2021学年2 时间 位移第二课时教案

第二节    时间   位移

第二课时    位移时间图像 位移时间的测量

【教学目标】

1.学会读位移时间图像，会用位移时间图像的意义解题

2.了解两种打点计时器的构造、原理和使用方法。

3.知道两种计时器打点的时间间隔都是由电源的频率决定的。如果电源的频率为50Hz，则每隔0．02s打一个点。

4.会利用打上点的纸带研究物体的运动情况，掌握一些处理数据的基本方法。

【教学重点】

1．学会使用打点计时器．

2．学会测量纸带上的位移和计算时间间隔．

3．会用描点法描绘物体的位移一时间图象，并从中获取物理信息．

【教学难点】

处理纸带的方法，用描点法画图象的能力．

【核心素养发展】

核心知识

1．了解打点计时器的计时原理，理解纸带中包含的物体运动的信息(时间、位移)．

2．会安装并使用打点计时器，理解根据纸带测量速度的原理并测量瞬时速度．

3．明确位移一时间图象的物理意义，描点法画图象的方法，并画出该实验中的位移一时间图象，能从图象中获取有用的信息．

核心能力

1．通过学生自己看打点计时器的说明书，培养学生独立学习的能力．

2．通过实验得出物体的运动信息，用数学方法表述出来．培养学生获取信息、处理信息的能力，体会处理问题的方法，领悟如何间接测一些不能直接测量的物理量的方法．

3．通过画位移一时间图象培养学生用图象法处理数据的能力，体验数学工具在物理发展中的作用．

4．体验实验中理性思维的重要，既要动手，更要动脑．

5．经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物体运动．

科学品质

1．感受打点计时器的巧妙设计思路，体会物理原理在解决实际问题中的指导作用，增强将物理知识应用于生活实际的意识．

2．经历实验过程，体验科学实验过程的艰辛与喜悦，并乐于探索自然界的奥妙．

3．体验用图象的方法描述物理现象的乐趣．培养学生用数学方法处理物理问题的意识．培养学生敢于创新和实事求是的科学态度和科学精神．

4．培养学生合作与交流的精神，有将自己的见解与他人交流的愿望，养成在合作中既坚持原则又尊重他人的习惯．

【教学方法】

探究、实验演示、多媒体影片欣赏、讲授、讨论、练习

【教学手段】

教具准备   

多媒体课件、电磁打点计时器、电火花计时器、学生电源、导线、纸带、刻度尺、坐标纸．

【教学过程】

一、位移—时间图象（x-t图）：

1．表示位移和时间的关系的图象，叫位移-时间图象，简称位移图象．

2．物理意义：描述物体运动的位移随时间的变化规律。

3．坐标轴的含义：横坐标表示时间，纵坐标表示位移。由图象可知任意一段时间内的位移或发生某段位移所用的时间。

4．匀速直线运动的x-t图：

①匀速直线运动的x-t图象是一 条倾斜直线，或某直线运动的x-t图象是倾斜直线则表示其作匀速直线运动。

②x-t图象中斜率（倾斜程度）大小表示物体运动快慢，斜率（倾斜程度）越大，速度越快。

③x-t图象中直线倾斜方式（方向）的不同，意味着两直线运动方向相反。

④x-t图象中，两物体图象在某时刻相交表示在该时刻相遇。

⑤x-t图象若平行于t轴，则表示物体静止。

⑥x-t图象并不是物体的运动轨迹，二者不能混为一谈。

⑦x-t图只能描述直线运动。

5．变速直线运动的x-t图象为曲线。

6．图象的应用：

（1）求各时刻质点的位移和发生某一位移对应时间

（2）求速度：

（3）判断物体的运动性质：

二、电磁打点计时器   

教师布置学生对照仪器看说明书，引导学生注意其重点：观察打点计时器并阅读其使用说明书，明确电磁打点计时器的结构、各部分的名称、工作原理及使用方法．

电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，如图1所示．工作电压为4 V～6 V．当电源的频率是50 Hz时，它每隔0.02 s打一次点．通电以前，把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面．当接通电源时，线圈产生的交变磁场使振动片(由弹簧钢制成)磁化，振动片的一端位于永久磁铁的磁场中．由于振动片的磁极随着电流方向的改变面不断变化，在永久磁铁的磁场作用下，振动片将上下振动，其振动周期与线圈中的电流变化局期一致，即为0.02s．位于振片一端的振针就跟着上下振动起来，这时，如果纸带运动，振针就在纸带上打出一系列小点。

