人教版（2019）高中物理必修第一册第二章 第一节 实验：探究小车速度随时间变化的规律教案

第二章
匀变速直线运动的研究
实验：探究小车速度随时间变化的规律
教学设计
一、知识与技能
1.
巩固打点计时器的使用、纸带数据处理和测量瞬时速度的方法；
2.
会运用已学知识处理纸带，求各点瞬时速度。
二、过程与方法
1.
通过实验探究，体验如何从实验研究中获取数据，学会利用图像处理实验数据的科学方法；
2.
对打出的纸带，会用近似的方法得出各点瞬时速度。
三、情感态度与价值观
1.
通过对小车运动的设计，培养学生积极主动思考问题的习惯，并锻炼其思考的全面性、准确性与逻辑性；
2.
通过对纸带的处理，实验数据的图象展现，培养学生实事求是的科学态度，能使学生灵活地运用科学方法来研究问题，解决间题，提高创新意识；
3.
在对实验数据的猜测过程中，提高学生合作能力。
1、处理纸带的数据分析，求各点瞬时速度。（重点）
2、各点瞬时速度的计算。（难点）
3、对实验数据的处理、规律的探究。（难点）
课件、打点计时器、纸带、小车、细绳、槽码、刻度尺、一端附有定滑轮的长铝板
一、导入新课：
物体的运动通常是比较复杂的。放眼所见，物体的运动规律各不相同。在生活中，人们跳远助跑、水中嬉戏……在自然界了，雨滴下落，猎豹捕食，蚂蚁搬家……这些运动中多有速度的变化。
物体的速度变化存在规律吗?怎样探索复杂运动蕴含的规律?怎样探索复杂运动蕴含的规律呢?
要探究一个物体速度随时间变化的规律，必须知道物体在不同时刻的速度。直接测量瞬时速度是比较困难的，我们可以借助打点计时器先记录物体在不同时刻的位置，在通过对纸带的分析，计算得到各个时刻的瞬时速度。
二、讲授新课
1、实验思路
【教师引导】上一章学习了打点计时器的使用，这节课进一步的学习利用打点计时器探究小车速度随时间变化的规律。
【教师引导提问】该实验的原理是什么？引导学生设计实验
实验原理：（1）利用打点计时器打出的纸带上记录的信息，可以计算出各时刻的瞬时速度；（2）利用描点法作出小车的v-t图像，根据图像判断小车速度随时间的变化规律。
2、进行实验
【教师引导】如图，教师引导学生观察实验器具
【实验步骤】1、附有滑轮的长度板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路。
2、用一条细绳栓住小车使细绳跨过滑轮，下边挂上适量的钩码，让纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的上面。
3、把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一列小点。换上新的纸带，重复实验三次。
【教师提问】
本实验要特别注意哪些事项？
1.
开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器；
2.
先接通电源，打点稳定后再释放小车；
3.
实验时要注意保护小车及滑轮，要避免它们被碰坏；
4.
