匀变速直线运动的速度与时间的关系

实验：探究小车速度随时间变化的规律（2课时）
备课人 刘小云
教材分析：
本节内容为探究实验，目的是让学生通过研究小车在重物牵引下运动的速度随时间变化的规律，经历科学探究的活动，学会实验数据的处理方法。这节课的任务是测量小车的速度，做出小车运动的v—t图象，初步分析小车速度的变化规律。要学生体验从实验研究中获取数据、做出图象、分析图象、寻找规律的科学思维方法。使学生认识图象在研究物理问题中的作用；与数学公式相比，图象更显得直观、形象、生动，从而使学生感受到图象的直观的美。
教学目标
（一）知识与技能
1、根据相关实验器材，设计实验并熟练操作。
2、会运用已学知识处理纸带，求各点瞬时速度。
3、会用表格法处理数据，并合理猜想。
4、巧用v-t图象处理数据，观察规律。
5、掌握画图象的一般方法，并能用简洁语言进行阐述。
（二）过程与方法
1、初步学习根据实验要求，设计实验，完成某种规律的探究方法。
2、对打出的纸带，会用近似的方法得出各点瞬时速度。
3、初步学会根据实验数据进行猜测、探究、发现规律的探究方法。
4、认识数学化繁为简的工具作用，直观地运用物理图象展现规律，验证规律。
（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，解决问题，提高创新意识。
3、在对实验数据的猜测过程中，提高学生合作探究能力。
4、在对现象规律的语言阐述中，提高了学生的语言表达能力，还体现了各学科之间的联系，可引伸到各事物间的关联性，使自己溶入社会。
教学重点
对运动的速度随时间变化规律的探究。
教学难点
1、各点瞬时速度的计算。
2、对实验数据的处理、规律的探究。
教学方法
学案法、启发引导法，学生讨论交流
课前教学活动:
教师活动 学生活动
布置学生预习并提供“预习学案1” 预习,在预习的基础上完成学案
教师检查学生“预习学案”的完成情况,找出学生中存在的问题 教师批改，学生订正错误，自己体会
二、教学过程：
教师活动 学生活动
然后再发出指令，请同学们浏览“课堂学案1”，并且思考跟每个实验步骤相对应的问题，前后四人小组可以讨论，讨论后，请各小组派代表按题号秩序回答问题。 浏览、思考、讨论。
在学生回答问题的过程中，老师及时给予表扬获纠正学生发生的错误。 学生回答问题。
教师巡视教师，及时纠正学生中的错误操作。
记录与处理：利用学案上纸带数据1、表格法：现在同学们对数据进行记录。根据实验步骤中的方法取6-7个测量点，读数时注意刻度尺读数时要估读一位，把记录数据填在学案3表格中。四人小组可以讨论。 动手在学案上取测量点，然后用刻度尺测量，读数，跟同组同学讨论并记录。
让学生读数，并把结果写在黑板上，和全班同学一起讨论对或错，并纠正，着重强调估读位。 全班就同学代表的读数结果展开讨论，并形成一致的意见。
根据“第n个测量点的瞬时速度可以认为是第(n+1)个测量点和第(n-1)个测量点之间的平均速度”这个原理来计算出各个测量点的瞬时速度。结果取三位有效数字，最后单位统一为m/s。把计算结果填在学案3表格中。四人小组可以讨论。 学生计算，讨论，并记录结果。
让学生读数，并把结果写在黑板上，和全班同学一起讨论对或错，并纠正，着重强调第(n+1)个测量点和第(n-1)个测量点之间位移的求法、单位的统一以及有效数字的取法。 全班就同学代表的读数结果展开讨论，并形成一致的意见。
2、图象法：根据“课堂学案2”表格中各测量点的速度，在“课堂学案2”提供的坐标纸中做出表示小车速度与时间的关系曲线，取打下0测量点的时刻为0时刻。（要求：标明坐标及其单位、单位大小要取得合适，使作图和读数方便，并尽量充分利用坐标纸）四人小组可以讨论，先用铅笔描点，确定后再用钢笔或圆珠笔覆盖铅笔的痕迹。 学生动手在坐标纸上描点，按照老师要求先用铅笔，坐标及其单位、单位大小取得尽量合适，使作图和读数方便，并尽量充分利用坐标纸。四人小组展开讨论，比较各自的描点结果。并讨论用一条光滑的曲线来拟合这些点，将会是一条什么曲线？
取一位同学的描点结果展示，请同学们给予评论。 学生评论并讨论
