2.1實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律

★教學(xué)目標(biāo)

(一)知識與技能

1.進(jìn)一步熟練打點計時器的使用。

2.加深學(xué)習(xí)利用紙帶求某時刻瞬時速度的方法。

3.進(jìn)一步提高用描點法作圖的能力。

(二)過程與方法

4.通過對實驗過程的探究，了解物理學(xué)的研究方法。

5.認(rèn)識物理實驗和數(shù)學(xué)工具在物理學(xué)發(fā)展過程中的作用。

6.初步學(xué)會根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行猜測、探究、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的探究方法。

(三)情感態(tài)度與價值觀

7.培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實的實驗態(tài)度。

8.通過實驗探究培養(yǎng)學(xué)習(xí)物理和研究物理問題的興趣，學(xué)會探尋物理規(guī)律的方法。

9.學(xué)習(xí)合作完成實驗，交流實驗體會

★教學(xué)重點

1.引導(dǎo)學(xué)生做好分組實驗及指導(dǎo)學(xué)生處理好得到的數(shù)據(jù)，從而得出速度時間規(guī)律。

★教學(xué)難點

1.各點瞬時速度的計算。

2.對實驗數(shù)據(jù)的處理、規(guī)律的探究。

★教學(xué)方法

1.探究實驗、多媒體、講授、討論、練習(xí)等。

★教學(xué)過程

引入新課：在前面的學(xué)習(xí)中，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了在實驗室里如何使用打點計時器測量計算物體的速度，今天我們要用打點計時器研究小車在重物牽引下的運(yùn)動，看看小車的速度是怎樣隨時間變化的。

一、實驗前準(zhǔn)備

師：下面我給出這節(jié)課做實驗所需要的實驗器材：學(xué)生電源、打點計時器、小車、一端帶有滑輪的長木板、細(xì)線、紙帶、刻度尺、坐標(biāo)紙、鉤碼。大家想想：這些儀器在實驗中分別擔(dān)當(dāng)?shù)脑鯓拥慕巧吭撊绾谓M合使用這些儀器來完成今天的實驗？

師：請各小組同學(xué)相互合作寫出本節(jié)實驗的設(shè)計思想、實驗步驟和操作過程。

學(xué)生活動：讓某一組學(xué)生代表口頭闡述思考結(jié)果，并讓其他組的學(xué)生指出不當(dāng)之處并改正或加以補(bǔ)充。

正確實驗步驟：

1.把一端附有滑輪的長木板平放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在遠(yuǎn)離滑輪的一端，連接好電路。

2.把一條細(xì)繩拴在小車上，使細(xì)繩跨過滑輪，下面掛上合適的鉤碼，放手后看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行，然后把紙帶穿過打點計時器，并把紙帶的另一端固定在小車后面。

3.把小車停在靠近打點計時器處，先接通電源，然后釋放小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動，打點計時器就在紙帶上打下一列小點，換上紙帶，重復(fù)實驗3次。

4.增減所掛的鉤碼，或在小車上放置重物，再做兩次實驗，每次實驗打3條紙帶。

師：討論進(jìn)行到這兒，相信大家對實驗步驟已經(jīng)了解得很清楚了，但這里我要提醒一點：千萬不要認(rèn)為自己已經(jīng)能夠很好地完成實驗了，理論僅僅是指導(dǎo)實驗的大體方向，實際操作中我們有太多的細(xì)節(jié)要注意。比如在實驗如何注意儀器的安全。

強(qiáng)調(diào)：在分組實驗前我要大家記?。簽榱藘x器的安全，實驗時要防止鉤碼落地和小車與滑輪碰撞，當(dāng)小車到達(dá)滑輪前及時用手按住。

