1、瀘西一中2014-2015學年上學期高一物理第3單元教學設計16第3單兀運動參量的測量備課組成員：楊健、劉軍、張乾燕、錢正菊、呂丹、趙永文主備人： 備課時間：2014.10.29一內容及其解析（一）內容本單元的內容如下：運動參量的測量實驗的基本概念和儀器相關實驗偶然誤差 系統誤差 有效數字刻度尺電磁打點計時器電火花計時器練習使用打點計時器探究小車速度隨時間變化的規律利用光電門測速度利用頻閃照相法分析計算物體的速度本單元主要內容：高中物理實驗的基本知識認識及儀器的的使用、使用各種儀器測量運動 參量（位移、時間、速度和加速度）。核心內容：分析處理實驗數據（利用實驗數據計算速 度、加速度，會在 v

2、-t坐標系中描點、擬合直線并描述物體運動的規律）。（二）解析1、對核心內容的分析本單元是在勻變速直線運動規律的基礎上，進一步利用實驗研究各運動參量的測量方法。本單元說先認識物理實驗的基本概念儀器的認識，然后主要利用打點計時器（頻閃照片和氣墊導軌）分別測量個參量，最后是處理實驗數據。打點計時器的使用和實驗數據的分析 是本單元的主要內容。實驗數據的處理是對勻變速度直線運動規律的鞏固，其分析方法貫穿于高中物理實驗，在物理高考力學實驗中更是占有重要比例，所以分析處理實驗數據 （利用實驗數據計算速度、加速度，會在V -t坐標系中描點、擬合直線并描述物體運動的規律）是本單元的核心內容。二、目標及其解析（一

3、）目標1. 單元目標（1）能正確、熟練地使用打點計時器（2）會根據紙帶的點跡計算瞬時速度和加速度（3）能運用實驗數據描繪速度時間圖像，并會根據圖像描繪運動特點。2. 課堂教學目標（1）了解實驗的誤差分類， 知道系統誤差和偶然誤差的來源，會計算絕對誤差和相對誤差，知道有效數字的讀數規則。（2 ）認識打點計時器的分類和原理，掌握打點計時器的使用方法。（3） 了解打點計時器測速度的實驗方法，掌握測量瞬時速度和根據數據描繪速度時間圖 像的方法。（4） 了解用打點計時器探究小車速度隨時間變化的規律的方法，知道如何判定小車做勻 變速直線運動，掌握計算小車的加速度、瞬時速度的方法。（5） 了解利用氣墊導軌和

4、光電門測速度的方法，會根據光電門的測量數據計算瞬時速度 和加速度。（6） 了解用頻閃照相法測量物體速度的方法，會根據頻閃照片的數據計算物體的速度和加速度。（二）解析1. 認識打點計時器的分類和原理，掌握打點計時器的使用方法是指知道兩種計時器，了解計時器的工作原理，會根據計時器的電源頻率計算打點間隔時間和知道計時器在使用過程中的注意事項。2. 了解打點計時器測速度的實驗方法，掌握測量瞬時速度和根據數據描繪速度時間圖像的方法是指知道實驗步驟， 會利用毫米刻度尺測量紙帶點跡長度，會計算兩個計數點間的時間，會根據平均速度計算瞬時速度和利用加速度定義式計算加速度。能夠根據數據在坐標中合理選取橫縱坐標數值

5、然后描點連線繪制速度時間圖像。3了解用打點計時器探究小車速度隨時間變化的規律的方法，知道如何判定小車做勻變速直線運動，掌握計算小車的加速度、瞬時速度的方法是指知道在實驗中用紙帶的運動規律 代替小車的運動規律，然后利用逐差公式結合數據判斷小車運動類型，利用平均速度公式計算中間時刻瞬時速度，禾U用圖像和逐差公式計算加速度。4了解利用氣墊導軌和光電門測速度的方法，會根據光電門的測量數據計算瞬時速度和加速度是指光電門遮光板的長度厶X已知，并且非常小，由于滑塊通過光電門的時間 厶t非常短，所以在這段時間內滑塊的平均速度代替滑塊通過光電門的瞬時速度，利用速度位移公式計算加速度。三、教學問題診斷分析在本單元

