高中物理 21实验探究小车速度随时间变化的规律教学设计 新人教版必修1.docx

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高中物理21实验探究小车速度随时间变化的规律教学设计新人教版必修1

2019-2020年高中物理2.1实验探究小车速度随时间变化的规律教学设计新人教版必修1

一设计思想：

本节课的内容为探究实验，目的是让学生通过研究小车在重物牵引下运动的速度随时间变化的规律，复习巩固打点计时器的使用，纸带数据处理和测量瞬时速度的方法。

经历科学探究的活动，体验从实验中获取数据、做出图像、分析图像、寻找规律的科学思维方法。

在学生学习探究的过程中，必须经常启发学生的思维、不断的提出问题，引导学生正确的完成实验。

通过问题的解决使学生在描点、取点、连线、分析等方面初步具有正确的认识和理解。

在通过图像获取规律的过程中，使学生认识图像在研究物理问题中的作用，体会图像的直观、形象、生动，感受图像的直观美。

二教学流程

三教学目标：

1，知识与技能：

（1）巩固打点计时器的使用，纸带数据处理和测量瞬时速度的方法。

（2）培养学生从实验中获取数据的能力，利用图像处理实验数据的能力。

（3）知道小车在重物牵引下运动速度随时间变化的规律。

2，过程与方法：

（1）通过实验探究小车的速度随时间的变化规律，体会实验在发现规律中的重要作用。

（2）通过学习纸带的处理，体会数学图像在解决，研究物理问题过程中的重要作用。

3，情感态度与价值观：

在实验中，学生通过观察、记录实验数据，并进行归纳总结，做出v-t图像，体验到发现的乐趣，同时提高了实验能力和技巧，培养尊重事实认真实践的态度

四教学重、难点

教学重点：

启发，指导学生动手完成实验

教学难点：

通过实验，启发学生总结出小车运动的速度随时间的变化规律

匀变速直线运动是一种非常重要的运动形式，而考虑到学生从来没有接触过该运动，

所以用动手实验来体会其最直观的变化，而发现速度的变化的规律则是本节课的难点。

五教学过程

（1）进行实验

实验前，首先要求学生回忆前一章实验中打点计时器的使用方法和注意事项，以及测量瞬

时速度的方法。

（该过程中通过提问学生来让学生回答的问题的形式，来让学生参与到

教学中来，而该过程大约消耗5min）

实验过程中，要求学生在实验中注意几点：

1，打点计时器纸带限位器要与长板水平对齐，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。

而小车的要求要其能在长木板上不跑偏或跑偏较小。

2，牵引小车的钩码以100g以内为宜。

3，在小车后面安装纸带的时候，要注意将纸带装好，并且还要纸带能保持稳定与长木板水平，平行。

用来减少钩码的牵引力的变化。

4，实验时应先开启电源，再释放小车，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和小车落地。

打完一条纸带后，要先断开电源后再取纸带。

5，改变小车，钩码的质量重新完成两次实验，打好两条纸带。

～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～实验大约15min

（2）处理数据

打出纸带后，首先让学生知道计算列表法是常见的数据的处理方法，当数据的数学关系比较复杂时，计算列表法就不容易找出物理量之间的关系，这时可以采用图像法，画出物理量之间的关系图像，通过对图像的分析，探寻物理量之间的关系。

而后让学生讨论课文中“舍掉开头一些过于密集的点”的目的是为了减小测量长度时的误差；“为了便于测量，找一个点当作计时起点”的含义是取一个开始点。

对于纸带处理，要求学生先取零点和计数点，并对计数点进行编号，最后再测量距离。

而且测量距离的时候，不要用刻度尺分别测量相邻的两个计数点间的距离，而是用长刻度尺对齐第一个计数点，读出以后每一个计数点所对应的位置，再计算出相邻的两个计数点间的距离。

学生活动：

1、计数点和原始点之间的关系和差别。

2、为什么不直接量两个相邻的计数点间的距离，而是要量出每一个计数点的位置再计算相邻的两个计数点间的距离。

～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～活动大约10min

最后用每一段的距离s除以时间段t，就可以计算出该点的瞬时速度v＝s/t，并列表表示

速度随时间的表格。

位置

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

时间

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

V1

V2

V3

引导学生注意：

在计算该点的瞬时速度时，注意此时用了近似的处理方法。

而这种抓住主要问题，忽略次要因素的科学处理方法，在科学探究中是一种很重要的办法，而培养学生这种思维方式，需要学生在长期的学习中慢慢积累、不断训练，在过程中逐步形成习惯。