根据描出的点群分布规律考虑用什么图线拟合这些点，画出小车运动的V-t图，画在“课堂学案2”的坐标纸上。（要求：使尽可能多的点落在图线上，不落在图线上的点在图线两近旁分布大致对称。）想一想，这是为什么？四人小组可以讨论。 学生尝试着画V-t图象，并讨论回答：这样画出来的图线实际上已经对数据做了平均处理。
取两位同学的描点结果展示，，一种是光滑曲线、一种是光滑直线，另一种是不光滑的曲线。请同学们给予评论。 经评析，最后确定是光滑的直线。
图象的应用：例、根据图象求出纸带上的0、7这两个点所对应的小车的瞬时速度v0= 和v7= 例、速度—时间图象可以得出小车做什么运动吗？你能根据这个速度—时间图象求出小车的加速度吗？若能，则小车的加速度为多大？ 学生思考，四人小组展开讨论，并回答。
教师对学生的方法给予纠正，并加以引导。
实验：探究小车速度随时间变化的规律
预习学案1：
1、在下列所给器材中，本实验所需的器材有 ；为达到实验目的，还应增添 。
①电磁打点计时器②天平③低压直流电源④细绳⑤纸带⑥小车⑦钩码⑧秒表⑨一端有滑轮的长木板
2、在探究小车速度随时间变化规律的实验中，按照实验进行的先后顺序，将下列步骤的代码填在横线上
A．把打点计时器固定在木板没有滑轮的一端，并连接好电路
B．把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面
C．换上新的纸带再重做两次
D．把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面
E．使小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车运动
F．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着合适的钩码
G．断开电源，取下纸带
3、下列关于计数点的说法中，不正确的是（ ）
A．相邻计数点间的时间间隔相等
B．计数点进行测量计算 ，既方便又可减少误差
C．相邻计数点间的距离应当相等
D．计数点是从计时器打出的实际点选出来的，相邻计数点间点痕的个数相等
4、在研究匀变速直线运动的实验中，某同学操作以下实验步骤，其中错误获遗漏的步骤有（遗漏步骤可编上序号G、H……）
A. 把打点计时器固定在平板上，并接好电路
B.拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处放开纸带，再接通电源
C. 把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着适当重的钩码
D.取下纸带
E．将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做匀速运动
F．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔
将以上步骤完善后写出正确的步骤顺序。
课堂学案1：实验步骤
实验步骤 问题或注意点
按图所示，把附有滑轮的长木板平放在实验桌上 ，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。 为什么计时器要固定在长木板上没有滑轮地 一端？
把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过定滑轮，下边挂上合适的 钩码。把纸带穿过打点计时器，并把纸带的 一端固定在小车的 后面。 为什么计时器限位孔要与长木板中心轴位置对齐，使纸带、小车、拉线和 定滑轮在 一条直线上？
把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就会在 纸带上打下一列点。取下纸带后，将所用钩码质量标注在纸带上，并给纸带编号。换上新纸带，改变钩码质量，重复实验2次。 1.为什么实验开始小车要停在靠近打点计时器处？2.为什么要先接通电源，再放开小车？3.钩码的个数是不是随意的？4.打好纸带后，应立即关掉电源。
从3条纸带中选择1条比较理想的纸带。为了便于测量，舍掉开头一些过于密集的小点，在后面便于测量的地方，找一个适当的小点当作起始点。 为什么舍掉开头密集的小点，影响这个实验结果吗？