6、教學中可能遇到的主要困難是實驗數據的分析，本單元的實驗均為驗證性實驗，所以實驗的重點傾向于數據的處理和分析，而試驗方法的要求較低，學生在數據的計算方法的選擇和準確性層次上會出現較多問題，所以在教學中應該結合勻變速度直線運動的規律分析數據，給學生留有足夠的時間去計算。四教學支持條件分析五教學過程設計3.1實驗誤差及有效數字問題一某學生在利用毫米刻度尺測量物理教材的長度時，由于尺子始端磨損以及讀數時人 眼稍微偏差，導致測量數據僅為32.45cm，而教材的真實長度為 32.50cm。請問：(1) 測量值的誤差來源？是屬于系統誤差還是偶然誤差？(2 )測量值的相對誤差和絕對誤差分別是多少？(3)測量值

7、與真實值分別有幾位有效數字？設計意圖：通過本題的解決讓學生了解系統誤差和偶然誤差，會計算相對誤差和絕對誤差， 知道有效數字的位數。師生活動：1. 物理實驗中的誤差可以完全避免嗎？2. 誤差有哪些類型？3. 系統誤差與偶然誤差的主要來源？4. 相對誤差與絕對誤差的計算方法?5. 有效數字位數的讀數規則?例1某質點做勻加速直線運動，通過A、B兩點的速度分別為1.403m/s、2.561m/s。則A、B兩點的平均速度 （保留三位有效數字），A、B兩點中間時刻的速度 （保留三位小數）。1. 誤差：測量值與真實值的差異稱為誤差。從誤差來源來看，誤差可以分為系統誤差和偶然誤差；評價實驗測量結果的優劣，從分

8、析數據看，誤差分為絕對誤差和相對誤差。（1）系統誤差：是由于儀器結構的缺陷、實驗方法不完善造成的。 實驗原理不夠完備。如用伏安法測電阻時，電流表和電壓表的內阻對實驗結果的影響。 實驗儀器本身的誤差。由于儀器本身的缺陷，如天平砝碼的標稱質量不準，電表指針沒有對準零刻度線，打點計時器的振針位置和電壓高低對實驗結果產生的影響。 實驗方法粗略而產生的誤差。如驗證機械能守恒定律，忽略空氣阻力對實驗的結果產生 的影響。系統誤差的基本特點是：實驗結果總是具有相同的傾向性，即總是偏大或偏小。減小系統誤差的方法：完善實驗原理，提高實驗儀器的測量精度，設計更精巧的實驗方法。（2）偶然誤差：由于各種偶然因素對實驗者

9、和實驗儀器的影響而產生的。偶然誤差的基本特點：實驗結果有時偏大，有時偏小，且偏大和偏小的機會相等，減小偶然誤差的方法是多次實驗的平均值作為實驗的結果。（3 ）絕對誤差：是測量值和真實值之差。（4 ）相對誤差：是絕對誤差和真實值之比，它反映實驗結果的精確程度。引入絕對誤差和相對誤差兩個概念是為了評價測量結果的優劣，絕對誤差只可以判別一個測量結果的精確度；比較兩個測量值的準確度則必須用相對誤差。2. 有效數字：測量肯定有誤差，測得的數值就只能是近似值，帶有一位不可靠數字的近似值叫有效數字。有效數字的最后一位是誤差所在位。有效數字的位數與小數點位置無關，如214與21.4都是三位有效數字。關于“ 0

10、”是不是有效數字可以這樣判斷：從左往右數以第 一位不為零的數字為準，其左邊的“0”不是有效數字，其右邊的“ 0 ”是有效數字。有效數字的讀數規則：在測量中，要按照有效數字的規則來讀數，測量儀器的讀數規則是：測量誤差出現在哪一位，讀數就應該讀到哪一位。一般可根據測量儀器的最小分度來確定讀數誤差出現的位置。最小分度為“1”的儀器，測量誤差出現在下一位，下一位按十分之一估讀，如最小刻度是1mm勺刻度尺，測量誤差出現在毫米的十分位上，應估讀到十分之幾毫米。最小分度為“ 2”或“5”的儀器，測量誤差出現在同一位，同一位分別按二分之一或五分之一估讀，例如學生用量程為0.6A的電流表，最小分度為 0.02A

11、，測量誤差出現在安的百分位，估讀半小格，不足半小格的略去，超過半小格的按半小格估讀。游標卡尺、秒表、 電阻箱不需要估讀。3.2認識打點計時器問題二1電磁打點計時器是一種使用 電源的計時儀器，它的工作電壓為 ，當電源頻率為50 Hz時，它每隔 s打一次點.使用電磁打點計時器時，應將紙帶穿過,復寫紙套在定位軸上， 并要放在紙帶的 面；應把電源用導線接 在接線柱上，打點時應先 ，再讓紙帶運動。2電火花打點計時器是一種使用 電源的計時儀器，它的工作電壓為 ，當電源頻率為50 Hz時，它每隔 s打一次點使用電磁打點計時器時，應將紙帶穿過,復寫紙套在定位軸上， 并要放在紙帶的 ;應把電源用導線接在 接線柱