（3）作出速度－时间图像

学生在坐标纸上画出v-t图像，结合学生所得到的（v－t）图像，引导学生注意以下几点：

1、坐标轴单位长度的选取要合适，使图像分布在坐标平面的中央部分。

2、认真观察，思考直角坐标系中描出的点的分布规律。

课文中“描出的几个点大致……能够全部落在直线上。

”一段话的意义是让实验点尽量落在直线上或均匀分布在直线的两侧。

关于“在科学上，为了描述实验中测量量之间的关系，先将其在坐标系描点，然后用一条曲线（包括直线）“整合”这些点。

画曲线时要使它两侧的点数大致相同”，这样是要每一个有意义的点都要发挥作用，取点群的平均位置是为了减少测量的偶然误差。

3、提示学生图像中的点可能会组成一条直线

速度－时间（v－t）图像

（4）实验结论

当学生描绘出v-t图像后，要组织学生认真分析该图像，能够用语言描述出小车的运动速度随时间变化规律，并要学生能够认识到：

利用平面二维的坐标系只能描述某一个方向上的直线运动。

（小车在运动中向哪个方向？

在图像中怎样表示的？

你能不能求出小车运动的加速度？

）

～～～～～～～～～～～～～～～～学生活动大概15min

六板书设计

实验：

探究小车速度随时间变化的规律

一实验探究：

二数据处理

位置

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

时间

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

V1

V2

V3

七教学反思

八点评

2019-2020年高中物理2.1实验探究小车速度随时间的变化规律教案新人教版必修1

课题

§2.1实验：

探究小车速度随时间的变化规律

课型

实验课（2课时）

教学目标

知识与技能

1．根据相关实验器材，设计实验并熟练操作．

2．会运用已学知识处理纸带，求各点瞬时速度．

3．会用表格法处理数据，并合理猜想．

4．巧用v—t图象处理数据，观察规律．

5．掌握画图象的一般方法，并能用简洁语言进行阐述．

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、发现规律的探究方法．

4．认识数学化繁为简的工具作用，直观地运用物理图象展现规律，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．

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，并锻炼其思考的全面性、准确性与逻辑性．

2．通过对纸带的处理、实验数据的图象展现，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．在对现象规律的语言阐述中，提高了学生的语言表达能力，还体现了各学科之间的系，可引申到各事物间的关联性，使自己融入社会．

5．通过经历实验探索过程，体验运动规律探索的方法．

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、规律的探究．

教学方法

探究实验、讲授、讨论、练习

教学手段

教具准备

学生电源、导线、打点计时器、小车、4个25g的钩码、一端带有滑轮的长木板、带小钩的细线、纸带、刻度尺、坐标纸、多媒体课件、计算机

教学活动

[新课导入]

（课件展示）下列语言表述中提及的运动情景．

师：

物体的运动通常是比较复杂的．

放眼所见，物体的运动规律各不相同．在生活中，人们跳远助跑、水中嬉戏、驾车行驶、高山滑雪；在自然界里，雨点下落、鸽子飞翔、猎豹捕食、蜗牛爬行、蚂蚁搬家……这些运动中都有速度的变化．

物体的速度变化存在规律吗?

怎样探索复杂运动蕴含的规律呢?

要想探究一个物体随时间变化的规律，必须知道物体在一系列不同时刻的速度．直接测量瞬时速度是比较困难的，我们可以借助打点计时器先记录物体在不同时刻的位置，再通过对纸带的分析、计算得到各个时刻的瞬时速度．

[新课教学]

一、进行实验

[讨论与交流]

进行实验前，让学生先回顾上一章是怎样使用打点计时器的，讨论后回答．

生1：

把打点计时器固定好，装好纸带．开启电源，手水平地拉动纸带，纸带上就会打出一行小点．

生2：

不，老师，他忘了及时关闭电源．

师：

对，千万别忘了及时关闭电源．这样做的好处是什么?

为什么要这样做?

