3.2 匀变速直线运动的实验探究 教案 (2)

3.2
匀变速直线运动的实验探究
教案4
教材内容：《匀变速直线运动的实验探究》鲁科版新教材　高二年级　物理　必修一第三章第６课（需二个课时）　　
教材分析：本节是第3章匀变速直线运动的研究的第二节，在已经学习了匀变速直线运动的基础上，然后再以实验方法研究匀变速直线运动。课程标准中的要求是：经历匀变速直线运动的实验研究过程，了解匀变速直线运动的规律，体会实验在发现自然规律中的作用。会用打点计时器、频闪照相或其他方法来测量物体运动的位移和时间，从而求出运动的速度和加速度。
学情分析：在本节学习之前，学生已经学习了匀变速直线运动的特点以及速度、位移变化规律，已具有对匀变速直线运动规律的理论认识。但是对于匀变速直线运动并没有直接的形象感受，对图像的理解还不够深刻。对于描点作图，学生会误以为图像就是将所描的点用直线连起来。学生对上一节课的内容有所复习，以及对新课预习的基础之上学习本课。
教学目标：
1、知识与技能：
a、会用打点计时器测量物体运动的位移和时间；
b、了解频闪照相法及其应用；
c、知道误差产生的原因以及减小误差的方法
2、过程与方法：
运用实验自主探究重力作用下的匀变速直线运动的规律，在实验中体验、理解匀变速直线运动。
3、情感态度与价值观：
a
、体会实验在发现自然规律中的作用
b
、体验匀变速直线运动的奇妙与和谐，保持对运动的好奇心和探究欲。
教学理念
运用实验自主探究重力作用下的匀变速直线运动的规律，在实验中体验、理解匀变速直线运动。
重点：
a
、会用打点计时器测量物体运动的位移和时间
b
、通过自主实验探究重力作用下的匀变速直线运动的规律，在实验中体验、理解匀变速直线运动。
难点：
a
、实验方案设计
b
、实验结果处理。
学习方式：课前自学、实验体验
教学过程：
（第一课时）
师：在上一节课我们学习了匀变速直线运动，首先请一位同学回答一下什么是匀变速直线运动？
生：……
师：很好，那么当一个物体在运动过程中，我们怎么判断它是不是匀变速直线运动呢？
仅凭观察是很难做出准确判断的，需要通过测量和分析看在运动过程中加速度是否保持不变。那么，今天我们就一起来学习一下匀变速直线运动的实验探究。
板书：打点计时器及其应用
师：首先我们我们要知道实验目的：练习使用打点计时器探究沿斜面下滑的小车是否做匀变速直线运动（边口述边板书）
师：实验的器材：电火花打点计时器、斜面轨道、小车、纸带
我先给大家介绍一下电火花打点计时器。电火花打点计时器是用来记录物体运动的时间和位移的这么一种装置。它的主要构造是：振片、振针、限位孔，墨粉纸盘。工作电压为4~6
V，频率为50Hz，接通电源之后，振片和振针会以
s（即0.02s）的周期振动起来。
实验步骤：
1、装纸带。
把纸带固定在打点计时器上。那么纸带如何固定在打点计时器上呢？我把两条纸带穿过限位孔，然后一上一下把墨粉纸盘夹在中间，像穿皮带一样的固定在打点计时器上，并把纸带的另一端固定在小车后面。
2、打点
轨道垫高了之后，打点计时器固定在轨道高的那一端，小车拉近打点计时器的那一侧，接通打点计时器的电源之后，释放小车。大家能看到，当纸带在小车的带动下运动时，振针便会通过墨粉纸盘在纸带上留下一些列小点。（边讲解边演示如何装纸带给大家看）做实验时，要注意：小车，纸带，限位孔在一条直线上，否则纸带与限位孔之间会有太大的摩擦，从而影响小车的下滑
师：我们就知道了相邻两个点的时间间隔为0.02s，相邻两点间的距离用尺子就能测量。也就是说，打点计时器既记录了时间，又记录了相应的位移。
师：待会儿，大家在做实验的时候，记住，每打完一条纸带，立刻关上电源。两个同学一组，每位同学打三条纸带。做完之后，立刻把仪器收好，然后，我们再来讲解如何处理纸带。
（下去巡视）
等大家的实验差不多都完成了之后，把仪器摆放好。在黑板上画出一条纸带，告诉大家如何应用纸带的时间、位移信息来分析物体的速度和加速度。
告诉大家，像书本40也一样。在纸带上，以6个点为一段划分纸带，用尺子量出每段的长度，标为、、......。每段的时间间隔就是6个点对应的时间间隔，即=0.1s由此计算出各段的平均速度和加速度。
