人教版2022年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

集体备课教案项目内容课题§2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律修改与创新教学目标三维目标一、知识与技能1.能熟练使用打点计时器。2.会根据相关实验器材，设计实验并完成操作。3.会处理纸帯求各点瞬吋速度。4.会设计表格并用表格处理数据。5.会用v-t图像处理数据，表示运动规律6.掌握图彖的一般方法，并能用语音描述运动的特点。一、过程与方法1.初步学习根据实验要求，设计实验，探究某种规律的研究方法。2.经历实验过程，及时发现问题并做好调整。3.初步学会根据实验数据发现规律的探究方法。三、情感态度与价值观：1.体会实验的设计思路，体会物理学的研究方法。2.培养根据实验结果作出分析判断并得11!结论。教学重、难点教学重点1.图象法研究速度随时间变化的规律。2.对运动的速度随时间变化规律的探究。教学难点对实验数据的处理规律的探究教学准备学生电源、导线、打点计时器、小车、钩码、一端带有滑轮的长木板、带小钩的细线、纸带、刻度尺、坐标纸、实物投影仪课型课时安排2课时 教学过程【教师提出问题】探究目的：探究小车在重物牵引下的运动，研究小车速度随时间的变化规律。【让学牛猜想】小车的速度随吋间变化有几种可能：变化先快后慢；先慢后快；均匀变化等。可结合速度图象描述猜想。【让学生进行实验设计】提示如何测暈出不同时刻的物体运动速度；最后确定打点计时器测速度。【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屮央位置。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.开始释放小车吋，应使小车靠近打点计吋器。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。【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个点的吋间为吋间单位选取计数点即T=0.02X5s=0.10s这样既可方便计算，乂可减少误差。(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。)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1'可SolS12S23S34S45S§6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)S01S12S23S.31S45S56各计数点速度(m/s)V1=V2=V3二V.1=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來代替： "0l+®2为2+$23vi=27^V2=27^【画速度一时间图象】问题六：如何处理计算出来的数据？.图象法：运用图象來处理物理实验数据，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，吋间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？从函数关系：wkt+bV与t线性关系。小车的速度随时间均匀增加（变化）小车做匀变速Q不变）的直线运动问题8：如何根据速度一时间图象（v—t图彖）求小车的加速度和初速度？①取任意两组数据求岀和然后代入△▼/At求解。②在v—t图象上取一段时间At（尽量取大一些），找出两个时刻对应的坐标值求出Av,代入Av/At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）【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.Is剪断，得到若干短纸条，再把这旦纸条并排贴在一张纸上，使这此纸条下端对齐，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。（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二等，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埜高，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）典型例题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”屮，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.IsoD、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、•••nXO.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）。Si=L40cmS2=l.90cmSa=2.38cmSi=2.88cmSs=3.39cmSe=3.78cm那么①计时器在打出1,2,3等点时小车的速度分別为:cm/s；Vi=cm/s；V2二cm/s；v：fcm/s；v.fvs=cm/s ①在坐标纸上画出V-t图象②分析小车的速度随时间变化的规律。参考答案：(vi=16.50cm/sV2=21.40cm/sV3=26.30cm/sv.f31.35cm/svs=36.30cm/s)(小车的速度随时间均匀增加)。§2・1实验：探究小车速度随时间变化的规律X实验目的实验原理板书三、实验仪器设计四、实验步骤五、数据处理六、实验结论个别学生对于本实验的数据处理，尚不够熟练。对于速度时间图象的绘制也有一定的困难。教学反思 集体备课教案项目内容课题§2.2匀变速直线运动的速度与时间的关系修改与创新教学目标三维目标知识与技能1.知道匀变速直线运动的v-t图象特点，理解图象的物理意义。2.掌握匀变速直线运动的概念，知道匀变速直线运动的图象的特点。3.理解匀变速直线运动v-t图象的物理意义，会根据图象分析解决问题。4.掌握匀变速宜线运动的速度耳时间关系的公式，能进行有关的计算。过程和方法：1.培养学牛识别、分析图象和用物理语言表达相关过程的能力。2.引导学生研究图象、寻找规律得岀匀变速直线运动的概念。