生3：

为了节省电能，因为国家电力能源紧张．

生4：

不，因为打点计时器是按间歇工作设计的，所以长期工作可能会因线圈发热而损坏．这样做是为了保护打点计时器．

师：

好，大家根据以前的经验，阅读课本第34页“进行实验”标题下的两段文字后分组进行讨论实验方案．

让学生自己设计好实验，井口头阐述相关实验器材及步骤．

生：

实验中需要的器材应该有：

附有滑轮的长木板，小车，带小钩的细线，钩码，打点计时器，纸带，刻度尺，学生电源，导线等．

生：

我们是在钩码的牵引下让小车运动的，为了研究小车的速度随时间变化的规律，需要把打点计时器固定在长木板上．让小车拖动纸带运动，然后我们再研究所打纸带上的点，从而得出小车的运动情况．

生：

为了得到打点清晰、较好的纸带，我们最好是多打几条纸带．

生：

我们分别选两个、三个、四个钩码来牵引小车，看小车的运动快慢情况，速度的变化情况．

教师及时评价学生的讨论结果，适时指出不当之处，肯定学生的创新和正确的地方．

教师课件投影参考实验过程．

投影展示的内容

实验过程参考提示：

1．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木板上远离滑轮的一端，连接好电路．

2．把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，启动电源，然后放开小车，让小车拖着纸带运动，打完一条后立即关闭电源．

3．换上新纸带，重复操作三次．

引导学生熟练地摆好器材，进行合理、准确的操作，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．

学生进行实验操作，注意把实验过程和已学过的“练习使用打点计时器”相对比，及时提出问题．

点评：

（1）在动手操作之前，可以让学生先在头脑中实验，提前思考实验顺序和注意事项；保证操作的顺利进行．

（2）和已学实验进行对比，使学生很好地应用了比较法，且有助于加深记忆．

（3）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．

二、处理数据

师：

我们通过打点计时器得到了若干条纸带，采集了第一手资料，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．

学生讨论怎样选择纸带，如何测量数据，如何设计表格，填写数据．

[课堂交流]

生1：

要选择一条最清晰的纸带．

生2：

开始的几个点不清晰，该怎么测啊!

生3：

我建议舍去这几个点算了．

生4：

对啊，计时起点是人为选取的，我们可以找一清晰的点开始当作计时的起点．

教师及时评论学生的讨论，肯定学生的成绩．

师：

我们可以选一个清晰的点作为计时的起点．还可以选择计数点，建议你们在测量前每五个点选一个计数点．

学生实时测量，教师巡回指导，指出学生中出现的问题．

师：

大家在测量时，我建议你们在选好计时起点后，测量以后的各个计数点与这个计时起点的距离．大家想想，这样做，有什么好处?

生：

我们是每两个计数点间就测量一个数据．这不是一样吗?

师：

我说的就是你这种做法是合适的，大家就此讨论．

生：

他这样做是每次都要挪动刻度尺，测出每两个点间的距离，而我的做法与老师您说的一样，我感觉这样能减少测量误差．

学生测量数据，记录结果．

教师引导学生学会计算各点瞬时速度的方法和表格处理方法．

师：

大家想想怎样计算计数点的瞬时速度．

生：

测量包含某个所研究的点在内的一段时间内的位移△x，同时找出对应的时间△t，根据v=Δx/Δt算出该点附近的平均速度，把它当作计时器打下这个点时的瞬时速度．

生：

我们这个小组是选了相邻三个计数点间的间隔为研究对象，根据测量结果算出这两个o.1s内的距离△x，把v=Δx/Δt算出的平均速度近似当作这三个点中的中间点的瞬时速度．

师：

大家可以参考按他说的做，这在近似计算来看，还是个很好的方法。

学生算出各个计数点的瞬时速度，并填人自己设计的表格中．

教师课件投影参考提示：

投影展示的内容（接上次投影中的三条）

参考提示：

4．选择所打纸带中最清晰的一条，舍掉开头一些过于密集的点，找一个适当的点当作计时起点．

5．选择相隔o.1s，即中间空四个点的时间间隔的若干计数点进行测量，把数据填入表格．

6．计算各点的瞬时速度，填人自己设计的表格中，可参考课本第34页表格．

三.作出速度一时间图象

师：

有了原始数据，确定运动规律的最好办法是作速度一时间图象，这样具体的运动规律才能更直观地显现出来．

[讨论与交流]

学生回顾上一章中描画手拉纸带的速度一时间图象的情景，讨论如何在本次实验中描点、连线．

生：

以时间t为横轴、速度v为纵轴，建立坐标系，把刚才所填表格中的各点在速度一时间坐标系中描出，

师：

要注意选择合适的标度哟!

否则，作后看看你的图与别人的有什么不同?

（要使图象尽量分布在坐标平面的大部分面积）

师：

请同学们注意观察和思考你所描画的这些点的分布规律．

生1：

我看描出的这些点都大致落在一条直线上。

生2：

我们的也是．

师：

我们是用折线连呢，还是怎样连?