12、上；打點時應先 ，再讓紙帶運動.設計意圖：師生活動： 1.電磁打點計時器電磁打點計時器是一種使用交流電源 的計時儀器，如上圖所示工作電壓為46V.當電源的頻率是50 Hz時，它每隔0.02 s打一次點通電以前，把紙帶穿過限位孔，再把套在限位孔接線柱振針線圈復寫紙定位軸紙帶振片軸上的復寫紙片壓在紙帶的上面當接 通電源時，線圈產生的交變磁場使振動 片（由彈簧鋼制成）磁化，振動片的一 端位于永久磁鐵的磁場中.由于振動片 的磁極隨著電流方向的改變而不斷變 化，在永久磁鐵的磁場作用下，振動片 將上下振動，其振動周期與線圈中的電 流變化周期一致，即為 0.02 s.位于振 片一端的振針就跟著上下振動起來，

13、這 時，如果紙帶運動，振針就在紙帶上打 出一系列小點（電磁打點計時器的主要 誤差來源）2. 電火花計時器（直徑約38 mm）的墨粉紙盤20 mm X 700 m m） 從彈性卡電源擁乩使用時電源插頭直接插在 交流220 V插座內，將裁成圓片 的中心孔套在紙盤軸上，將剪切整齊的兩條普通有光白紙帶（ 和紙盤軸之間的限位槽中穿過，并且要讓墨粉紙盤夾在兩條紙帶之間這樣當兩條紙帶運動時，也能帶動墨粉紙盤運動，當按下脈沖輸出開關 時，放電火花不至于始終在墨粉紙盤的同一位置 而影響到點跡的清晰度. 也可以用上述尺寸的白 紙帶和墨粉紙帶（位于下面）做實驗，還可以用 兩條白紙帶夾著一條墨粉紙帶做實驗；墨粉紙可以

14、使用比較長的時間，一條白紙帶也可以重復使 用，應注意降低實驗成本.練習：1. 打點計時器是（）A 測量時間的儀器B 測量加速度的儀器2.實驗室中為什么選用電火花打點計時器？C測量長度的儀器D 測量速度的儀器3.3實驗一：練習使用打點計時器 問題三一同學利用打點計時器打出的紙帶分析小車的運動速度時的實驗步驟如下：A 把打點計時器固定在帶有定滑輪的長木板上，把復寫紙套在定位軸上，讓連接小車的紙帶穿過限位孔，電磁打點計時器中紙帶壓在復寫紙下面；B 把打點計時器接在 10 V以下的直流電源上；C.拉動紙帶后，再接通電源；D .取下紙帶，以紙帶上起始點為O,依次在每個點上標出 A、B、C、D、E五個點，

15、用刻度尺分別量出兩點間的距離。得到了如圖所示的紙帶，若所選電源的頻率為50Hz，從O點開始，每兩個計數點之間還有 4 個計時點未畫出.測得 OA = 3.20 cm , AB = 3.90 cm, BC= 5.86 cm , CD = 7.58 cm ,|«eoABCDEDE = 9.72 cm.(1 )試糾正以上步驟中錯誤之處；(2 )判斷紙帶的運動類型；(3) AC、AD、AE、BD、BE段的平均速度(保留三位有效數字)；(4) B、C兩點的瞬時速度(保留三位有效數字)；(5) 能否算出O、E點的瞬時速度？設計意圖：通過此題讓學生認識兩種打點計時器使用的注意事項、如何由打出的紙帶

16、確定物 體運動各個參量。師生活動：1. 打點計時器在使用步驟中應注意哪些事項？2. 如何由紙帶上的點跡確定物體的運動性質？3. 如何由紙帶上的點跡確定物體的運動時間？4. 如何由紙帶上的點跡確定物體的位移？5. 如何由紙帶上的點跡計算某段時間內的平均速度?6. 如何由紙帶上的點跡計算某點的瞬時速度？50Hz,紙帶旁例1下圖是一位同學利用電磁打點計時器打出的一條紙帶，所選電源頻率為邊是一把最小刻度為 1 mm的直尺，試計算拖著紙帶做直線運動的物體：(1) 在AC這段時間內的平均速度;在B點的瞬時速度.上例中若電源頻率低于 50 Hz時，如果仍按50 Hz的時間間隔打一個點計算，則測出的速度數值將