3.引导学生用数学公式表达物理规律并给出各符号的具体含义。情感态度和价值观1.培养学生用物理语言表达物理规律的意识，激发探索和 创新的欲望。2.培养学生透过现象看本质、用不同方法表达同一规律的科学意识。教学重、难点教学重点1.理解匀变速直线运动\-t图象的物理意义。2.掌握匀变速直线运动屮速度与时间的关系公式及应用。教学难点1.匀变速直线运动v-t图象的理解及应用。匀变速直线运动的速度一时间公式的理解及计算。教学准备课型课时安排1课时教学过程［引入］逬象，用V-来回忆一物体的遊i过第一章的学习，我们初步了解了物体运动的v-t图-t图象来了解物体的运动情况，直观明了。那么大家先-下，速度一时间图象的物理意义是什么？观察下列两个I度一时间图象，讨论一下物体的运动情况？►提问：(1)两个物体分别在做什么运动，运动情况有什么不同？(两个物体都在做匀速直线运动，a物体 是朝正方向运动的，而b物体的运动方向与规定的正方向相反，朝负方向运动)(2)两个物体的运动方向是相反的吗？为什么？(不一定，因为两条图线在不同的坐标系中，不能确定它们的方向关系)大家在来看一下下而的这个图象所描述的运动情况是怎么样的，［分析］观察图象发现，每过相等的时间间隔物体速度的增加量是相等的，所以无论At选在什么区间，对应的速度v的变化量Av与时间t的变化量AtZ比△▼/△t都是一样的，即这是一种加速度不随时间改变的直线运动。这是我们今天要研究的匀变速直线运动。［板书］一、匀变速直线运动1、定义：沿着一条直线，且加速度不变的运动。2、v-t图象：是•条倾斜的直线。［讲解］匀变速直线运动分两种，如果物体的速度随时间均匀增大，这个运动就是匀加速直线运动；如果物体的速度随着时间均匀减小，这个运动就是匀减速直线运动。3、(1)匀加速直线运动 (2)匀减速直线运动［讲解］大家来看一看下面几个物体的v-t图象，判断物体在做什么运动以及它的速度方向和加速度的方向。A物体做匀减初速度为v|加速度向负物体做匀加速运动，初速度为v向正方向，加速度向正方向。物体先做匀减速运动，方向向正方向；后做匀加速运动，方向向负方向；加速度向负方向物体先做匀加速运W方向向负方向；后冷减速运动，方向向」向；加速度向正方I占物体做加速度逐渐增大的加速运动，速度方向向正方向，加速底也向正方 ［学生练习］如图所示为一质点做直线运动的V-t图象，试分析质点的运动情况，并求出其加速度。(1)第一秒内；(2)第1S末到第3S末；(3)第4s内。答案：(1)ai=4m/s2(2)a2=-2m/s2(3)a3=-加/s'［板书］二、速度与时间的关系式［讲解］除了用图象法来研究物体运动速度和时间的关系之外，我们还可以用公式法来描述它。下面就来分析以下，如何用公式法来描述做匀变速直线运动的物体的速度和时间的关系。［提问］同学们观察图象，结合我们数学学过的知识，先猜想一下，做匀变速直线运动的物体，某时•刻速度和时间的关系应该如何表达？J如果学牛对一次函数掌握较好，则可通过函数结合图象推导出公式)［分析推导］我们来分析某一时刻t物体的速度V,从运动开始(取时刻t二0)到时刻t,时间的变化量就是t,所以△—(),速度的变化量就是因为物体做匀变速直线运动a=Av/At不变，所以a=Av/At=(v-v0)/(t-0)=(v-v0)/t,解得v二Vo+at这就是表示匀变速直线运动的速度与时间关系的公式。我们可以这样理解：由于加速度a在数值上等于单位时间内速度的变化量，所以泣就是整个运动过程中速度的变化量，再加上运动开始时物体的速度Vo,就得到t时刻物体的速度Vo［强调］在使用公式的时候要注意：(1)搞清楚各个物理量表示什么，V。是起始时刻的速度，a是物体的加速度，t是时间间隔，V则是t时刻末的速度(是瞬吋速度)。(2)公式中有三个矢量，除时间t外都是矢量，所以， 代入数值计算时要特别注意方向性。物体做直线运动吋，矢量的方向性可以在选定正方向后，用正、负来体现，方向与规定正方向相同时，矢量取正值，方向与规定方向相反时，矢量取负值。一般我们都去物体的运动方向或初速度的方向为正。［分析］结合图象进行说明。［例题1］汽车以40km/h的速度匀速行驶，现以0.6m/s2的加速度加速，10s后速度能达到多少？［分析］首先我们必须明确，研究的对象是汽车，研究的过程是它加速后10s的运动情况，要求物体10s后速度能达到多少，也就是知道初速度，加速度，时间，要求末速度，要注意的是，物体是加速的，也就是加速度方向与速度方向相同,那么，我们取初速度的方向为正方向的话，加速度也应该是正的。解：初速度v0=40km/h=llm/s,加速度a=0.6m/s2,时间t=10so根据v二Vo+at,得，10s后的速度为v=v（）+at二llm/s+0・6m/s2*10s=17m/s=62km/h［例题2］某汽车在某路面紧急刹车时，加速度的大小是6m/s2,如果必须在2s内停下来，汽车的行驶速度最高不能超过多少？［分析］我们研究»的是汽车从开始刹车到*|—停止运动这个过程。在这个过程中，汽车做匀减速运动，加速度的大小是6m/s2o由于是 减速运动，加速度的方向与速度方向相反，如果设汽车运动的方向为正，则汽车的加速度方向为负，我们把它记为沪-6m/s2o这个过程的t时刻末速度v是0,初速度就是我们所求的最高允许速度，记为％,它是这题所求的“最高速度”，过程持续的时间为t=2so解：根据v=v0+at,有vo=v-at=O-（-6m/s2）*2s二12m/s二43km/h所以汽车的速度不能超过43km/ho［学生练习］课后P39（2）［小结］这节课重点学习了对匀变速直线运动的理解和对公式v=v0+at的掌握，对于匀变速直线运动的理解强调以下几点：1）物体做匀变速直线运动，任意相等的时间内速度的增量相等，这里包括大小和方向，也即物体的加速度相等。2）要学会从速度一一吋间图象上去理解运动的情况，v-t图象的倾斜度表示物体的加速度，物体做匀变速直线运动的速度一一时间图象是一条倾斜的直线，它的倾斜度（斜率）是不变的，也就是加速度不变。3）从速度一一时间图象上来理解速度与时间的关系式：v=v0+at,1时刻的末速度v是在V。的基础上加上速度的变化量Av二at得到。4）公式中的v、v0>a都是矢量，必须注意其方向。 板书设计§2.2匀变速直线运动的速度与时间的关系一、匀变速直线运动定义：沿一条直线运动且加速度保持不变的运动。速度时间图象是一条倾斜直线。二、匀变速直线运动的速度时间关系v=v0+a.t教学反思本节内容较为简单，要求学生能够对速度时间图象形成更为深刻的认识。