2021-2022高中物理第二章匀变速直线运动的研究第1节实验：探究小车速度随时间变化的规律4教案新人教版必修12022031524

PAGEPAGE9实验：探究小车速度随时间变化的规律备课资源完成本实验的一些建议：1.打点计时器纸带限位器要与长木板纵轴位置对齐再固定在长木板上，使纸带、小车、拉线和定滑轮在一条直线上。小车要选择在木板上运动不跑偏或跑偏较小的车。2.牵引小车的钩码以100g以内为宜。若用到150g以上，则纸带上打出的点数不能满足以0.1s为计数点取6组数值的要求。解决办法：用小沙桶替代钩码。沙桶及沙的质量在40～100g之间取三种不同质量，可用托盘天平称量沙桶和沙子。若用50g钩码，取至150g时打出的纸带计数点之间的时间间隔可减小至0．08s或0．06s，可以满足6组以上数据的要求。为防钩码落地损伤钩码，可在地面铺泡沫塑料垫。小沙桶可选择能装100g以上砂子的带盖塑料瓶。 3.在小车后面安装纸带的方法如图2-1-1所示。使小车运动时保持纸带与打点计时器平面、木板平行，减少摩擦力影响。注意调整滑轮高度，使拉车的线与木板平行，减少拉力的变化。4.开启电源，待打点计时器工作稳定后释放小车，同时用一只手在定滑轮一端准备接住小车，防止小车撞击定滑轮，防止小车落地。即使安装了防撞挡板，也要防止小车落地。关断电源后再取纸带，取下纸带后，将所用钩码质量标注在纸带上，并给纸带编号。5.纸带上的点先取零点和计数点进行编号再测距离。测量长度时不要用短刻度尺分别测量相邻两个计数点间的长度，最好用长刻度尺对齐各计数点（不移动尺子）读出各计数点间长度值，避免测量误差的积累。6.在坐标纸上画v-t图象时，注意坐标轴单位长度的选取，使图象分布在坐标平面的大部分面积。教学目标一、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.会处理纸带求各点瞬时速度。4.会设计表格并用表格记录并处理数据。5.会用v-t图象处理数据，描述物体运动规律。二、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.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.体会进行实验设计的思路方法，体会物理学的研究方法、研究思想。2.通过实验探究培养学生进行科学探究的思想方法，以及探索物理规律的兴趣与爱好。教学重点、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1.各点瞬时速度的计算。2.对实验数据的处理规律的研究。教学过程一、导入新课很多物体的运动时快时慢，即物体的速度随时间不断变化，并且速度随时间变化遵循不同的规律。那么怎样探究物体运动时速度与时间的变化规律呢？这节课我们以小车在重物牵引下的运动为例，探究一下小车速度随时间的变化规律。板书：第一节实验：探究小车速度随时间变化的规律二、进行新课（一）问题猜想及实验设计教师提问：小车的速度随时间变化规律有几种可能？怎样直观你的猜想？学生回答：小车的速度变化可能是先快后慢、先慢后快、均匀变化等。可结合速度图象描述猜想。教师提问：提示如何测量出不同时刻的小车运动速度？设计实验方案。学生讨论：……学生回答：在车的后面固定一纸带，让纸带通过打点计时器。小车运动时，打点计时器在纸带上记录了小车的运动情况，在计数点上标记时刻，计算出计数点所对应的瞬时速度，最后用v-t图象研究小车的速度。教师评价后指导学生：很好，我们还应该注意什么事项，以及怎样设计实验步骤呢？（二）进行实验学生活动：分组讨论实验过程中注意事项以及实验步骤。教师提问：开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器这是为什么？学生回答：这样可使纸带上打的点尽可能多一些。教师提问：在测小车的加速度时，是先接通电源让计时器工作后，再放开小车，还是先放小车后接通电源让计时器工作？学生回答：为使纸带上打的点尽可能多一些，先接通电源让计时器工作后，再放开小车。教师提问：要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞应怎办？学生回答：当小车到达滑轮前及时用手按住它。学生活动：设计实验步骤，并完成实验。教师活动：投影展示实验步骤，并引导学生对比纠正。实验步骤：1.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.用一条细绳拴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。教师指导：建议同学们在动手操作之前，可以先在头脑中实验，提前思考实验顺序和注意事项，可以先想一想练习时用打点计时器。教师活动：引导学生正确进行器材安装，进行合理、规范的操作，得到一条点迹清晰的纸带。学生进行实验，老师巡回指导，引导学生“三思而后行”，注意实验逻辑性、合理性及其相关注意事项，而且确保准确，并巡视全场，对出现的问题予以及时纠正，帮助实力较弱的小组实现实验。对学生出现的问题，可拿出来让全班同学参与解决，比如：“有的同学先松手，再开打点计时器电源；有的同学则反之。哪种好？为什么？”这样让学生参与讨论，调动学生思考的积极性和主动性。（三）数据处理及实验结论教师活动：指导学生分组进行数据处理。40●●40●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●1235x1x2x3x4x5图图22.