17、比物體的真實值是偏大還是偏小?設計意圖：鞏固學生如何用打點計時器計算運動時間以及平均速度和瞬時速度的計算方法,讓學生學會正確讀取毫米刻度尺的測量值。練習：1. 某次實驗用打點計時器交流電的頻率為50Hz，紙帶的記錄如圖所示，圖中O點為紙帶的第一個點，接下來的前幾個點模糊，因此從A點開始每打五個點取一個計數點，(1)推測紙帶的運動是加速還是減速？(2) 在打出A、F這兩點的時間間隔中，紙帶運動的平均速度是多大?(3) A、B、C、D、E五個點的瞬時速度各為多大？作圖能力，鍛煉學生的數據運算能力。v-t圖像的3.4實驗二：探究小車速度隨時間變化的規律 問題四：某學生在用打點計時器做“探究小車速度隨

18、時間變化 的規律”的實驗時：1其開始時的裝配圖如下圖所示，其中有錯誤與不妥 之處，請把它找出來。2實驗室提供了以下器材：打點計時器、一端附有滑 輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、導線、交流電源、復寫紙、彈簧測力計，其中在本實驗中不需要的器材是。3如圖所示是由打點計時器得到的表示小車運動過程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計數點間還有四個點沒有畫出，打點計時器打點的時間間隔T= 0.02 s,其中x1 = 7.05 cm、x2= 7.68 cm、X3 = 8.33 cm、X4= 8.95 cm、X5= 9.61 cm、X6= 10.26 cm./_ABC_DE F C!r h兒_4.J()

19、制 燈 的玄4站缺(1 )請根據題目中所給的數據判斷小車的運動性質；(2 )請根據題目中所給的位移計算小車的加速度(保留三位有效數字)；(3)請在表中填入打點計時器打下B、C、D、E、F五個點的小車的瞬時速度(保留三位有效數字)；位置BCDEF速度(m s-1)(5)以A點為計時起點，在坐標圖中畫出小車的速度 -時間關系圖線，并根據你畫出的小車的速度-時間關系圖線計算出的小車的加速度a=m/s2 (保留三位有效數字)。設計意圖：通過此題讓學生了解在探究“探究小車速度隨時間變 化的規律”的實驗器材和注意事項，以及掌握如何根據紙帶判斷 小車的運動性質、計算瞬時速度和加速度的方法，同時鍛煉學生 的計

20、算能力。師生活動：1. 簡述“探究小車速度隨時間變化的規律”實驗的步驟以及注意 事項；2. 如何通過紙帶數據判斷小車的運動類型；3. 如何通過紙帶數據計算小車的瞬時速度；4. 根據瞬時速度作 V -t圖像時應該注意哪些事項；5. 根據紙帶數據計算小車加速度的方法有哪些。說明: 1實驗步驟：（1）一端附有定滑輪的長木板平放在實驗桌上，并使定滑輪伸出桌面，把打點計時器固定 在長木板上遠離定滑輪的一端，連接好電路。（2） 把一條細線拴在小車上，使細線跨過定滑輪，下邊掛上適合的鉤碼，啟動打點計時器， 然后釋放小車，讓小車拖著紙帶運動，打完一條紙帶立即關閉電源。（3）換上新紙帶，重復以上操作 3次。（4

21、）在v -1坐標系上描點，擬合圖線。在3條紙帶中選擇一條點跡最清晰的，舍去開頭一些過于密集的點， 找一個適當的點當做計時起點。每5個點取一個計數點進行測量，設相鄰兩個計數點的時間間隔為T。例1在探究小車速度隨時間變化規律的實驗中，得到一條如圖所示的紙帶， 按時間順序取0、 1、2、3、4、5、6都為共7個記數點。0到6每相鄰兩記數點間各有四個打印點未畫出，測得相鄰計數點的距離依次為S1= 1.40cm , S2= 1.90cm, S3 = 2.38cm , S4= 2.88cm, S5= 3.39cm,00.1 0.2 0.3 0.4 0.5=m/s2 （保留三位小數）。例2利用打點計時器研究

22、一個約1.4m高的商店卷簾窗的運動。將紙帶粘在卷簾 底部，紙帶通過打點計時器隨卷簾在豎直面內向上運動，打印后的紙帶如圖所示，數據如表格所示。紙帶中每相鄰兩點之間的時間間隔為0.10s,根據個間距的長度，可計算出卷簾在各間距內的平均速度，可以將平均速度近似地作為該間距中間時刻的瞬時速度v。（1） 請根據所提供的紙帶和數據，繪出卷簾窗運動的v-t圖線。（2） AK段的平均速度為m/s。0 s0. 1 s0.2 s4 -c0.3 s0+ 4 !SE0.5 s:FB s0.7 s：H0-8 sL 0 s；I間瞞間AB5,0BC10.0CD15d0DE20.0EF2Q. 0FGZO. 0GH0HI17.

