高中物理人教版必修1第二章 1实验：探究小车速度随时间变化的规律

1.探究小车速度随时间变化的规律 【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、学会运用已学知识处理纸带，求各点的瞬时速度。 3、会用表格法处理数据，并合理猜想。 4、 巧用 v－t 图像处理数据，观察规律。 5、 掌握画图像的一般方法，并能用简洁的语言进行阐述。 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的瞬时速度。 3、初步学会根据实验数据进行猜测、探究、发现规律的方法。 4、认识数学化繁为简的工具作用， 直观运用物理图像展现规律， 验证规律。 5、通过实验探究过程， 进一步熟练打点计时器的应用， 体验瞬时速度的求 解方法。 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， 并锻炼思 考问题的全面性、准确性和逻辑性。 2、通过纸带的处理方法、 实验数据的图像展现， 培养学生实事求是的科学 态度，能使学生灵活的运用科学方法来探究、解决问题、提高创新意识。 3、在对现象规律的语言阐述中， 提高学生的语言表达能力， 还体现了各个 1 学科之间的联系，可引申到各事物的关联性，使自己融入社会。 4、通过经过实验探索过程，体验运动规律的探索方法。 【教学重点】 1、图像法研究速度随时间变化的规律。 2、对运动物体的速度随时间变化规律的探究。 【教学难点】 1、各点的瞬时速度的计算。 2、对实验数据的处理、物理规律的探究。 【教学方法】 实验探究、启发式教学 【教具准备】 学生电源、导线、打点计时器、钩码、一端带有滑轮的长木板、细线、纸 带、刻度尺、坐标纸 【教学过程】 (一 )导入新课 物体的运动通常是比较复杂的，物体的速度变化存在规律吗？怎样来探索复杂运动蕴 含的规律呢？ (二 )新课教学 我们用打点计时器研究小车在重物牵引下的运动 ,看看小车速度是怎样随时间变化的。 一、进行实验 1、 先让学生回顾上一章是怎样使用打点计时器的 2、 让学生自己设计好实验，并口头阐述相关实验器材及步骤 3、 实验过程参考提示： ⑴把一端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 在长模板上远离滑轮的一端，连接好电路。 ⑵把一条细绳栓在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的砝码，启动电源，然后 释放小车，让小车拖动纸带运动，打完一条纸带后立即关闭电源。 ⑶换上新纸带，重复操作三次。 引导学生熟练的摆放好实验器材，进行合理、准确的操作，得到一条点迹清晰的 2 学生进行实验时，教师巡回指导，引导学生“三思而后行” ，注意实验的逻辑性、合理 性及其相关的注意事项，确保准确。巡视全场，对出现的问题给予及时的纠正，帮助实验 能力差的小组完成实验。 4、点评： ⑴在动手操作实验之前，可以让学生在头脑中实验，提前思考实验顺序和注意事项； 保证实验操作的顺利进行。 ⑵和已学实验进行对比，使学生很好的应用比较法，有助于加深记忆。 ⑶对学生出现的问题，可以让全班学生共同参与解决。比如： “有的同学先松手再接通 电源打点；有的同学则反之”哪种好？为什么？ 二、处理数据 1、我们通过打点计时器得到了若干纸带，采集了第一手的数据，面对打出的纸带如 何研究小车的运动呢？接下来我们采集数据，处理数据。 2、提出问题课堂交流：怎样选择纸带？如何测量数据？如何设计表格、填写数据？ 3、引导学生学会计算各点的瞬时速度的方法和表格处理方法。 4、处理数据参考提示： ⑷选择所打纸带中点迹最清晰的一条，舍弃开头一些过于密集的点，找一个适当的点 当作计时起点。 ⑸选择相隔 0.1s，即中间空四个点的时间间隔的若干计数点进行测量，并把数据填入 表格。 ⑹计算各点的瞬时速度，填入自己设计的表格中，可参考课本第 34 页表格。 三、作出速度－时间图像（ v－t 图像） 1、 确定运动规律最好办法是作 v－ t 图像，这样能更好地显现物体的运动规律。 2、 讨论如何在本次实验中描点、连线。 （以时间 t 为横轴，速 度 v 为纵轴，建立坐标系，选择合适的标度，把刚才所填表格 中的各点在速度－时间坐标系中描出。注意观察和思考你所描画 的这些点的分布规律，你会发现这些点大致落在同一条直线上， 所以不能用折线连接，而用一根直线连接，还要注意连线两侧的 y y2 y1 点数要大致相同。 ） 0 x 3、 若出现了个别明显偏离绝大部分点所在直线的点， x1 x2 该如何 处理？（对于个别明显偏离绝大部分点所在直线的点，我们可以认为是测量误差过大、是 测量中出现差错所致，将它视为无效点，但是在图像当中仍应该保留，因为我们要尊重实 验事实，这毕竟是我们的第一手资料，是原始数据。 ） 4、 怎样根据所画的 v－t 图像求加速度？ (从所画的图像中取两个点，找到它们的纵、横坐标 （ t1，v1）、（ t2，v2），然后代入 3 v v2 v1 ，求得加速度 a ，也就是直线的斜率。在平面直角坐标系中，直线的斜公式 a t 2 t1t率 k tan y2 y1 ) x2 x x 四、实践与拓展 例 1、在探究小车速度随时间变化规律的实验中， 得到一条记录小车运动情况的纸带， 如图所示。图中 A 、 B、 C、D 、 E 为相邻的计数点，相邻计数点的时间间隔为 T ＝ 0.1s。 A B C D E cm 7.5 27.6 60.3 105.6 ⑴根据纸带上的数据，计算 B、C、D 各点的数据，填入表中。 ⑵在坐标纸上作出小车的 － 图像。v t 位置编号 A B C D E 时间 t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 瞬时速度 v/(m · s－ 1) 1.38 2.64 3.90 解析：由纸带表明的数据可以计算任意相邻位置 之间的位移，然后求纸带上各点的速度和加速度。 4 （ 1）由纸带的标注可以求出 xAC 27.6cm 3 xBD xAD xAB 60.3 7.5 52.8cm 2 xCE xAE xAC 105.6 27.6 78cm 1 匀变速直线运动物体在一段时间内的平均速度等于 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 该时刻的瞬时速度，所以 v B x AC 0. 276 m / s 1. 38 m / s 2T 2 v C x BD 0. 528 2. 64 m / s 2 T m / s 2 v D x CE 0 . 78 m / s 3 .90 m / s 2T 2 （ 2）在图像上取合适的单位严格描点，这些点大致分布在一直线上，不能位于直线 上的点要尽量对称分布于直线两侧，得到小车的 v－t 图像。 4 例 2、汽车沿平直公路行驶，小明坐在驾驶员旁边注视速度计，并记下间隔相等的 各时刻的速度值，如下表所示： t/s 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 v/(km·h-1) 20 30 40 50 50 50 50 35 20 5 0 问：⑴从表中数据得到汽车在各段时间内的特点：在 0~15s 内，汽车的速度在变化， 时间经过每 5s 速度增大 10 km/h ；在 15~30s 内汽车速度不变，速度大小为 50 km/h； 在 35~45s 内汽车速度在变化，每 5s 速度减小 15 km/h 。 ⑵请根据表格中的数据，画出对应的 － v t 图像。 ⑶如果认为在 0~15s 内速度变化是均匀的，你能在图 像中找出汽车在 7.5s 时的速度值吗？（能， 35km/h ） (四 )小结 本节课我们主要运用探究式学习的方式用打点计时 器来测量小车的速度随时间变化的规律。 重点是对重物牵 引下小车的运动进行探究，在探究过程中，涉及到了实验 的设计、操作以及作图像的方法、原则，很好地提高了大 家各个方面的能力，同时又为后面学习这种匀变速运动打下了基础。 【布置作业】 1、教材 P36 “问题与练习” 【教学后记】 本堂课教学内容的核心是引导学生实际研究某一物体在运动中速度随时间变化的规 律，目的是让学生通过科学探究活动来完成。小车在重物牵引下运动看似简单，但是就其 研究问题的过程和方法具有基础性和典型性。 在获取知识的过程中， 让学生体验一种作出 图像，分析图像，寻求规律的科学思维方法和能力。 5