2.1 實驗：探究小車速度隨時間變化的規律

〖教材分析〗
實驗探究是為了讓學生體會小車在重物的牽引下速度隨時間變化的規律。實驗原理較為簡單在第一章的時候已經有所涉及，只是沒有更加的深入和細化的學習，實驗過程和實驗操作都是類似的。在經歷探究的過程中，學會處理紙帶以及實驗數據的處理等，由實驗數據做出圖像、分析圖像，尋找其中蘊含的物理規律，找到加速度的值。體會圖像的直觀、形象生動的特點，感受物理的美學。學生已經學習過位移時間圖像和速度時間圖像，本節課就是在此基礎上開展教學活動。
〖教學目標與核心素養〗
物理觀念：初步學習根據實驗要求設計實驗，完成某種規律的探究方法。
科學思維：會用表格法處理數據，并合理猜想。巧用v-t圖象處理數據，觀察規律。
科學探究：根據相關實驗器材，設計實驗并熟練操作。會運用已學知識處理紙帶，初步學會根據實驗數進行猜測、探究、發現規律的探究方法。
科學態度與責任：通過對紙帶的處理、實驗數據的圖象展現，培養學生實事求是的科學態度，能使學生活地運用科學方法來研究問題、解決問題、提高創新意識。
〖教學重點與難點〗
重點：1、圖像法研究速度隨時間變化的規律。
2、對運動的速度隨時間變化規律的探究。
難點：1、會計算各點瞬時速度。
2、對實驗數據的處理、規律的探究。
〖教學方法〗
教師啟發引導教學與學生自主實驗，討論、交流學習成果。
〖教學準備〗
學生電源、導線、打點計時器、小車、4個25g的鉤碼，一端帶有滑輪的長木板、帶小鉤的細繩、紙帶、刻度尺、坐標紙、多媒體課件等。
〖教學過程〗
一、新課引入
通過多媒體課件動圖展示：滑板車、導彈發射、老虎捕食的動圖。
物體的運動通常是比較復雜的，物體的運動規律各不相同。滑板車、導彈發射、老虎捕食等這些運動中都有速度的變化。

問題：怎樣探索速度隨時間變化的規律呢？
教學設計說明：從動圖入手把本節課更加形象化，創設問題情境，激發探究動機，引導學生發現問題。
尋求一種運動的特點和規律，一般要從某個具體事例開始。這一節我們研究小車在重物牽引下的運動，看看小車的速度是怎樣隨時間變化的。

要想知道速度隨時間變化的規律，必須知道物體在一系列不同時刻的速度。我們可以用頻閃相機拍下運動的變化，但是這樣還不故精確，為此我們要借助打點計時器。
二、新課教學
（一）實驗思路
通過多媒體課件動圖展示：打點計時器動圖。
要探究一個物體的運動隨時間變化的規律，必須知道物體在不同時刻的速度，直接測量瞬時速度是比較困難的，我們可以借助打點計時器先記錄物體在不同時刻的位置，再通過對紙帶的分析，計算得到相應時刻的瞬時速度。

1、如何設計此實驗？
把一端帶有滑輪的長木板平放在實驗桌上，木板上放一個可以左右移動的小車，小車一端連接穿過打點計時器的紙帶，另一端連接繞過滑輪系有槽碼的細繩。小車在槽碼的牽引下運動，通過研究紙帶上的信息，就可以知道小車運動的速度是怎樣隨時間變化的。通過實物展示把這個實驗裝置展示出來。

需要測量哪些物理量？

用直尺測量各個計數點間的距離，或各計數點到0點的距離。注意不要測量時間，因為打點計時器已經附帶測時間的功能了。

3、選用什么器材？
電磁打點計時器，6v低壓電源，復寫紙，導線，一段帶有滑輪的長木板，小車，細繩，鉤碼，刻度尺，坐標紙（用來做v-t圖像）。
（二）進行實驗
①把一端帶有滑輪的長木板平放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，打點計時器固定在長木板沒有滑輪的一端，連接好電路。
②讓小車一端連接穿過打點計時器的紙帶，另一端連接繞過滑輪系有槽碼的細繩，把小車停在靠近打點計時器的位置。
③先接通電源啟動計時器，然后放開小車，讓它拖著紙帶運動，打點計時器在紙帶上打下一行小點.隨后，立即關閉電源。
④增減所掛的槽碼（或在小車上放置重物），更換紙帶，再做兩次實驗。
通過多媒體課件動圖展示：實驗：探究小車速度隨時間變化的規律。

實驗目的，探究小車隨時間的變化規律，實驗器材有學生電源，打點計時器、、、、、、將打點計時器固定在木板的一端，并注意限位孔放置在木板中間，連接電路，電源接交流電，電壓為六伏，取一條長約八十厘米的紙帶，將紙帶一端與小車連接，另一端穿過打點計時器，用細線與鉤碼相連并跨過定滑輪，將小車拉項靠打點計時器的一端，接通電源釋放小車，關閉電源，取下紙帶進行分析。
注意事項：1、開始釋放小車的時候，小車應該靠近打點計時器。
2、先通電，后釋放小車。
3、打點完畢，馬上關閉電源。
4、鉤碼的質量要適中，不能質量太大，也不能質量太小。
5、實驗時要注意保護小車及滑輪，要避免它們被碰壞或跌壞。