23、0IJ8.0JK札0卷帝運動的敷據練習: 1.在利用打點計時器測量勻變速直線運動的加速度的實驗中，（1）測量原理根據的公式是 a=.（2）實驗中要用到的器材和測量儀器有（）A.小車B. 端帶滑輪的木板C.打點計時器D.低壓交流電源E.小鉤碼F.秒表G.刻度尺H.紙帶 I.細繩（3）某學生在實驗中操作有如下步驟，試按合理的順序把步驟序號填在下面的線上 A 把穿過打點計時器的紙帶固定在小車后面；B 把打點計時器固定在木板沒有滑輪的一端，并與電源相連接；C.換上新紙帶，重作兩次實驗；D 把長木板平放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌邊；E. 先讓小車停在靠近打點計時器處，接通電源，放開小車；F. 把一條跨過

24、滑輪的細繩一端拴在小車上，另一端吊一鉤碼；G.斷開電源，取下紙帶；H 求出三次測量加速度的平均值，作為測量的最后結果.2. 某次研究勻變速直線運動的實驗中，用打點計時器打出小車帶動的紙帶如圖，相鄰計數點間的距離分別用S2、S3、S4、S5、S6表示，計數點間的時間間隔用T表示，則如下計 算小車加速度大小的式子中正確的是(A (S6$1)/(5T2) B . (S3+S4-S1-S2)/(2T2)C. (S5$2)/(3T2)D (S4+S5+S6-S1-S2*3)/(9T2)50Hz,從紙帶上連續取出 A、3. 用打點計時器打出下落物體帶動的紙帶如圖.電源的頻率為B、C、D、E、F六個計數點，

25、用米尺測出 A、B 兩點間距離Si=4.08cm, E、F兩點間距離TTB C D F S2=5.64cm，試寫出用SS2和相鄰兩點間時間間隔T計算重力加速度的公式g=，代入數據求出g=(保留三位有效數字)4.用打點計時器測量物體做勻變速直線運動的瞬時速度(1) 測量原理根據的公式V= .(2) 用打點計時器打出下落重錘帶動的紙帶如圖，電源的頻率為 50Hz，從紙帶上連續取出A、B、C、D四個點，用米尺量出 A、B、-C、 D到計數點0的距離標在紙帶下0面則打下B點時重錘的瞬時速度Vb=m/s,打下C點時重錘的瞬時速度 Vc=m/s (保留三位有效數字)ABC20 00 2418 287633

26、74(cm)5.某次用打點計時器研究勻變速運動的實驗中，用打點計時器打出小車帶動的紙帶如圖，電源的頻率為50Hz 在紙帶上按時間一,.Ll f 順序取0、1、2、3、4、5共六個計03.?16.0821.8736.1&(Cltt)數點，每相鄰的兩點間均有四個點 未畫出.用米尺量出1、2、3、4、5點到0點的距離標在了紙帶下面，則小車的加速度大小為，方向6. 圖示的紙帶是由斜面下滑的小車通過打點計時器拉出來的，打點的時間間隔是 0.02s，現按每10個點劃分紙帶，數據已標在圖上，則小車運動的加速度為 (保留三位有效數字)7. 某同學在研究小車的運動實驗中，獲得一條 點跡清楚的紙帶，如圖所示，已知打點計時器 每隔0.02s打一個點，該同學選擇了A BDE、F六個計數點，測量數據如圖中所示， 單位是cm.(1)小車做什么運動?(2) 試計算瞬時速度VB、VC、VD、VE各多大?8. 在“探究小車速度隨時間變化的規律”的實驗中，若電源的頻率為50 Hz,記錄小車運動的紙帶如圖所示，在紙帶上選擇0、1、2、3、4、5共6個計數點，相鄰兩計數點之間還有四個計時點未畫出，已測得各計數點到0的距離見下表。*012345距離d10d20d30d40d50測量值/ cm1.004.009.0016.0025.00(1) 打點