人教版 物理必修一2.1实验探究小车的运动规律教学设计

§2-1 实验：探究小车速度随时间变化的规律
新华中学 杨异
一、教学三维目标
1、知识与技能：进一步熟悉打点计时器的使用及纸带分析方法，会求各点的瞬时速度；设计实验、熟练操作、会用表格法、图像法处理数据，并能合理猜想。
2、过程与方法：通过实验探究了解物理学研究的方法；熟悉物理实验和数学工具在物理学发展过程中的作用。
3、情感、态度、价值观：培养严谨求实的实验态度；通过实验探究培养学习物理和研究物理的兴趣，学会探索物理规律的方法；学会合作完成实验，交流实验体会。
二、教材的重点、难点
1．重点：对运动的速度随时间变化规律的探究；图像法研究速度随时间变化的规律
2．难点：各点瞬时速度的计算；对实验数据的处理、规律的探究
三、教具准备
1．教师：电脑、投影仪、电视机、位移传感器组件
2．学生（每两人一组）：学生电源、导线、打点计时器、小车、钩码、一端带有滑轮的轨道、带小钩的细线、纸带、刻度尺、坐标纸、木块等
四、教学方法
采用“实验探究法”进行教学，让学生通过设计实验、合作交流、进行深入探究。
五、课时安排
一课时
六、教学程序设计
A、设计理念：突出“以学生为主体”的教学指导思想，创设“探究性”学习的意境，浮现新课标教育思想,营造和谐、活跃、严谨的课堂气氛。
B、教学环节
（一）引入新课
在我们的生活中存在着各种各样运动的物体，比如马路上急速行驶的汽车、高空中翱翔的飞鸟、空中快速下落的雨滴、地面上缓慢爬行的蜗牛等等，他们的运动各不相同，这些物体的运动速度的变化存在规律吗？如何探索复杂运动速度变化存在的规律呢？
要想探究物体运动变化的规律，我们在前面已经学过可以用打点计时器在纸带上记录物体在不同时刻的位置，然后通过分析纸带来了解物体在不同时刻运动的瞬时速度，从而掌握物体的速度变化的规律！
（二）新课教学
教师活动：今天我们的任务就是来探究一下小车的速度随时间是如何变化的？存在怎样的规律？昨天我们发给同学们一份探究报告，让大家思考这个实验探究的思路、方法和操作？今天我们首先联系实际来讨论一下你实验探究的内容及主要操作方法。
学生活动：表达自己设计的实验想要探究的内容和主要操作的方法
例如：
a 探究小车沿斜面加速下滑时速度随时间变化的规律
操作方法：小车先静止在斜面的顶端然后下滑至底端
b探究小车沿斜面减速向上滑时速度随时间变化的规律：
操作方法：用手推小车，使小车沿斜面底端冲向斜面顶端
c探究小车先沿斜面加速向上运动然后减速直至停止的运动规律：
操作方法：砝码通过滑轮用细线连接小车使它先沿斜面向上快速滑动，半空中用手接住砝码小车由于受到阻力而逐渐停止下来。
d探究小车在粗糙程度不同的斜面上运动时速度随时间变化的规律
操作方法：将一个平滑的木板和一个粗糙的木板对接并且建立一个斜面，将小车从斜面顶端释放小车先在平滑斜面上加速下滑，到粗糙斜面上运动一定时间后静止过程中速度随时间变化的规律。
教师活动：刚才几位同表达了自己想要探究的内容，思路清晰，叙述详细，他们都是使用打点计时器进行研究的，除打点计时器外，我们还有没有其它的工具或方法来研究？包括我们前面学的内容。
学生活动：
光电门、频闪照相、等时滴水、GPS、位移传感器
教师活动：一般情况下复杂的运动可以分解为简单的运动，通过探究简单的运动从而去逐步认识复杂的运动，今天我们就来探究小车从斜面顶端向下加速运动和从斜面底端向上减速运动过程中速度随时间变化的规律。
学生活动：
1、设计实验
各小组交流讨论，进行比较，教师指导，最终归纳和总结出一到两种设计方案进行探究（如：测小车沿斜面向下运动和小车沿斜面向上运动时速度随时间变化的规律）
2、进行实验
教师讲解：实验中应注意的事项。(包括打点计时器的使用、测减速运动时调节斜面的倾斜程度等)
分组实验：学生们两人一组合作进行实验、分工明确、分别测出2-3条纸带、教师巡场指导可能出现的问题。
3、数据分析。
学生活动：回忆分析纸带的方法即如下所述
（1）从纸带中选择两条比较清晰的纸带
（2）从能看清的某个适当的点作为计时起始点。
（3）从起始点开始，以5个自然间隔作为1个计时间隔（0.1s）确定恰当的计数点标上序号（0-6），用刻度尺测量每个计时间隔的距离。（选择一个起始点，用刻度尺一次测出各点的位移后再进行计算从而减小偶然误差）
（4）将数据填入表格中，计算包含计数点在内的两段相邻距离的平均速度近似代替计数点的瞬时速度。
表一（小车运动：______________）
计数点编号
0
1
2
3
4
5
时间t/s
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
相邻点间距x/m
速度v/(m·s-1)
表二（小车运动：______________）
计数点编号
0
1
2
3
4
5
时间t/s
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
相邻点间距x/m
速度v/(m·s-1)
（计算瞬时速度的方法有多种，但是学生们已经掌握，分别是：
　
如测1的速度可以：用x1和x2之和除以2t，即利用匀变速运动某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度；
也可以用x1、x2、x3之和除以3t近似得出1点的速度
还可以用x2除以t但是后两种都不如第一种准确）
4、分析图像。
以时间t为横轴，速度v为纵轴，描点作出速度—时间图象。
学生活动：展示自己绘制的图像，并分析图像中：（1）运动的形式（2）速度随时间变化的规律（描出的点大致都落在同一条直线上）
教师活动：（１）对于描出的这些点，在连接上我们是否应该使用折线直接连接？（不能用折线，速度的变化实际是比较平滑的，所以要使用曲线（包括直线）来连接这些点，这样反映的情况与规律更接近实际）（２）对于图像上描出的与其它点偏离较大的点应该如何处理呢？（如果出现偏离较大的点，我们可以认为是测量误差过大、测量中出现的偏差造成的，可以将这个点视为无效点；但是擦掉这个点不用是不可以的，我们要尊重实验事实、尊重原始数据）
学生活动: 一名学生综合展示实验报告同时讲解、说明。（学生总结：通过图像分析小车的运动过程中速度是随着时间是均匀的增加（或减小的））
教师活动：（选作：教师演示教师实验纸带、图像、归纳结论）
教师活动：通过刚才同学们的实验大家得到了小车速度与时间的关系，为了更精确地描述速度与时间的关系，我们可以通过位移传感器来记录小车运动的速据，研究其运动的图像，观察得到的结果是否与我们的一致。
学生活动：演示位移传感器探究规律（总结探究结论：小车的速度随时间均匀的变化）
教师活动：通过比较各组图像和分析，我们可以有很大把握说，如果在没有实验误差的理想情况，这些点都会在同一条直线上，小车的v-t图是一条倾斜的直线。
探究课题
探究小车的速度随时间变化的规律
探究思路
实验设计
1、器材：
2、原理：
3、主要操作步骤：
4、数据分析：
A数据表格（一、二）
B v-t图像(粘贴坐标纸)
探究结论