2019-2020年高中物理2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律教学设计新人教版必修1本章是在第一章运动描述的基础上，进一步用实验的方法，探索匀变速直线运动的规律和特点，并结合公式、图象对匀变速直线运动进行研究。通过使用打点计时器设计相关实验探索运动规律，并用语言、公式、图象进行描述。本章重点是匀变速直线运动规律的掌握，重点掌握其研究的方法和运动的规律及应用。本章公式和推论较多，在学习时要分清公式的应用条件和前提，不可乱套公式，在物理过程比较复杂时可以分解过程，—一突破并建立相关联系，必要时可借助图象进行分析比较。本章可分为三个单元（1）基本规律的探索及描述（一、二、三节）（2）相关的推论的整理及应用（三节后半部分）（3）特殊应用及伽利略的研究史实（第四、五节）新课标要求1、通过史实，初步了解近代实验科学产生的背景，认识实验对物理学发展的推动作用。2、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。能用公式和图象描述匀变速直线运动，体会数学在研究物理问题中的重要性2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律教学设计南昌三中王文英一、教材分析本节课在运动学中起着承上启下的作用。第一章中已经介绍了利用打点计时器打下的纸带求物体瞬时速度的方法，并且介绍了加速度，知道了它的物理意义及表达式。而这节课是以恒力作用下的小车的运动来研究速度随时间变化规律的。从而为以后研究匀变速运动的有关知识打下了基础。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，作出小车运动的V-t图象，初步分析小车速度的变化规律。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。使课学生认识图象在研究物理问题中的作用；与数学公式相比，图象显得直观、形象、生动，让人一目了然，从而使学生感受到图象法的直观的美。这节不要求得出小车运动的加速度，也不要求建立匀变速直线运动的概念。二、教学目标【知识和技能目标】（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）通过实验探究，体验如何从实验研究中获取数据，学会利用图象处理实验数据的科学方法（3）知道小车在重物牵引下运动速度随时间变化的规律【过程与方法目标】（1）通过对实验过程的探究，了解物理学的研究方法。根据相关实验器材，设计实验并熟练操作（2）认识物理实验和数学工具在物理学发展过程中的作用。能借助数学工具将问题化繁为简，利用v-t图象展现物体运动规律，研究规律
（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【情感价值目标】（1）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研究问题、解决问题、提高创新意识、提高学生合作探究能力.（2）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。（3）通过经历实验探索过程，体验运动规律探索的方法.三、教学重点本节的重点是引导学生做好分组实验及掌握实验的操作过程，指导学生处理好得到的数据，从而得出图象法研究速度随时间变化的规律。四、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。五、教学方法讨论法、实验探究法六、教学用具导线、打点计时器、小车、钩码若干个、一端有滑轮的长木板、带小钩的细线、纸带、刻度尺、坐标纸、学生电源。七、教学设计思想本节内容被安排在第二章第一节，即在“匀变速直线运动的速度随时间的关系”之前，起到一个铺垫作用。本节中小车在重物牵引下运动看似简单，但其研究问题的过程和方法是具有基础性和典型性的。重视获取知识的过程，让学生体验一种从实验研究中获取数据，作出图象，分析图象，寻找规律的科学思维方法和能力。八、教学过程设计（一）新课导入教师：通过图片展示飞机的运动、雄鹰的运动、苹果的下落等现象说明速度随时间在不断的变化情况。提问：怎样探索复杂运动蕴含的规律呢？物体的运动存在怎样的规律吗？学生：要想探究一个物体的运动规律，必须知道物体一系列不同时刻的速度。引出本节课的内容：探究小车速度随时间变化规律。（二）复习提问提问：直接测量瞬时速度是比较困难的，根据我们学过的知识，如何测得物体运动的瞬时速度呢？学生：我们可以借助打点计时器先记录物体在不同时刻的位置，再通过对纸带的分析、计算得到各个时刻的瞬时速度。提问：如何来计算各个时刻的瞬时速度呢？学生：通过测量纸带上两点的距离得出平均速度可粗略的代表这两点之间某一点的瞬时速度。提问：打点计时器的组成部分、作用。（展示实物电磁打点计时器）学生：它有线圈、振片、振针、永久磁铁、限位孔等组成，是一种记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器，使用交流电源，工作电压在10V以下，电源频率在50Hz时，每隔0.02s打一个点.（三）新课教学1、进行实验教师：介绍实验器材，明确实验目的、实验原理。
