2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律 教案-高中物理人教版必修第一册

2019-2020年人教版高中物理必修1第2章第1节实验：探究小车速度随时间变化的规律（教案）物理核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面构成。教学目标：（一）物理观念1．巩固打点计时器的使用，纸袋数据处理和求各点瞬时速度的方法。2．会用v-t图象处理数据，通过观察图像，得出规律。3．知道小车在重物牵引下运动速度随时间变化的规律。（二）科学思维、科学探究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）科学态度与责任１．通过实验研究，体会如何从实验中获取数据，学会利用图像法处理实验数据的科学方法。2.通过探究实验，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．通过经历实验探索过程，体验运动规律探索的方法，感受实验对物理发展的推动作用。体会实验在发现自然规律中的作用。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：1.各点瞬时速度的计算。2.对实验数据的处理。教学过程：一、引入新课 【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。【让学生猜想】小车的速度随时间变化有几种可能：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】提示如何测量出不同时刻的物体运动速度；最后确定打点计时器测速度。二、新课教学★实验目的(1)进一步练习使用打点计时器．(2)会利用平均速度求瞬时速度．(3)会利用v－t图象处理实验数据，并据此判断物体的运动性质．(4)能根据实验数据求加速度．★实验原理1．瞬时速度的计算：各计数点的瞬时速度可用以该点为中间时刻的一段时间内的平均速度来代替：vn＝2．根据v－t图象判断运动性质：用描点法可作出小车的v－t图象，根据图象的形状可判断小车的运动性质。3．加速度的计算：利用v－t图象的斜率求出小车的加速度。★实验器材打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、复写纸片、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源。★实验步骤1．如图所示，把附有滑轮的长木板放在实验桌上，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．把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上钩码，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。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。4．换上新的纸带，重复实验两次。5．增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验。★数据处理1．纸带的选取从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头一些过于密集的点，在后面便于测量的地方找一个开始点来确定计数点．说明：为了计算方便和减小误差，通常用连续打5个点的时间作为时间间隔，即T＝0.1s.2．采集数据的方法如图所示，一般不是直接测量相邻两个计数点间的距离，而是先测量出各个计数点到计时零点的距离x1、x2、x3、x4、x5，再计算出相邻的两个计数点的距离．Δx1＝x1，Δx2＝x2－x1，Δx3＝x3－x2，Δx4＝x4－x3，Δx5＝x5－x4.3．速度的计算方法各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替，即v1＝，v2＝，…(T为相邻两个计数点间的时间间隔)4．设计表格并记录相关数据将各计数点对应的时刻及瞬时速度填入下表中，并据此分析速度随时间的变化关系. 5.作出小车运动的v－t图象(1)在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系中描点．(2)画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不计，如图所示．(3)观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律．6．实验中计算加速度的两种方法(1)公式法：利用已测得的两组数据(tn，vn)和(tm，vm)代入公式a＝＝求解．(2)图象法：在v－t图象上任意取两个间隔较远的点(这两个点不是我们表格中已测得的点)，找出它们的坐标值，然后把它们的坐标值代入公式a＝＝中求出加速度，即用图线的斜率求加速度．★误差分析1．木板的粗糙程度不同，摩擦不均匀．2．根据纸带测量的位移有误差，从而计算出的瞬时速度有误差．3．作v－t图象时单位选择不合适或人为作图不准确带来误差． ★实验注意事项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50cm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与人为选取的计数点，一般在纸带上每隔四个点取一个计数点，即时间间隔为T＝0.02×5s＝0.1s。6．不要分段测量各段位移，应尽可能地一次测量完毕(可先统一量出各计数点到计数起点O之间的距离)。读数时应估读到毫米的下一位。7．描点时最好用坐标纸，在纵、横轴上选取合适的单位，用细铅笔认真描点。三、巩固练习１．关于用打点计时器研究小车在重物牵引下运动的实验操作，下列说法中正确的是（    ）Ａ．长木板不能侧向倾斜，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处Ｃ．应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小车Ｄ．要在小车到达定滑轮前使小车停止运动，再断开电源２．在用打点计时器研究小车在重物牵引下运动的实验中，某同学有如下操作步骤，其中错误的步骤是        ，遗漏的步骤是                  。Ａ．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，松开纸带后再接通电源Ｂ．将打点计时器固定在平板上，并接好电路Ｃ．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮下面悬挂适当的钩码Ｄ．取下纸带Ｅ．放手，使小车在平板上做加速运动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序号排列           。3.在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，打点计时器使用的交流电的频率为50 Hz，记录小车运动的纸带如图2-1-5所示，在纸带上选择0、1、2、3、4、5这6个计数点，相邻两计数点之间还有四个点未画出，纸带旁并排放着带有最小分度为毫米的刻度尺，零点跟“0”计数点对齐，由图可以读出三个计数点1、3、5跟0点的距离填入下表中。四、布置作业