生：

不能用折线连，速度的实际变化应该是比较平滑的，所以，要用一条平滑的曲线来“拟合”这些点，这样曲线反映的规律应该与实际情况更接近．

师：

在连线时，还要注意使连线两侧的点数大致相同．

学生连线，教师指导，随时回答学生可能提出的问题．

生：

我们这儿出现了有一个点明显偏离绝大部分点所在的直线．那该怎么办呢?

师：

这个问题很典型，大家对此进行一下讨论．

生：

大概是那一瞬时小车的速度瞬时突变了．

生：

我看小车的运动快慢还是比较均匀的，那一点的速度值可能是测量或计算出了问题．

师：

如果一旦出现明显偏离较大的点，我们可以认为是测量误差过大、测量中出现偏差所造成的。

可以将这个点视为无效点。

生：

那这个点我们就可以擦去不用了．

师：

不是的，这个点我们要仍然保留在坐标纸上，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．

教师在与学生交流的过程中体现科学探究要尊重实验事实的严谨科学态度。

[课堂探究]

展示问题：

怎样根据所画的速度一时间图象求加速度?

生1：

从所画的图象中取两个点，找到它们的纵横坐标（t1，v1）、（t2，v2），然后代人公式a=△v/△t=（v2-v1）/（t2-t1）

生2：

我们在找这两个点的时候还可以充分利用已测的数据、已描画的点的坐标，直接代入公式就行了．

师：

上面两位同学的讨论，是大家很容易犯的错误．请大家想想看，如果我们仍贪图方便还取已测得的表格中的数据点来求加速度，那么我们就没必要作图了，直接从表格中找两个数据代人公式算不就行了吗?

或者我们也根本不需要测那么多的数据，只测量两组数就够了．这样就失去了作图的意义．

师：

我们求加速度的方法有两个，一个是公式法，可以直接用两组数据代入公式；另一个就是我们今天的图象法．

师：

我们可以任意选两个间隔较远的点，找出它们的坐标值（注意这两个点不能是我们表格中已测得的点），然后再把的它们的坐标值代人到公式a=△v/△t=（v2-v1）/（t2-t1）中，求出加速度，就能更详细地知道物体的运动情况．

学生根据教师指导求出小车运动的加速度，用自己的语言描述小车的运动速度随时间变化的规律．

生1：

小车速度随时间逐渐增大．

生2：

相同时间里，速度增量相同．

生3：

速度跟时间成正比．

生4：

小车做初速度为零的匀加速直线运动，加速度大小是2.1m／s2．

师：

同学们的描述都是不错的，有的定性说明，有的定量表述．总之，小车的运动速度随着时间的变化在均匀地增大，我们可以用图象法定量求出它的加速度．

点评：

这里答案不唯一，应鼓励学生大胆表达，对正确的地方表扬，不合适的地方应引导、纠正，这样才能使学生加深印象，培养良好的思维习惯，提高创新意识，开阔思维．

[实践与拓展]

展示问题：

汽车沿平直的公路行驶，小明坐在汽车驾驶员旁，注视着速度计，并记下间隔相等的各时刻的速度值，如下表所示．

师：

从表中数据得到汽车在各段时间内的运动特点：

在o～15s内，汽车的速度在变化，每5s速度增大______km／h；在15～30s内汽车速度不变，速度大小为_______km／h；在35～45s内汽车速度在变化，每5s速度减小_________km／h．

生：

10km／h；50km／h；15km／h．

师：

请你根据上表中的数据，在下边的坐标系中标出对应的点，并用平滑的线连接各点，你得到了什么图形?

生：

如图2—l—2所示．

师：

如果认为在0～15s内速度的变化是均匀的，你能在图象中找出汽车在7．5s时的速度值吗?

生：

能，为35km／h．

[课堂交流]

师：

下面我用计算机绘制速度一时间图象，演示给大家看，大家有机会可以到微机室或家中电脑前亲自体验一下哟!

观察计算机作图，了解计算机作图的优越性．

教师用Excel软件演示作v—t图.