平均速度的公式：（请一位同学回答）
加速度的求解方法：
公式法：
相邻段的加速度公式：（上一节课的练习上有着一个公式，所以学生已经基本掌握）大家把处理好的数据填入表格，看看在误差允许的范围内，a是否是一个定值，如果是的话，就说明小车沿斜面下滑的运动可以看成是匀变速直线运动；反之则不能。
若要求出整个过程的a，可以用如下公式，先根据公式
，
，
求出、、，
然后再根据公式求出平均值。
图像法
图像法：取相等的时间间隔截断纸带，按顺序排列粘贴，看每段纸带最上方打出的点在实验误差范围内能否用一条直线连接（如书本42页讨论与交流中的图3-18所示。）那条直线的斜率即为加速度。
师：由上面的测算可知，利用打点计时器所测数据计算各段加速度时，不可能得到完全相等的加速度值，这是实验误差导致的。任何物理实验都存在误差。在实验中只能减小误差，不可能消除误差。减小误差的方法之一是在收集数据时，多次测量求平均值。例如：在用打点计时器收集信息时，做完一遍后，应换上新纸带，重复进行实验，最好多做几遍，这样误差会更小一些，所以刚才要求大家每人打3条纸带。再比如在实验时，小车，纸带，限位孔在一条直线上，否则纸带与限位孔之间会有太大的摩擦，从而影响小车的下滑。
布置学生回去思考42页的讨论与交流以及预习频闪照相法及其应用，完成45页课后作业。
（第二课时）
首先复习上节课的打点计时器的使用，即数据处理方法。讲解42页的讨论与交流。
除了打点计时器外，人们还用频闪照相法来记录物体运动的时间和位移。
频闪照相法是一种利用照相技术，每间隔一定时间曝光，从而形成间隔相同时间的影像的方法。在频闪照相中会用到频闪灯，如书本42页的图3-20，它每隔相等时间闪光一次，例如每隔0.1s闪光一次，即每秒闪光10次。当物体运动时，利用频闪灯照明，照相机可以拍摄出该物体每隔相等时间所到达的位置。通过这种方法拍摄的照片称为频闪照片。
举例：斜面上小球向下加速滚动的频闪照片。用照片中每两个相邻小球的影像间隔的时间就是0.1s，这样来记录物体运动的时间。物体运动的位移则可以用尺子量出。
这与打点计时器相比，闪光频率相当于打点计时器的交变电源的频率。而相同时间间隔出现的影像则相当于打点计时器打出的点。所以，频闪照片与打点计时器一样，既记录了物体运动的时间，又记录了物体运动的位移。用同样的方法来求物体运动的加速度。（学生在学习了打点计时器之后，再来学习频闪照相，非常容易理解。）
给大家一些时间，大家思考并讨论书本43页的讨论与交流
3张骑摩托车的频闪照片。回答摩托车的运动分别属于什么运动。并说出判断的理由。
生：第一副图片，说明在做加速运动
第二副图片，说明了摩托车在做匀速运动
第三副图片，说明了摩托车在做减速运动。
师：依据呢？
生：因为每两个相邻影像间隔的时间相同都是0.1s，用尺子可以量出摩托车在0.1s内的位移，由第一副图可以看出，相同时间内，位移越来越大。所以说明平均速度越来越快，在做加速运动。第二副图，看出相同时间内，位移一样，平均速度相同，近似做匀速运动。第三副图，看出相同时间内，位移越来越小，所以说明平均速度越来越小，在做减速运动。
（可以多叫几个学生来回答，若学生回答不完整，可以引导学生，让学生自己学会分析，然后自己总结一下，让大家听的更清楚）
由于条件的限制，所以，只能利用“仿真物理实验室”动画模拟频闪照相法研究物体运动规律。
然后看书本的信息窗，它使我们更加清晰的看到了整个投篮的动作。这既是一幅具有科学研究价值的图片，也是一幅摄影艺术佳作，体会运动与艺术的完美结合。
然后让学生自主实验探究——物体仅在重力作用下是否作匀变速直线运动。
学生把打点计时器的实验改装之后，很容易设计出实验的方案、方法。完成书本44页的实验与探究。可先用“仿真物理实验室”模拟重力作用下的各种运动类型，并设置频闪效果。以后在学习了自由落体运动之后，再去实验室做这个实验。
小结：本节课重点是如何运动打点计时器实验探究物体运动的规律，学习利用纸带分析实验结果的方法，并在实验中体验、理解匀变速直线运动。
新课巩固：讲评作业。