人教版高中物理必修第一册2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律 教案

学习必备欢迎下载第二章匀变速直线运动的研究2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律［教学目标］一、知识目标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。二、能力目标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。三、德育目标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，提高学生合作能力。［教学重点］对实验的设计数据的处理［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。［教学过程］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。精品学习资料可选择pdf第1页，共8页----------------------- 学习必备欢迎下载二、新课教学（一）进行实验【实验】问题一：打点计时器结构如何？问题二：用打点计时器测小车的速度所需哪些实验器材、实验步骤？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。问题三：本实验特别要注意哪些事项？１．固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置。２．滑轮不能过高。３．钩码数量不能过多，长木板两端高低相差不能太大。4．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。5．先接通电源，计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源。6．要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，当小车到达滑轮前及时用手按住它。（二）处理数据问题四：怎样分析和选取纸带上的点？1、纸带要选择打出的点清晰的2、舍掉开始过于密集的点3、用每打5个点的时间为时间单位选取计数点即T＝0.02×5s＝0.10s这样既可方便计算，又可减少误差。（也可取多个间隔为一个计数间隔时间要看具体情况灵活选定；原则上能取六、七个计数点为宜。）精品学习资料可选择pdf第2页，共8页----------------------- 学习必备欢迎下载参考表格一：计数点编号0123456时间t(s)00.10.20.30.40.50.6相邻两计数点间S01S12S23S34S45S56距离s(m)对应计数点速度m/s参考表格二：计数点编号0123456时间t(s)00.10.20.30.40.50.6各计数点到0的距离s(m)相邻计数点的距离S(m)S01S12S23S34S45S56各计数点速度(m/s)v1=v2=v3=v4=v5=4、不要直接去测量两个计数点的距离而是要测量出各个计数点到计时零点的距离。5、速度的计算方法：各计数点的瞬时速度是用计数点内的平均速度来代替：s01s12s12s23v1=v2=2T2T（三）作出速度—时间图象问题六：如何处理计算出来的数据？图象法：运用图象来处理物理实验数据，这是一个难点，作图象时要标明横纵坐标轴代表的物理意义，选择合适的标度，以各点瞬时速度为纵轴，时间t为横轴，根据所得数据，描点：观察和思考点的分布规律。从点的分布可以有很大把握地说这些点应该在一条直线上，用直线拟合，让尽可能多的点处在直线上，不在直线上的点应对称地分布在直线两侧。问题七：从图上可以看出小车的速度随时间怎样变化？小车的速度随时间均匀增加（变化）小车做匀变速(a不变)的直线运动。问题八：如何根据速度—时间图象（v—t图象）求小车的加速度和初速度？①取任意两组数据求出Δv和Δt，然后代入Δv／Δt求解。精品学习资料可选择pdf第3页，共8页----------------------- 学习必备欢迎下载②在v—t图象上取一段时间Δt（尽量取大一些），找出两个时刻对应的坐标值求出Δv，代入Δv／Δt求解。哪一种方法更好？（画图时让不在直线上的点尽可能等量地分布在直线两侧，就是为了使偏大或偏小的误差尽可能地抵消，所以图象也是减小误差的一种手段，也就是说应该用图象上的点，而不是用实验所得到的数据）三、创新拓展1、某同学用以下方法绘制的小车的v-t图象，先把纸带每隔0.1s剪断，得到若干短纸条，再把这些纸条并排贴在一张纸上，使这些纸条下端对齐，作为时间轴，标出时间，最后将纸条上端中心连起来，于是得到v-t图象。请你按以上办法绘制这个图象。这样做有道理吗？说说你的看法。x（剪下的纸条长度表示0.1秒时间内位移大小，可近似认为速度v=0.1，纸条长度可认为表示速度。）2、某组同学实验过程中将固定打点计时器一端的木板垫高，使木板有一倾斜角度，是否对实验结果有影响？画出的图象有什么不同？