学生认真观察、体会并和手工作图加以对比，争取课下独立完成．

演示过程与方法：

打开Excel工作簿可以看到行和列，行号用1、2、3……表示；列号用A、B、C……表示．将自变量时间的数值从某一单元格开始输入，在同一列中将其他时间值一一输入．在相邻的右侧一列中将速度值一一输入，注意速度值要与时间值相对应．也可以在同一行中依次输入时间和速度，下一行中再次输入第二组时间和速度，直至全部输入完毕．用鼠标选中这些数据．再用鼠

标左键单击“图表向导”按钮，出现“图表类型”窗口，选“散点图”，选“确定”按钮，弹出“图表标题输入框”，输入相应的字符后选“下一步”按钮，直到“完成”．出现由点组成的图表，用鼠标右键单击绘图区中任何一个数据点，出现下拉式菜单，选“添加趋势线”，弹出“添加趋势线”窗口，选择“线性”趋势；打开该窗口的“选项”，对其中“显示公式”左侧的小方格用鼠标左键单击出现“√”号后，按“确定”．则图表框中出现一条直线，这就是经过计算机做最佳“拟合”后的。

—图象，并显示出一个表明该图象的函数式．

点评：

学生每人一机，可能有的学校条件不具备，但教师用机基本能实现，因此这儿作一演示，有计算机的学生课下可自行完成，对微机学习也是一个促进，没有条件的学生也可以增强感观认识，同时还能提高学生的兴趣，增强学生学习的主动性．

[课堂训练]

出示题目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2—1—3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．

（1）根据纸带上的数据，计算B、C、D各点的速度，填人表中．

（2）在坐标纸上作出小车的v—t图象．

解析：

由纸带标明的数据可以计算任意相邻两位置之间的位移，然后求纸带上各点的速度和加速度．

（1）由纸带的标注可以求出XAB＝7.5cm

xBC=XAC一xAB=27．6cm一7.5cm=20．1cm

xCD＝XAD—XAC＝60.3cm一27.6cm＝32.7cm

XDC＝XAE—XAD＝105.6cm一60.3cm＝45.3cm

匀变速直线运动物体在一段时间内的平均速度等于该时间某时刻的瞬时速度，所以vB=vAC/2T=（27.6×10-2）/（2×0.1）m／s=1.38m／s

vC=vBD/2T=（52.8×10-2）/（2×0.1）m／s=2.64m／s

vD=vCE/2T=（78.0×10-2）/（2×0.1）m／s=3.90m／s

分别填入表中对应位置即可

（2）在图象上取合适的单位严格描点，这些点大致分布在一条直线上，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图象．图象略．

点评：

本题中要计算A、正两点的瞬时速度需要用到A点前和正点后的某段距离，也可在学完速度一时间公式后再来完成．本课中可不必刻意追求数据的完整．

出示题目2：

在研究匀变速直线运动的实验中，算出小车经过各计数点瞬时速度如下表所示：

为了计算加速度，最合理的方法是…………………………………………（）

A.根据任意两计数点的速度用公式○算出加速度

B．根据实验数据画出v-t图，量出其倾角，由公式a＝tana求出加速度

C．根据实验数据画出v-t图，由图线上相距较远的两点所对应的速度、时间，用公式a=△v/△t算出加速度

D．依次算出通过连续两计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度

答案：

C

解析：

方法A偶然误差较大．方法D实际上也仅由始末两个速度决定，偶然误差也比较大，只有利用实验数据画出对应的v-t图，才可充分利用各次测量数据，减小偶然误差．由于在物理图象中两坐标轴的分度大小往往是不相等的，根据同一组数据，可以画出倾角不同的许多图线，方法B是错误的．正确的方法是根据图线找出不同时刻所对应的速度值，然后利用公式a=△v/△t算出加速度，即方法C。

出示题目3：

某实验小组用打点计时器探究小车运动情况，用打点计时器记录小车运动的时间，计时器所用电源的频率为50H2，图2—1—4所示是与小车相连的纸带上记录的一些点，在每相邻的两点之间都有四个点未画出．用米尺量出A点距离B、C、D、正各点的长度如图上标度．该小组同学在教师的帮助下，设法算出了A、B、C、D、正各点的瞬时速度分别为（单位：

m／s）：

0．53、0．88、1．23、1．58、1．93．（学完下一章自己就能算出）

建立恰当的坐标系，在直角坐标系中描点，观察各数据点并思考怎样用一条线段将各点联系起来，并作出这个图象．

图线延长线与纵轴相交，交点的物理意义是什么?

从图象可知，这是匀变速直线运动吗?

说出原因．若是，请求出加速度．

解答：

（1）图象如图2—1—5所示，说明：

作图象时，要让尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点尽可能分居在直线的两侧．相当于数据处理中的平