，随即立刻关掉电源．
(4)取下纸带，从能看得清的某个点开始，往前数出若干个点，假若共有n个点，这么n个点的间隔数为n－1个，则纸带的运动时间Δt＝(n－1)×0.02s.
(5)用刻度尺检测出从开始计数的点到最后的点间的距离Δx.
(6)借助公式v＝Δx/Δt估算出纸带在这段时间内的平均速率．
2．注意事项
(1)打点前应把手停在紧靠打点计时器的位置．
(2)打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再带动纸带．
(3)打点以后应立刻关掉电源
(4)对纸带进行检测时，不要分段检测各段的位移，正确的做法是一次检测完毕(可先统一检测出各个检测点到起始检测点O之间的距离)．读数时应估读到毫米的下一位．
三、用打点计时器检测平均速率和瞬时速率
1．按照纸带估算平均速率
用刻度尺测出n个点之间的宽度Δx，n个点之间的时间Δt＝(n－1)×0.02s．则平均速率v＝Δx/Δt.
2．按照打点计时器估算瞬时速率
(1)原理：取包含某一位置在内的一小段位移Δx，按照v＝Δx/Δt测出这一段位移内的平均速率，用这个平均速率代表纸带经过该位置的瞬时速率．通常地，取以这个点为中间时刻的一段位移来估算．
如图1所示，E点的瞬时速率可用D、F两点间的平均速率代表，即vE＝Δx/Δt.
图1
(2)数据处理：把纸带上能看得清的某个点作为起始点O，之后的点分别标上A、B、C、D、……，如图2所示，依次测出各点到O点的距离，再算出OA、AB、BC、……的距离x1、x2、x3、…….
图2
若打点计时器打点的周期为T，则A、B、C、D、……各点的瞬时速率分别为：vA＝（x1＋x2）/2T、vB＝(x2＋x3)/2T、vC＝(x3＋x4)/2T、vD＝(x4＋x5)/2T、…….
把数据填入下表，按照数据判定纸带运动速率的变化情况.
位置ABCDEFG
v/(mos－1)
3.注意
为了减少实验偏差，A、B、C、D……不一定是连续计时点，例如可以间隔T＝0.1s(即每隔四个点)取一个计数点，而估算计数点的瞬时速率时，Δx、Δt应取此计数点前、后两个点之间的位移和时间，即v＝(xn＋xn＋1)/2T.
四、用图像表示速率
[问题设计]
某同事按照打出的纸带，算出的各计数点的速率见下表.
t/s0.10.20.30.40.50.60.70.8
v/(mos－1)0.700.901.101.151.201.231.401.30
(1)用纵轴表示时间t，横轴表示速率v，构建平面直角座标系，在图3中做出物体的v－t图像．
图3
(2)v－t图像是不是质点运动的轨迹？从v－t图像中可以晓得什么信息？
(3)若质点做匀速直线运动，其v－t图像有哪些特征？
答案(1)
(2)v－t图像不是质点运动的轨迹．从v－t图像中可知任意时刻速率的大小和方向．
(3)匀速直线运动的v－t图像是与时间轴平行的直线．
[典例精析]
例1使用打点计时器时应注意()
A．无论使用电磁打点计时器还是电火花计时器，都应当把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸压在纸带的前面
B．使用打点计时器时应先接通电源，再带动纸带
C．使用打点计时器时，带动纸带的方向应与限位孔平行
D．打点计时器只能连续工作较短时间，打点以后要立刻关掉电源
解析电磁打点计时器使用复写纸，电火花计时器不用复写纸，故A错；实验时应该先接通电源，再带动纸带，故B正确；为减少磨擦，带动纸带的方向应该与限位孔平行，故C正确；打点计时器不能长时间连续工作，故D正确．
答案BCD
例2当纸带与运动物体联接时，打点计时器在纸带上打出点迹，下述关于纸带上点迹的说法中正确的是()
A．点迹记录了物体运动的时间
B．点迹记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移
C．纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况
D．纸带上的点越密，说明物体运动得越快
解析从打点计时器的用途出发对选项进行筛选．打点计时器每隔一定的时间打下一个点，因此点迹记录了物体运动的时间，也记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移；纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况，点迹越密物体运动越慢．
答案ABC
例3如图4所示是做“用打点计时器测速度”实验时得到的一条纸带的一部份，从0点开始按照打点的先后每两个点取一个计数点依次标为0、1、2、3、4、5、6……，现测得0、1间的距离x1＝5.18cm，1、2间的距离x2＝4.40cm,2、3间的距离x3＝3.62cm,3、4间的距离x4＝2.78cm,4、5间的距离x5＝2.00cm,5、6间的距离x6＝1.22cm(每0.02s打一次点)．
图4
(1)依据检测数据打点计时器测速度实验视频，估算打点计时器在打1、2、3、4、5点时的速率并填在下表中.
位置12345
v/(mos－1)
(2)依据(1)中表格，在图5中画出面包车的速率—时间图像，并说明货车速率变化的特性．
图5
解析(1)某点的瞬时速率可用包含该点的一段位移内的平均速率表示
打1点时：v1＝(x1＋x2)/4T≈1.20m/s，
打2点时：v2＝(x2＋x3)/4T≈1.00m/s，
打3点时：v3＝(x3＋x4)/4T＝0.80m/s，
打4点时：v4＝(x4＋x5)/4T≈0.60m/s，
打5点时：v5＝(x5＋x6)/4T≈0.40m/s.
将数值填入表格中.
位置12345
v/(mos－1)1.201.000.800.600.40
(2)描点并连线得货车的速率—时间图像．
由图像可知，货车速率均匀增大．
答案看法析
[自我检查]
1.用打点计时器可测纸带运动的时间和位移．下边是没有按操作次序写的不完整的实验步骤，根据你对实验的理解，在各步骤空白处填上适当的内容，之后按实际操作的合理次序，将各步骤的字母代号按次序写在空白处．
A．在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线，导线的另一端分别接在低压(选填“交流”或“直流”)电源的两个接线柱上．
B．把电磁打点计时器固定在椅子上，让纸带穿过，并压在下边．
C．用刻度尺检测从计时开始点到最后一个点间的距离Δx.
D．切断电源，取下纸带，假如共有n个清晰的点，则这段纸带记录的时间Δt＝.
E．打开电源开关，再用手水平地带动纸带打点计时器测速度实验视频，纸带上打下一系列小点．
F．借助公式v＝Δx/Δt估算纸带运动的平均速率．
实验步骤的合理次序是．
答案交流限位孔复写纸(n－1)×0.
2.打点计时器所用电源的频度为50Hz，某次实验中得到一条纸带，用毫米刻度尺测出各点间的距离如图6所示，则：AC＝mm，AD＝mm.这么由此可以算出纸带在AC间的平均速率为m/s，纸带在AD间的平均速率为m/s；B点的瞬时速率更接近于m/s.
图6
答案14.025.00.350.420.35
解析AC＝14.0mm，AC间的平均速率为xAC/2T＝14.0×10－32×0.02m/s＝0.35m/s；AD＝25.0mm，AD间的平均速率为xAD/3T＝25.0×10－33×0.02m/s≈0.42m/s.对描述B点的瞬时速率来说，AC段所取的位移间隔更小，更接近B点的真实速率，即B点的瞬时速率更接近于0.35m/s.