（无；图象与时间轴的夹角不同）四、练习反馈1、在探究小车速度随时间变化规律的实验中，下列哪些器材是本实验必须的？＿＿＿①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（①④⑤⑥⑦⑨）达到实验目的还需器材是：（低压交流电源刻度尺）2、在实验“探究小车速度随时间变化的规律”中，我们采用的正确方法是：A舍掉开头过于紧密的点，找一个适当的点当作计时起点。B、为了实验精确，选取纸带上第一个点作计时起点C、每相邻计数点的时间间隔只能取0.1s。D、每相邻计数点的时间间隔可视打点密度而定，可取0.02s、0.04s、⋯n×0.02s均可。(AD)3、图中给出了从0点开始每5个点取一个计数点的纸带。0，1，2，3，4，5，6均为计数点。（每两个计数点间有4个点未画出）。S1S2S3S4S5S6S1=1.40cmS2=1.90cmS3=2.38cmS4=2.88cmS5=3.39cmS6=3.78cm精品学习资料可选择pdf第4页，共8页----------------------- 学习必备欢迎下载那么①计时器在打出1，2，3等点时小车的速度分别为：v1=cm/s；v2=cm/s；v3=cm/s；v4=cm/s；v5=cm/s②在坐标纸上画出v-t图象③分析小车的速度随时间变化的规律。参考答案：（v1=16.50cm/sv2=21.40cm/sv3=26.30cm/sv4=31.35cm/sv5=36.30cm/s）(小车的速度随时间均匀增加)。【精典分析】1．在“探究速度随时间的变化规律”的实验中，下列方法有助于减少实验误差的是()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．使小车运动的加速度尽量小些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解析：选取的计数点间隔较大，在用直尺测量这些计数点间的间隔时，在测量绝对误差基本相同的情况下，相对误差较小，因此A项正确；在实验中，如果小车运动的加速度过小，打出的点很密，长度测量的相对误差较大，测量准确性降低，因此小车的加速度应适当大些，而使小车加速度增大的常见方法是适当增加挂在细绳下钩码的个数，以增大拉力，故B错，D对；为了减少长度测量的相对误差，舍去纸带上过于密集，甚至分辨不清的点，因此C项正确．答案：ACD2．在“探究速度随时间的变化规律”的实验中，某同学的操作中有以下实验步骤，其中错误或遗漏的步骤有______________________．(遗漏步骤可编上序号G、H、⋯)A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，先放开纸带，再接通电源B．将打点计时器固定在平板上，并接好电源C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下面吊着适当重的钩码D．取下纸带E．将平板无滑轮的一端抬高，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按合理顺序填写在横线上________________________________________________________________________.解析：A中应先接通电源，再放开纸带．C中应调整滑轮的高度，使细绳与平板平行，D中应先断开电源，使打点计时器停止工作，E属于多余步骤．应补充G，换上新纸带，重复操作两次．H，精品学习资料可选择pdf第5页，共8页----------------------- 学习必备欢迎下载断开电源，整理好器材．正确合理的顺序应为B、F、C、A、D、G、H.答案：见解析【知识梳理双基再现】一．实验目的探究小车速度随变化的规律。二．实验原理利用打出的纸带上记录的数据，以寻找小车速度随时间变化的规律。三．实验器材打点计时器、低压电源、纸带、带滑轮的长木板、小车、、细线、复写纸片、。四．实验步骤1．如课本34页图所示，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。2．把一条细线拴在小车上，使细线跨过滑轮，下边挂上合适的。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。3．把小车停在靠近打点计时器处，接通后，放开，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一行小点，随后立即关闭电源。换上新纸带，重复实验三次。4．从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头比较密集的点迹，在后边便于测量的地方找一个点做计时起点。为了测量方便和减少误差，通常不用每打一次点的时间作为时间的单位，而用每打五次点的时间作为时间的单位，就是T=0.02s×5=0.1s。在选好的计时起点下面表明A，在第6点下面表明B，在第11点下面表明C⋯⋯，点A、B、C⋯⋯叫做计数点，两个相邻计数点间的距离分别是x1、x2、x3⋯⋯5．