图1

三、电火花计时器

电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，如图2所示.教师布置学生对照仪器看说明书，引导学生注意其重点：观察打点计时器并阅读说明书，明确两种打点计时器的结构、各部分的名称、工作原理及使用方法．使用时电源插头直接插在交流220V插座内，将裁成圆片(直径约38mm)的墨粉纸盘的中心孔套在纸盘轴上，将剪切整齐的两条普通有光白纸带(20mmX700mm)从弹性卡和纸盘轴之间的限位槽中穿过，并且要让墨粉纸盘夹在两条纸带之间．这样当两条纸带运动时，也能带动墨粉纸盘运动，当按下脉冲输出开关时，放电火花不至于始终在墨粉纸盘的同一位置而影响到点迹的清晰度．也可以用上述尺寸的白纸带和墨粉纸带(位于下面)做实验，还可以用两条白纸带夹着一条墨粉纸带做实验；墨粉纸可以使用比较长的时间，一条白纸带也可以重复使用，应注意降低实验成本。

图2

四、练习使用打点计时器

（一）实验方法和步骤：

1.把打点计时器固定在桌子上，了解其结构。

2.按照说明把纸带装好；

3.启动电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一行小点，随后立即关闭电源；

4.取下纸带，从能够看清的某个点开始，往后数出若干个点。如果数出N个点，这些点划分出来的间隔数是多少？由此计算出纸带从第一个点到第N个点的运动时间；

5.用刻度尺测量出第一个点到第N个点的距离。

（二）注意事项

(1)实验前，应将打点计时器固定好，以免拉动纸带时晃动，并要先轻轻试拉纸带，应无明显的阻滞现象。

(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)手拉动纸带时速度应快一些，以防点迹太密集。

(4)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。

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

(6)打点计时器不能连续工作太长时间，打点之后应立即关闭电源。

(7)对纸带进行测量时，不要分段测量各段的位移，正确的做法是一次测量完毕(可先统一测量出各个测量点到起始测量点O之间的距离)。读数时应估读到毫米的下一位。

（三）误差分析

(1) 测量计数点间的位移x带来误差。减小此误差的方法是一次测量完成，即一次测出各计数点到起始计数点O的距离，再分别计算出各计数点间的距离。

(2) 计数点间的时间Δt搞错。几个计数点间的时间间隔为Δt＝(n－1)×0.02 s。而非Δt＝n×0.02 s。

(3) 作x ­t图像不用坐标纸、尺子，坐标单位选定的不合理，作图粗糙带来误差。

五、例题：使用电火花计时器分析物体运动情况的实验中：

(1)在如下基本步骤中，正确的排列顺序为________________________。

A．把电火花计时器固定在桌子上

B．安放纸带

C．松开纸带让物体带着纸带运动

D．接通220 V交流电源

E．按下脉冲输出开关，进行打点

(2)在安放纸带时，要检查墨粉纸盘是否已经正确地套在________上，还要检查________是否夹在两纸带之间。

解析：根据实验原理，通过对实验仪器的观察，掌握新仪器的使用方法是一种重要的实验能力。电火花计时器的特点是：打点是靠放电针和墨粉纸盘之间火花放电来实现的，故其操作步骤和电磁打点计时器是相仿的，墨粉纸盘应套在纸盘轴上，目的是使它可以转动，均匀地被利用。墨粉纸盘夹在两条白纸带之间，目的是使墨粉纸盘可以更好地转动。

答案：(1)ABDEC　(2)纸盘轴　墨粉纸盘

六、板书设计

七、作业

教材第22页第5题．

八、视野拓展

J0201－1型数字计时器使用方法

(1)使用前的检查与调整：第一步，先不插入光电门，把功能转换开关K1拨向S1计时档，打开电源开关，数码管应跳字。第二步，把两个光电门分别插入输入插座“Ⅰ”、“Ⅱ”，数码管应停止跳字；如果仍不断跳字，表明光电门的发光管光线没照准接受管，或者光电门的四芯插头没插好，应仔细加以调整，直至数码管停止跳字为止。第三步，检查清零性能，按一下“复位”钮，数码管应全部清零；间隔2、3秒钟连续接通电源，数码管应能自动全部清零。

　　仪器接通电源后，要经五分钟预热，使时基脉冲达到稳定后，再开始使用。

　　(2)S1档计时：K1置“S1”档，对任一光电门遮光，便开始计时，露光则停止计时。数码管显示的数字为遮光的时间值。

　　(3)S2档计时：K1置“S2”档，对任一光电门第一次遮光即开始计时，第二次遮光则停止计时。数码管显示的数字为两次遮光间隔的时间值。

　　S1和S2档计时所得时间值的读数，为数码管显示的数字与所取的时基信号单位之积。假如显示的数字为153，时基信号为1毫秒时，读数为153毫秒；时基信号为10毫秒时，续数则为1.53秒。

　　(4)光控计数：K1置“计数”，对任一光电门每遮光一次，数码管就累加一个字，显示出遮光的次数。

　　(5)数码管窗口玻璃丝有机玻璃，经摩擦会产生静电，以致感应数码管的亮段消失，要待一会才能恢复。因此，在使用过程中，禁忌用手或其它干燥物揩试窗口玻璃，以免造成数码管暂时不亮的现象。