小车另一端所挂的槽码个数要适当，避免加速度过大而使纸带上打的点太少，或加速度太小使各段位移无法区别，从而增大误差。
【思考与讨论】实验具体操作时，如何得到6组以上的数据？
【教师补充】牵引小车的槽码质量以100g以内为宜。若用到150g以上，则纸带上打出的点数不能满足以0.1s为时间间隔选取6组数据的要求。
3、数据记录
【教师引导】纸带的选取和处理
（1）多条纸带中选取一条点迹清晰且点迹排成直线的纸带进行处理，舍掉开头一段过于密集的，找一个适当的点做计时起点，为了减少测量误差和便于计算，每隔4个“计时点”选取一个“计数点”进行测时，相邻计数点的时问间隔为0.1秒。
（2）测量距离时从选取的计时起点到各个计数点的距离。
【教师提问】瞬时速度的计算方法
由公式计算两点间的平均速度，用这个平均速度代表纸带经过这两点中间时刻的瞬时速度，再由各点瞬时速度描点、连线，作出v-t图像，分析小车的运动规律求小车的加速度。
【教师补充】画v-t图像时，注意让所画直线尽量经过较多的点，不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧；同时注意坐标轴单位长度的选取，要使图线布满坐标平面的大部分区域。
4、数据分析
【教师总结】通过直接分析图像的特点得到小车运动的v-t图像是一条倾斜的直线，那么当时间变化相同的值时，速度也会增加相同的值。可以得出结论：小车的速度随时间均匀增加（或变化）。
1、在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，对于减小实验误差来说，下列方法中有益的是（
）
A.选取计数点，把每打5个点的时间间隔作为一个时间单位
B.使小车运动的速度尽量小些
C.舍去纸带上开始时密集的点，只利用点迹清晰、点间隔适当的那一部分进行测量、计算
D.适当增加挂在细绳下钩码的个数
答案：ACD
2、在用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列关于作图像的说法正确的是（
）
A.只要确定了图像中的两点，就可以得到小车运动的图像，因此，实验只需要测出两组数据
B.作图像时，所取的点越多，图像就越准确
C.作出的图线应该通过所有的点，图线曲折也可以
D.对于偏离直线较远的点，说明误差太大，应舍去
答案：BD
3、如图所示是小球沿斜面滚下的频闪照片，照片中每两个相邻位置的时间间隔是0.1
s，这样便记录了小球运动的时间。设开始时的位置为0，依次为位置1、2、3、4、5…，小球运动的位移可以用刻度尺测量。小球在位置1、2、3、4的速度分别最接近_____m/s、_____m/s、_____m/s、_____m/s，小球滚下过程的加速度大小为_______。（小数点后保留两位数字）
答案：0.80；1.15；1.50；1.85；3.50
4、在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，得到如图所示的纸带，其中为计数点，相邻两计数点间的时间间隔为分别为的长度，下列用来计算打D点时小车速度的表达式中误差最小的是（
）
A.
B.
C.
D.
答案：B
5、在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中为相邻的计数点（A点为第一个点），相邻计数点间的时间间隔。
（1）根据纸带计算各点的瞬时速度：______________m/s，______________m/s，______________m/s。
（2）在如图所示坐标系中画出小车的图线，并根据图线求出________。
（3）将图线延长与纵轴相交，交点的物理意义：___________。
答案：（1）3.90；2.64；1.38
（2）见解析图；（12.5~12.7
均可）
（3）表示零时刻小车经过A点的速度大小
6、如图甲所示，小车开始在水平玻璃板上运动，后来在薄布面上做减速运动。某同学用打点计时器记录小车的运动情况，所打出的纸带及相邻两点间的距离（单位：cm）如图乙所示，纸带上相邻两点间对应的时间间隔为0.02
s。
（1）计算计时器打出点2、3时小车的速度大小，填入表中。
计数点序号
1
2
3
4
5
速度
_____
_____
（2）在平面直角坐标系中作出小车在薄布上运动的图像。
（3）求出小车在玻璃板上的运动速度大小。
答案：（1）0.65；0.55
（2）
（3）0.85
m/s（0.84~0.86
m/s均可）
§2.1
实验：探究小车速度随时间变化的规律
1、实验目的
1.
进一步练习使用打点计时器；
2.
处理实验数据，并据此判断小车的速度随时间的变化规律。
2、实验原理
1.
利用打点计时器打出的纸带上记录的信息，可以计算出各时刻的瞬时速度。
2.
利用描点法作出小车的v-t图像，根据图像判断小车速度随时间的变化规律。
3、注意事项
1.
开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器；
2.
先接通电源，打点稳定后再释放小车；
3.
实验时要注意保护小车及滑轮，要避免它们被碰坏；
4.
小车另一端所挂的槽码个数要适当，避免加速度过大而使纸带上打的点太少，或加速度太小使各段位移无法区别，从而增大误差。
引导学生对本节多学知识进行自主交流探究，根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。