教學設計說明：實驗的過程是比較簡單的，只是我們的動手能力不強，所以我們先給學生看演示實驗，到去實驗室做的時候就不會那么慌張了。

（三）數據記錄
通過多媒體課件動圖展示：處理紙帶。
為了便于測量，舍掉紙帶開頭一些過于密集的點，找一個適當的點作為計時起點。在紙帶起始端附近，取一個開始的計數點為0下面連續四個點為一個計數點，分別為1、2、3、4、5、6，分別讀書每個計數點所對應的刻度。請同學們根據測量的數據計算小車的瞬時速度。

記入自己設計的表格，利用第一章第3節所學的方法得出各計數點的瞬時速度，填入表1中標有“v₁”的一行。同理，計算增減槽碼后兩次實驗的速度，分別填入表1中標有“v₂ ”和“v₃ ”的兩行內。

你能否從表格中的數據看出小車速度隨時間變化的定量關系？如果不能，怎么辦？
教學設計說明：瞬時速度的求解只有兩種一是讀速度表可以得到，實際生活中可以這樣。而我們的課本里只能有平均速度等于瞬時速度來求解。當時間夠短或位移夠短就可以了。
（四）數據分析
可以考慮用v-t 圖像分析速度v與時間t的定量關系。
1、以時間t為橫軸、速度v為縱軸、建立直角坐標系。
2、根據表1中的v、t數據，在坐標系中描點作出v-t圖像。
3、通過觀察、思考，找出這些點的分布規律。

4、讓盡可能多的點處在直線上，不在直線上的點應對稱地分布在直線兩側。
實驗結論：觀察得到①圖線為一條傾斜的直線。根據畫出的v-t圖像求出小車運動任意位置的加速度。

，

，
可得運動的過程加速度不變即②小車的速度隨時間均勻增加，即小車在做勻加速直線運動。
教學設計說明：最終由圖像的走向得出實驗的結論。
做一做
用計算機繪制v-t圖像
借助常用的數表軟件，可以迅速、準確地根據表中的數據作出v-t圖像，甚至能夠寫出圖像所代表的公式。下面一WPS表格軟件為例作簡要說明，有興趣的同學可以試一試。
在WPS表格軟件工作簿的某一列的單元格中依次輸入測量時間，在相鄰的一列輸入對應的速度值。用鼠標選中這些數據，按照“插入”中的“圖表”的提示就能一步步地得到所畫的圖像。
操作過程中WPS會要求確定“圖表類型”，這時可以選擇“平滑散點圖”；還會出現“添加趨勢線”的對話框，里面也有一個“類型”標簽，其中有幾種可選擇的函數。由于我們這個實驗的數據幾乎分布在一條直線上，所以應該選擇“線性”類型。
教學設計說明：加強學生對參考系的理解。例3是毛主席的詩句，學生語文
剛學，在這里出現有利于調節課堂氣氛。使學生意識到學科之間也有點聯系，
能夠用物理知識看問題。加強愛國主義精神的教育。
〖板書設計〗
2.1實驗：探究小車速度隨時間變化的規律
一、實驗思路
二、進行實驗（實驗步驟）
三、數據記錄（處理紙帶）
為了便于測量，舍掉紙帶開頭一些過于密集的點，找一個適當的點作為計時起點。在紙帶起始端附近，取一個開始的計數點為0下面連續四個點為一個計數點。
四、數據分析
v-t圖像做法：通過觀察、思考，找出這些點的分布規律，讓盡可能多的點處在直線上，不在直線上的點應對稱地分布在直線兩側。
實驗結論：①圖線為一條傾斜的直線；
②小車的速度隨時間均勻增加，即小車在做勻加速直線運動。
〖教學反思〗

對于紙帶的處理，學生疑惑的地方是為什么要舍去密集的點？我們可以說前面密集的點測量會不準確所以舍去，那就會有疑惑了，這樣的話后面的紙帶還能代表一整個小車的運動嗎。其實也是可以的，由部分推出整體這也是一種處理方法。
為什么要隔四個相鄰的點后取一個計數點？這樣處理主要是因為方便測量點與點之間的距離，因為間距寬了，我們的測量工具才測量的準確，至于為何是四個點，主要是因為打點計時器每隔0.02s打一個點，隔四個點后計數點之間的時間那就是0.1s了。比較好處理。
瞬時速度的計算，學生沒有很好的理解平均速度等于瞬時速度的處理方法，這方面要在第一章中加強才得。

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2.1 實驗：探究小車速度隨時間變化的規律— 【新教材】人教版高中物理必修第一冊教案

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