二、實驗過程

分組實驗

實驗過程中老師巡視時要注意以下幾點：

1.開始釋放小車時，小車應(yīng)該靠近打點計時器；

2.先接通電源，后釋放紙帶。打完一條紙帶后立即斷開電源；

3.牽引小車的鉤碼的個數(shù)要適當(dāng)，以免加速度過大導(dǎo)致紙帶上點過少或加速度過小導(dǎo)致紙帶上點過多。（加速度大小以能在50cm的紙帶上清楚地取得六、七個計數(shù)點為宜）

三、紙帶的處理

師：現(xiàn)在每組都應(yīng)該通過實驗得到了幾條紙帶，下面我們就來對紙帶進(jìn)行處理。請同學(xué)們細(xì)細(xì)回想一樣前面學(xué)習(xí)打點計時器的使用時我們是如何處理實驗得到的紙帶的。

學(xué)生回憶思考。

師：我們該怎樣從每3條紙帶中選擇出一條合適的紙帶進(jìn)行研究呢？

生：當(dāng)然是選點跡清晰的了。

師：回答不錯！當(dāng)然是選擇點跡清晰的。那大家現(xiàn)在就從各自的紙帶中選出一條點跡清晰的紙帶。（等學(xué)生自己提出問題，因為幾乎不可能有一條紙帶上的點都很清晰，特點是開始的幾個點）

生：老師！每條紙帶都不算清晰，特別是前面的幾個點基本看不清。

師：那怎么辦呢？是不是每條紙帶的前幾個點都不清晰??？

生：是??！

師：其實我們要研究物體的運(yùn)動不一定要研究它運(yùn)動的全過程，在無法研究整個過程的情況下，我們完全可以選擇其中一段小過程進(jìn)行研究，所以我們選擇紙帶時只需保證我們所選的紙帶中有一段點跡較清晰且不漏點的點跡就可以了，開始幾個不清楚的點我們完全可以舍去。

師：現(xiàn)在大家根據(jù)這個原則重新選擇我們所需的紙帶吧。

教師巡視，看看學(xué)生所選擇的紙帶是否合乎要求。

師：現(xiàn)在我們就來對紙帶進(jìn)行分析處理了，我們選擇一個清晰的點作為計時起點，為了便于計算和減小實驗誤差，一般情況下我們每隔5個打印點選取一個計數(shù)點，即相鄰兩個計數(shù)點之間的時間間隔為0.1s。接著再用刻度尺測量出相鄰兩個計數(shù)點之間距離。

師：現(xiàn)在，請各組開始處理自己的紙帶，標(biāo)出計數(shù)點并標(biāo)出點之間的距離，并記入自己設(shè)計的表格中。

教師巡視時要注意觀察：學(xué)生在測量相鄰兩計數(shù)點之間距離時是直接測量每個間隔還是分別測出從第一個點到后面每個點的距離然后再相減。

師：剛才巡視的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多同學(xué)對剛學(xué)過的知識并沒有把握得很牢固，或者說沒有深刻體會到實驗中各種數(shù)據(jù)處理方法背后隱含的道理。就拿如何測量點間距離來說，你們是怎么測量的？前面學(xué)習(xí)過的方法還記得嗎？

學(xué)生自檢并立即動手改正。

師：現(xiàn)在請同學(xué)們著手計算各計數(shù)點的瞬時速度。

教師巡視看學(xué)生是否還記得如何測量計算各計數(shù)點的瞬時速度

師：好，做得都不錯?，F(xiàn)在請同學(xué)們以相同的方法處理另兩組的各3張紙條。

學(xué)生分組合作，教師巡視指點

四、速度-時間圖象

師：為了更好地了解小車速度隨時間的變化規(guī)律，我們可以用圖象法這個重要的數(shù)據(jù)處理方法，因為圖象能比較直觀反映出變化規(guī)律。現(xiàn)在請同學(xué)們根據(jù)所得數(shù)據(jù)作用速度-時間圖象。