若从起点开始，每隔4个点取一个计数点，分别记为1、2、3、4、5点，相邻两个计数点间的时间间隔为多少秒？学生回答：。3.用直尺分别测量各个计数点间的距离，填入下表。通过观察、思考，看看相邻的两个计数点间的距离有什么规律？教师指导：相邻的距离之差是一个定值。这是匀变速直线运动一个很重要的特点，也是判断一个直线运动是不是匀变速直线运动的一个依据。4.根据相邻的两个计数点间的距离分别测量中间的计数点1、2、3、4的瞬时速度，把各个计数点的瞬时速度填入下表。教师点拨：求计数点瞬时速度公式举例：，T=0.1s。计数点序号12345计数点对应的时刻（s）0.100.40各计数点间的距离通过各计数点的速度（cm/s）（四）做出物体的速度——时间图象。学生活动：做出物体的速度——时间图象。教师指导：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v为纵轴，时间t为横轴，不在同一直线上的点尽量均匀分布在直线的两侧。教师活动：教师展示学生作出的图象，并进行鼓励性评价。学生活动：根据图象得出小车运动速度随时间变化的规律。教师提问：你根据小车的v-t图象，能得出什么结论？学生讨论后回答：1.时间增加相同的，速度也会增加相同的，即在相同时间内速度的变化相等。2.从函数关系看：，速度随时间均匀增加。师生共同得出实验结论：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。教师引导学生思考尝试下面的实验：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。教师点拨：剪下的纸条长度表示0.1s时间内位移大小，可近似认为速度v=，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？答案：无；图象与时间轴的夹角不同。三、课堂小结通过本节课的学习，我们要掌握科学探究的方法和步骤，以及实验时应注意的一些问题，并且学会利用表格和图象处理数据的方法。四、布置作业教材P33问题与练习2、4题。五、板书设计实验：探究小车的速度随时间变化的规律1.设计实验方案2.进行实验3.实验结论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。六、课堂作业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答案：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做计时起点C．每相邻计数点的时间间隔只能取0.1sD．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均可答案：AD3.图2-1-3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）图图2S1=1.40cm，S2=1.90cm，S3=2.38cm，S4=2.88cm，S5=3.39cm，S6=3.78cm。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/s。（2）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。答案：（1）v1=16.50cm/s；v2=21.40cm/s；v3=26.30cm/s；v4=31.35cm/s；v5=36.30cm/s。（3）小车的速度随时间均匀增加。4.某同学用图2-1-4所示的实验装置研究小车在斜面上的运动。实验步骤如下：图2-1-4a．安装好实验器材。b．接通电源后，让拖着纸带的小车沿平板斜面向下运动，重复几次。选出一条点迹比较清晰的纸带，舍去开始密集的点迹，从便于测量的点开始，每两个打点间隔取一个计数点，如图2-1-5中0，1，2，…，6点所示。图2-1-5c．测量1，2，3，…，6计数点到0计数点的距离，分别记作：x1，x2，x3，…，x6。d．通过测量和计算，该同学判断出小车沿平板做匀加速直线运动。e．分别计算出x1，x2，x3，…，x6与对应时间的比值v1，v2，v3，…，v6。f．以v为纵坐标、t为横坐标，标出v与对应时间t的坐标点，画出v-t图线。结合上述实验步骤，请你完成下列问题：（1）实验中，除打点计时器（含纸带、复写纸）、小车、平板、铁架台、导线及开关外，在下面的仪器和器材中，必须使用的有________和________。（填选项代号）A．电压合适的50Hz交流电源B．电压可调的直流电源C．刻度尺D．秒表E．天平F．重锤（2）将最小刻度为1mm的刻度尺的0刻线与0计数点对齐，0、1、2、5计数点所在位置如图2-1-6所示，则x2＝________cm，x5＝________cm。图2-1-6（3）该同学在图2-1-7中已标出1、3、4、6计数点对应的坐标，请你在该图中标出与2、5两个计数点对应的坐标点，并画出v-t图线。图2-1-7（4）根据v-t图线判断，在打0计数点时，小车的速度v0＝______m/s；它在斜面上运动的加速度a＝______m/s2。答案：见解析。解析：（1）还需要的实验器材有电压合适的50Hz交流电源和刻度尺。答案为AC。（2）用毫米刻度尺读数，注意要估读一位，则x2＝2.98cm，x5＝13