利用第一章方法得出各计数点的瞬时速度填入下表：位置ABCDEFG时间（s）00.10.20.30.40.50.6v(m/s)6．以速度v为轴，时间t为轴建立直角坐标系，根据表中的数据，在直角坐标系中描点。7．通过观察思考，找出这些点的分布规律。五．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，计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源。3．要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，当小车到达滑轮前及时用手按住它。4．牵引小车的钩码个数要适当，以免加速度过大而使纸带上的点太少，或者加速度太小而使各段位移无多大差别，从而使误差增大。加速度的大小以能在60cm长的纸带上清楚地取得六七个计数点为宜。5．要区别计时器打出的点和人为选取的计数点。一般在纸带上每5个点取一个计数点，间隔为0.1s。【小试身手轻松过关】1．在探究小车速度随时间变化的规律的实验中，按照实验进行的先后顺序，将下述步骤地代号填在横线上。A．把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面B．把打点计时器固定在木板的没有滑轮的一端，并连好电路C．换上新的纸带，再重做两次D．把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面精品学习资料可选择pdf第6页，共8页----------------------- 学习必备欢迎下载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．把一条细线拴在小车上，细线跨过定滑轮，下边吊着合适的钩码G．断开电源，取出纸带2．在下列给出的器材中，选出“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中所需的器材并填在横线上（填序号）。①打点计时器②天平③低压交流电源④低压直流电源⑤细线和纸带⑥钩码和小车⑦秒表⑧一端有滑轮的长木板⑨刻度尺选出的器材是3．某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，算出小车经过各计数点的瞬时速度如表格中所示：计数点序号123456计数点对应时刻（s）0.10.20.30.40.50.6通过计数点的速度（m/s）44.062.081.0100.0110.0138.0请作出小车的v-t图象，并分析运动特点。vv2Bv1A0t1t2t4．两做直线运动的质点A、B的v-t图象如图所示，试分析它们的运动情况。第4题图【基础训练锋芒初显】5．一个人沿平直的街道匀速步行到邮局去发信，又以原速率步行返回原处，设出发时的方向为正，在下列四个图中近似描述他的运动的是（）vvvv0000ttttABCD第5题图v6．甲、乙两物体在同一直线上运动，它们的v-t图象如图，可知（）甲A．在t1时刻，甲和乙的速度相同B．在t1时刻，甲和乙的速度大小相等，方向相反乙C．在t2时刻，甲和乙的速度方向相同，加速度方向也相同0t1t2tD．在t2时刻，甲和乙的速度相同，加速度也相同第6题图精品学习资料可选择pdf第7页，共8页----------------------- 学习必备欢迎下载【举一反三能力拓展】7．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图给出了从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：s1=1.40cm，s2=1.90cm，s3=2.38cm，s4=2.88cm，s5=3.39cm，s6=3.87cm。那么：s1s2s3s4s5s60123456第7题图（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速度—时间图象。（3）分析小车运动速度随时间变化的规律。【名师小结感悟反思】在纸带上选取合适的测量点作为计时起点，在选好计数点后利用平均速度近似为该点瞬时速度的方法，得出各计数点的瞬时速度，描点连线作图建立速度—时间图象可直观地描绘出质点的运动情况。§2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律答案：1．DBFAEGC2．①③⑤⑥⑧⑨3．解析：用描点法做出v-t图象如下图所示。4．解：对A而言，0-t1时间内速度随时间均匀增加，达到v1后做匀速直线运动。5．B6．A7．（1）16.5021.4026.3031.3536.30（2）如图示（3）v随t均匀增加详解：（1）显然，两个相邻计数点之间的时间间隔为T=0.02×5s=0.1s。各点对应的速度分别为：s1s2.140.190cmv116.50cm/s，v2、v3、v4、v5同理可得。（2）利用描点法作出v-t图象。2T21.0s精品学习资料可选择pdf第8页，共8页-----------------------