教師巡視，要求學(xué)生實事求是地描點，不要杜撰。嘗試用一條平滑的曲線來擬合這些點。

師：大家仔細(xì)研究研究自己的處理結(jié)果，說說小車的速度隨時間是怎樣變化的？

生：我從我的處理結(jié)果中發(fā)現(xiàn)：對于每組實驗，描出的幾個點大致都在一條直線上，偏離太遠(yuǎn)的被我舍去了。我覺得如果沒有實驗誤差的話，函數(shù)圖象應(yīng)該是一條直線，所以我就用一條直線去擬合這些點，如果有些點難以落在曲線上，我盡量使它們大致均勻地分布在曲線兩側(cè)。

生：我的也是。

生：我也是的。

師：大量的實驗數(shù)據(jù)表明：小車速度-時間圖象是一條直線。那根據(jù)這個函數(shù)圖象，你能用自己的語言說說小車速度隨時間的變化規(guī)律嗎？

生：因為是一條直線，所以任何相等的時間間隔內(nèi)的速度變化量是一樣的，小車的速度是均勻增加的，整個過程中加速度保持不變，應(yīng)該是我們剛學(xué)過的一種叫勻加速的運(yùn)動。

生：從函數(shù)圖象關(guān)系式也知道，速度與時間函數(shù)是一次函數(shù)，是線性關(guān)系，小車速度隨時間均勻增加，所以是勻加速。

五、經(jīng)典例題

例1在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，圖1給出了從0點開始，每5個點取一個計數(shù)點的紙帶，其中0，1，2，3，4，5，6都為計數(shù)點.測得：x1＝1.20cm，x2＝1.60cm，x3＝1.98cm，x4＝2.38cm，x5＝2.79cm，x6＝3.18cm.那么：圖1(1)在計時器打出點1,2,3,4,5時，小車的速度分別為：v1＝14.00cm/s，v2＝________cm/s，v3＝21.80cm/s，v4＝25.85cm/s，v5＝________cm/s.(2)在平面直角坐標(biāo)系中作出v－t圖象．(3)分析小車運(yùn)動速度隨時間變化的規(guī)律．學(xué)情分析：學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了用打點計時器測定物體運(yùn)動的速度。這節(jié)課再利用打點計時器探究小車速度隨時間變化的規(guī)律。本節(jié)課教學(xué)的核心是引導(dǎo)學(xué)生實際研究小車在運(yùn)動中速度隨時間變化的規(guī)律，目的是讓學(xué)生通過科學(xué)探究活動來完成。通過實驗探索過程，體驗運(yùn)動規(guī)律探索的方法。重視獲取知識的過程，讓學(xué)生體驗一種從實驗研究中獲取數(shù)據(jù)，作出圖象，分析圖象，尋找規(guī)律的科學(xué)思維方法和能力.這種科學(xué)思維方法貫穿整個物理實驗，因此教學(xué)中必須讓學(xué)生親自動手做實驗。效果分析：1.學(xué)生練習(xí)了根據(jù)相關(guān)實驗器材，設(shè)計實驗并熟練操作。學(xué)會運(yùn)用已學(xué)知識處理紙帶，求各點瞬時速度。2.基本學(xué)會用表格法處理數(shù)據(jù)，并合理猜想。巧用v-t圖象處理數(shù)據(jù)，觀察規(guī)律。3.基本掌握畫圖象的一般方法，并能用簡潔語言進(jìn)行闡述。教材分析 ：本節(jié)是個學(xué)生實驗，用打點計時器研究小車在重物牽引下的運(yùn)動，探究小車的運(yùn)動特點和規(guī)律。教學(xué)的核心是引導(dǎo)學(xué)生實際研究小車在運(yùn)動中速度隨時間變化的規(guī)律，目的是讓學(xué)生通過科學(xué)探究活動來完成。通過實驗探索過程，體驗運(yùn)動規(guī)律探索的方法。小車在重物牽引下運(yùn)動看似簡單，但就其研究問題的過程和方法是具有基礎(chǔ)性和典型性的。重視獲取知識的過程，讓學(xué)生體驗一種從實驗研究中獲取數(shù)據(jù)，作出圖象，分析圖象，尋找規(guī)律的科學(xué)思維方法和能力。這種科學(xué)思維方法貫穿整個物理實驗，因此教學(xué)中必須讓學(xué)生親自動手做實驗。[能力訓(xùn)練]2.1實驗：探究小車的速度隨時間變化的規(guī)律1.電磁打點計時器和電火花打點計時器都是使用電源的儀器，電磁打點計時器的工作電壓是Ｖ，電火花打點計時器的工作電壓是Ｖ.當(dāng)電源頻率是50Ｈz時，它每隔ｓ打一次點.2.一學(xué)生在實驗過程中使用電磁打點計時器時，紙帶上打出的不是圓點，而是一些短線，這可能是因為（）A.打點計時器錯接在直流電源上B.電源電壓不穩(wěn)定C.打點計時器使用的電壓過高D.振針到復(fù)寫紙片的距離太小3關(guān)于“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗操作，下列說法錯誤的是()A.長木板不能側(cè)向傾斜，也不能一端高一端低B.在釋放小車前，小車應(yīng)緊靠在打點計時器上C.應(yīng)先接通電源，待打點計時器開始打點后再放小車D.要在小車到達(dá)定滑輪前使小車停止運(yùn)動4.在下列給出的器材中，選出探究小車速度隨時間變化的規(guī)律的實驗中所需的器材填在橫線上(填編號).①打點計時器②天平③低壓交流電源④低壓直流電源⑤細(xì)繩和紙帶⑥鉤碼和小車⑦秒表⑧一端有滑輪的長木板⑨刻度尺選出器材是.5.在探究小車速度隨時間變化的規(guī)律的實驗中，按照實驗進(jìn)行的先后順序，將