[师生互动]得出正确的实验操作步骤：（在此过程中，可以先学生自我归纳，然后教师进行指导）（1）、把带有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳绕过滑轮，下面挂上适当的钩码将打点计时器固定在木板上，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面。（2）、把小车停在靠近打点计时器的位置。启动计时器，然后放开小车，让小车拖动纸带运动。让打点计时器在纸带上打下一行小点，随后立即关闭电源。（3）、换上新纸带，重复操作三次。（4）、改变所挂钩码的个数，按上述步骤，再做两次。2、实验现象分析教师：通过观察学生的实验操作，将每组中暴露的问题进行汇总，比如：（1）小车运动时偏离木板，滑到桌面上去。（2）开始释放小车时，小车离打点计时器较远。（3）先释放小车，再接通电源。等等[师生互动]通过教师与学生之间探究共同解决出现的问题:（1）小车运动时保持纸带与打点计时器平面、拉车的线与木板之间保持平行。（这里可以选取一组学生通过实验演示解决问题）（2）开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器，这样可以最大空间的利用纸带。（3）先接通电源，再释放小车，当小车停止运动时应及时关闭电源。讨论：观察上述得到的纸带发现，部分纸带上的点相对偏少或偏多，是由于什么原因引起的？学生：是由牵引小车所挂钩码的质量偏小或偏大引起的。教师:在实验中钩码的个数适当,,应以50cm的纸带取20-40个连续点为最佳.提问：如何解决解决点偏少或偏多的问题，得到更多满意的纸带呢？[做一做]利用带沙子的沙桶来代替钩码再做此实验。（有条件的学校可做一下）3、数据分析（1）纸带的选取和处理教师：①请学生通过观察每三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。②舍掉开头一段过于密集的，找一个适当的点作计时起点，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，相邻计数点的时间间隔为0.1秒。提问：为什么要舍掉开头一些过于密集的点子呢？学生：纸带开头一段由于点过于密集，不利于测量，同时振针对纸带的阻碍作用较大，为了减少误差，另找一个点作计时点。③测量从选取的计时起点到各个计数点的距离。根据所选的纸带，计算某点的瞬时速度。（计算方法前面已复习过，请学生直接进行计算）教师：我们通过对纸带上各计数点的速度情况就可以知道小车在重物的拖动下运动，根据前面所学的知识知道，描述物体速度随时间的变化情况，我们可以通过v-t图象进行描述。提问：在上述实验中，小车速度随时间变化的v-t图象是怎样一条线呢？猜想：直线、曲线、折线……4、数据处理：用描点法作v-t图象①把各点的瞬时速度填入表中（该表学生自己设计，也可利用课本中的表格）②作v—t图象：建立坐标系，纵坐标轴为速度v，横坐标轴为时间t。③描点：对坐标轴进行适当分度，使测量结果差不多布满坐标系；描出测量点，应尽可能清晰。④画平滑曲线（直线）：请学生通过观察，先找出这些点所形成的图象（这里是直线），然后用直线去拟合这些数据点。
5.结论：小车的v—t图象是一条倾斜的直线，说明小车做的是速度均匀增加的变速直线运动。提问：为什么要用一条直线去拟合这些数据点？学生：因为这些数据点大致落在一条直线上，如果没有实验误差的理想情况，代表小车的速度和时间关系的点能够全部落在一条直线上。提问：用一条直线拟合坐标系中的点。发现明显偏离的点视为无效点，直线两侧的点分布大致相同。为什么这样处理呢？学生：明显偏离直线的点已不符合小车速度和时间的关系，直线两侧的点分布大致相同，是为了减小误差。[师生互动]讨论实验中引起误差的原因。说明：有条件的学校可以用计算机绘制v-t图象。（课本不做要求）对v—t图象的认知[师生互动]①图象的物理意义：反映了速度随时间变化的规律，不是物体运动的轨迹②从图象上得到任一时刻的速度③求出物体一段时间内的[课堂交流]师：下面我用计算机绘制速度一时间图象，演示给大家看，大家有机会可以到微机室或家中电脑前亲自体验一下哟!观察计算机作图，了解计算机作图的优越性．教师用Excel软件演示作v—t图.学生认真观察、体会并和手工作图加以对比，争取课下独立完成．演示过程与方法：打开Excel工作簿可以看到行和列，行号用1、2、3……表示；列号用A、B、C……表示．将自变量时间的数值从某一单元格开始输入，在同一列中将其他时间值一一输入．在相邻的右侧一列中将速度值一一输入，注意速度值要与时间值相对应．也可以在同一行中依次输入时间和速度，下一行中再次输入第二组时间和速度，直至全部输入完毕．用鼠标选中这些数据．再用鼠标左键单击“图表向导”按钮，出现“图表类型”窗口，选“散点图”，选“确定”按钮，弹出“图表标题输入框”，输入相应的字符后选“下一步”按钮，直到“完成”．出现由点组成的图表，用鼠标右键单击绘图区中任何一个数据点，出现下拉式菜单，选“添加趋势线”，弹出“添加趋势线”窗口，选择“线性”趋势；打开该窗口的“选项”，对其中“显示公式”左侧的小方格用鼠标左键单击出现“√”号后，按“确定”．则图表框中出现一条直线，这就是经过计算机做最佳“拟合”后的。—图象，并显示出一个表明该图象的函数式．点评：学生每人一机，可能有的学校条件不具备，但教师用机基本能实现，因此这儿作一演示，有计算机的学生课下可自行完成，对微机学习也是一个促进，没有条件的学生也可以增强感观认识，同时还能提高学生的兴趣，增强学生学习的主动性．6、例讲7、本节小结通过本节的学习，希望学生在学会打点计时器的使用、纸带数据处理、测瞬时速度以及v-t图象的基础上，运用这些知识技能探究小车速度随时间变化的规律。从而培养学生学习物理问题的方法，学习寻找规律的方法。8、作业布置
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