为了测量方便，我们选择每隔5个时间间隔（即每打5次点）的时间T，这一时间间隔为0.1S。在选好的起始点下面标上0，在第6点下面（或上面）标上1，在第11点下面标上2，在第16点下面标上3……以此类推，点0、1、2、3、4……叫测量点，两个相邻测量点间的位移分别是△X1、△X2、△X3…… 计时点和测量点有什么区别？按照这里测量点的取法，每两个测量点之间的时间间隔为多少？测量两个相邻测量点之间的位移最好不要移动尺子，用长刻度尺对齐各测量点，读出各测量点到起始点0的位移，然后算出相邻测量点间的位移。为什么这么做？
根据纸带的长度和测量点的多少选择若干个测量点，一般取7个测量点为宜，并测出6段位移：△X1、△X2、△X3、△X4、△X5、△X6、。把测量结果填入表中。 1.为什么7个测量点间只有6段位移？2.这个实验需要测量什么物理量？
利用实验原理中提示的方法，计算出各测量点的瞬时速度，把计算结果记录在学案3中。 由于△t很小，我们认为△X/△t就是瞬时速度。在实验中，并不是△t越小越好，想一想，为什么？
课堂学案2：数据记录与处理：
1、表格法：
表格1
测量点编号 0 1 2 3 4 5 6 7
各测量点到O点位移X/m
各测量点瞬时速度V/ms-1
2、图象法：
根据1中各测量点的速度，在坐标纸中做出表示小车速度与时间的关系曲线，取打下0测量点的时刻为0时刻。这是一条什么曲线？（要求：标明坐标及其单位、单位大小要取得合适，使作图和读数方便，并尽量充分利用坐标纸）
3、根据图象求出纸带上的0、7这两个点所对应的小车的瞬时速度v0= 和
v7=
4、根据速度—时间图象可以得出小车做什么运动吗？你能根据这个速度—时间图象求出小车的加速度吗？若能，则小车的加速度为多大？
预习指导：
1、根据相关实验器材，设计实验并熟练操作.
2、会运用已学知识处理纸带，求各点瞬时速度.
3、会用表格法处理数据，并合理猜想.
4、会用v－t图象处理数据，观察规律.
5、掌握画图象的一般方法，并能用简洁语言进行阐述.
二、问题思考：
1、打点计时器的构造是怎样的？电火花打点计时器对电源的要求是怎样的？
2、开始释放小车时小车应处于什么位置？通电与释放小车的先后顺序怎样？打点完毕时是否断开电源？
三、新课教学：
例题1：关于打点计时器探究小车速度阻随时间变化规律的实验，下列说法中正确的是：（ ）
A．打点计时器应固定在长木板上，且靠近滑轮一端
B．开始实验时小车应靠近打点计时器一端
C．应先接通电源，待打点稳定后再释放小车
D．牵引小车的钩码个数越多越好
例题2：在探究小车速度随时间变化规律的实验中，下列说法中正确的是 ( )
A．在分析纸带时，舍去开头一些过于密集的点，是为了减小测量误差
B．选择相隔0.1 s的若干计数点进行测量，是为了减小测量误差
C．采用描点法画小车v-t图象，画曲线时要使它两侧的点大致相同
D．采用描点法画小车v-t图象，应用折线把所有的点连接起来
例题3：如图所示，给出了从0点开始，每5个点取一个计数点的纸带，其中0、1、2、3、4、5、6都为计数点，测得x1=1.40cm，x2=1.90cm，x3=2.38cm，x4=2.88cm，x5=3.39cm，x6=3.87cm那么：
（1）在计时器打出点1、2、3、4、5时，小车的速度分别为：v1= cm/s，， v2= cm/s v3= cm/s，v4= cm/s， v5= cm/s。
（2）在平面直角坐标系中作出v-t图象。
（3）分析小车运动速度随时间变化的规律
四、要点记忆
1．本实验的实验操作正确是做好实验的前提，实验数据的处理是完成实验的重点，用v-t图分析实验结果，是寻找小车运动规律的关键，每一个环节都重要，不能随意
2．在描点连线时，应使直线尽可能多的通过所描的点，不能通过的应对称分布在直线两侧，离直线较远的点应舍去，这种方法比较直观、简明，且可减小偶然误差，图象法是人们研究和探索事物规律的重要方法之一。
五、课后练习：
1．某同学使用电磁打点计时器，接通电源，拉动纸带，得到的纸带打的点很稀，这是由于 ( )