下述步驟的代號填在橫線上__________A.把穿過打點計時器的紙帶固定在小車后面B.把打點計時器固定在木板的沒有滑輪的一端，連好電路C.換上新的紙帶再重做兩次D.把長木板平放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面E.使小車停在靠近打點計時器處，接通電源，放開小車，讓小車運(yùn)動F.把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，下邊吊著合適的鉤碼G.斷開電源，取出紙帶6.用接在50Hz交流電源上的打點計時器，測定小車的運(yùn)動情況，某次實驗中得到一條紙帶如圖所示，從比較清晰的點起，每五個打印點取一個計數(shù)點，分別標(biāo)明0、1、2、3……，量得0到1兩點間距離s1=30mm，1與2兩點間的距離s2=48mm，則在打1計數(shù)點時小車的速度為v1=______m/s7.某同學(xué)在“探究小車的速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中算出小車經(jīng)過各計數(shù)點的瞬時速度如下表格中所示：計數(shù)點序號123456計數(shù)點對應(yīng)時刻（s）0.10.20.30.40.50.6通過計數(shù)點的速度（cm/s）44.062.081.0100.0110.0138.0請作出小車的v-t圖象，并分析運(yùn)動特點.8.兩個做直線運(yùn)動的質(zhì)點A、B的v-t圖象如圖所示，試分析它們的運(yùn)動情況.9.在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，如圖給出了從0點開始，每5個點取一個計數(shù)點的紙帶，其中0、1、2、3、4、5、6都為計數(shù)點，測得：s1=1.40cm,s2=1.90cm,s3=2.38cm,s4=2.88cm,s5=3.39cm,s6=3.87cm.那么：(1)在計時器打出點1、2、3、4、5時，小車的速度分別為：v1=_______cm/s，v2=______cm/s，v3=______cm/s，v4=_______cm/s，v5=________cm/s.(2)在平面直角坐標(biāo)系中作出v-t圖象.(3)分析小車運(yùn)動速度隨時間變化的規(guī)律.參考答案1．交流計時不高于10V220V0.02S2.CD3.A4.1356895.DBAFEGC6.0.397～9(略)課后反思1