A．接的电压太高 B．接的电源频率偏高
C．拉动纸带太慢 D．拉动纸带过快
2．当纸带与运动物体连接时，打点计时器在纸带上打出点迹．不用计算，从纸带上打的点可以直接得到的物理量是( )
A．两个计数点间的时间间隔 B．位移
C．平均速度 D．瞬时速度
3．某同学使用电磁打点计时器，接通电源，拉动纸带，但纸带上打出的点间距不相等，这可能是因为 ( )
A．电源频率太高 B．错用了直流电源
C．电源电压不稳定 D．拉纸带时不能保持匀速拉动
4．如图所示，为一研究小球运动的闪光照片示意图，照片与实际大小的比例为1：10，对照片中小球位置进行测量，相邻的闪光像点之间的距离均为0.5cm，闪光频率为30Hz，则小球做什么运动 求出小球的运动速度．(时间间隔等于频率的倒数)
5．如图所示为某次实验中打出的一条经过处理后的纸带，图中O为小车运动的起始点，A为所选取的第一个计数点，O点到A点之间有部分点不清晰，相邻两个记数点之间有4个点未画出，电源频率为50Hz，用毫米刻度尺测量后可以算出 （ 　）
A．从A点到F点运动的平均速度 B．C点时的瞬时速度vc
C．G点时的瞬时速度vG D．从O点到F点运动的时间
6．在利用打点计时器探究小车速度随时间变化规律的实验中，某同学在打出的纸带上每5点取—个计数点，共取了7个计数点，用以下方法绘制小车的v-t图象．先把纸带每隔0．1 s的剪断，得到6个短纸条．再把这些纸条并排贴在一张纸上，使这些纸条下端对齐，作为时间坐标轴，标出时间．最后将纸条上端中心连接起来，于是得到v-t图象，如图所示．
(1)这样做有道理吗 说说你的看法．
(2)如何根据图象求小车的加速度．
在探究小车速度随时间变化规律的实验中，如图2—1—1，关于使用操作，下列说法中错误的是（ ）
A．木板不能侧向倾斜，也不能一端高一端低
B．在释放小车前，小车应紧靠在打点计时器上
C．应先接通电源，待打点计时器开始打点后再释放小车
D．要在小车到达定滑轮前使小车停止运动
图2—1—1
接通电源与释放纸带(或物体)，这两个操作时刻的关系应当是( )
A．先接通电源，后释放纸带
B．先释放纸带，后接通电源
C．释放纸带的同时接通电源
D．先接通电源或先释放纸带都可以
根据打点计时器打出的纸带，我们可以不利用公式就能直接得到的物理量是( )
A．时间间隔 B．位移
C．加速度 D．平均速度
如图2—1—2所示是实验时打点计时器打出的一段纸带,A、B、C、D、E、F是从所打点中选取的几个连续的点，所用交流电源的频率为50Hz，则根据图中数据可得B点的速度为 m/s,C点的速度为 m/s, D点的速度为 m/s, E点的速度为 m/s。你能否根据以上数据，求得A点或F点的速度？ 。
图2—1—2
在探究小车速度随时间变化规律的实验中，得到一条如图2—1—3所示的纸带，按时间顺序取O、1、2、3、4、5、6都为共7个记数点。0到6每相邻两记数点间各有四个打印点未画出，测得相邻计数点的距离依次为S1＝1.40cm，S2＝1.90cm，S3＝2.38cm，S4＝2.88cm，S5＝3.39cm，S6＝3.87cm。
(1)在计时器打出点1、2、3、4、5时，小车的速度分别为：　V1＝ 　　　　m/s,V2＝ m/s,V3＝ m/s,V4＝ m/s,V5＝ m/s.
(2) 在图2—1—4中作出速度-时间图像，并由图像求出小车的加速度a＝ m/s2.
图2—1—3
图2—1—4
利用打点计时器研究一个约1.4m高的商店卷帘窗的运动。将纸带粘在卷帘底部，纸带通过打点计时器随卷帘在竖直面内向上运动，打印后的纸带如图2—1—6所示，数据如表格所示。纸带中每相邻两点之间的时间间隔为0.10s，根据个间距的长度，可计算出卷帘在各间距内的平均速度V平均 ，可以将V平均近视地作为该间距中间时刻的瞬时速度V。（1）请根据所提供的纸带和数据，绘出卷帘窗运动的V—t图线。
（2）AK段的平均速度为 m/s。
图2—1—6
O
A
B
C
D
E
F
G
0.4
m/s
V
0.1
0
0.3
0.2
0.5
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5