高中物理人教版 (2019)必修 第一册1 实验：探究小车速度随时间变化的规律教学设计

2.1  实验：探究小车速度随时间变化的规律

【教材分析】

寻找一种运动的特点和规律，一般要从某个具体的事例开始，这一节，我们研究小车在重物牵引下的运动，本节所起的作用是承上启下。既复习了上一章所学的实验技能：利用打点计时器测物体的速度。又将上一章的加速度概念平稳过渡到这一章中研究匀变速直线运动的规律。所以，该实验如果放到“匀变速直线运动的速度与时间的关系”之后，就会显得不伦不类。教学方式上建议全体同学在实验室中，进行分组实验。也可考虑多种形式并存，如：将全班同学分成三部分。一部分利用打点计时器进行实验，一部分利用气垫导轨进行实验，一部分利用频闪照相机进行实验。而后，共同交流、评估。本节课为实验课，所以安排1课时。

【教学目标与核心素养】

[物理观念]能建立加速度的概念，能从物理学的视角观察实验现象，并能正确分析小车运动的加速度。

[科学思维]理解v-t图像的含义，能用实验数据描绘v-t图像，能根据图像分析速度随时间的变化特点以及加速度的特点。

[科学探究]会使用打点计时器测量物体的速度和加速度。

[科学态度与责任]通过介绍或学习测加速度的方法，去感知科学的价值和应用；培养学生如实记录实验数据，实事求是的科学态度；培养学生对科学的兴趣，坚定他们学习思考探索的信念。

【教学重难点】

教学重点：通过纸带上的点迹计算加速度；根据图像分析加速度的情况。

教学难点：求加速度。

【课前准备】

多媒体课件、打点计时器、电源、纸带、导线若干、坐标纸等。

【课时安排】

1课时

【教学过程】

[新课导入]

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……在自然界了，雨滴下落，猎豹捕食，蚂蚁搬家……这些运动中多有速度的变化。

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？怎样探索复杂运动蕴含的规律呢？

寻求一种运动的特点和规律，一般要从某个具体的事例开始。我们要探究小车随时间变化的规律，必须知道小车在不同时刻的速度。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小车在不同时刻的位置，在通过对纸带的分析，计算得到各个时刻的瞬时速度。

[新课讲授]

实验操作

提问：回顾上一章打点计时器的使用情况。（学生回答）

实验步骤

（学生实验）把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳绕过滑轮，下面挂上适当的钩码，小车在钩码的牵引下运动，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，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面。把小车停在靠近打点计时器的位置，启动计时器，然后放开小车，让小车拖着纸带运动，于是，打点计时器在纸带上打下一行小点，随后立即关闭电源。换上新纸带，重复操作三次。

实验注意问题

开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器；

先接通电源，再释放小车，当小车停止运动时应及时关闭电源；

需防止钩码落地和小车与滑轮相撞，当小车到达滑轮前及时用手按住它；

钩码个数适当，以免a过大点太少。应以50cm的纸带取得20~40个连续点为佳。

数据分析

纸带的选取和处理

多条纸带中选取一条点迹清晰且点迹排成直线的纸带进行处理；

舍掉开头一段过于密集的，找一个适当的点做计时起点，为了减少测量误差和便于计算，每隔4个“计时点”选取一个“计数点”进行测时，相邻计数点的时间间隔为0.1秒；

测量距离时从选取的计时起点到各个计数点的距离。

学生讨论：如何表示某点的瞬时速度？老师总结：用某段的平均速度代替某点的平均速度。

数据处理：用描点法做速度—时间图像

把各点的瞬时速度填入下表

增减所挂钩码数目，以改变小车运动速度快慢，再做两次实验。

★做v—t图像

⑴建立坐标系，纵坐标轴为速度v，横坐标轴为时间t；

⑵对坐标轴进行适当分度，使测量结果差不多布满坐标系；

⑶描出测量点，应尽可能清晰；

⑷用一条光滑的曲线（直线）连接坐标系中的点。

明显偏离的点视为无效点，连线时应使连线两侧的点分布大致相同。出示一组数据让学生在黑板上描出图像。

学生讨论：这些点在υ-t图像中的分布有什么特点？

★教师总结：

1．我们就可以用一条直线去代表这些点，并且可以说，小车运动的υ-t图像是一条倾斜的直线。

2．小车的运动速度随时间成线性关系。

有条件的同学要求用Excel作图，也可以去计算机机房里练习用Excel作图。

★对v—t图像的认知

图像的物理意义：反映了速度随时间变化的规律不是物体运动的轨迹。

可以从图像上得到任意时刻的速度

可以求出物体一段时间内的

可以求物体的加速度：

典例分析

【例1】关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作，下列说法错误的是（    ）

A．长木板不能侧向倾斜

B．在释放小车前，小车应紧靠在打点计时器上

C．应先接通电源，待打点计时器开始打点后再释放小车

D．要在小车到达定滑轮前使小车停止运动

【答案】B

【例2】在下列给出的器材中，选出“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中所需的器材填在横线上（填编号）。

①打点计时器  ②天平  ③低压交流电源  ④低压直流电源  ⑤细绳和纸带  ⑥钩码和小车  ⑦秒表  ⑧一端有滑轮的长木板  ⑨刻度尺

选出器材是____________。

【答案】打点计时器是一种计时仪器，所用电源是低压交流电源，因此④⑦不选；该实验不需要测量质量，因此②不选；故答案为①③⑤⑥⑧⑨。

【例3】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，某同学操作中有以下实验步骤，其中有错误或遗漏的步骤有（遗漏步骤可编上序号G、H……）_____________________。

A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，先放开纸带，再接通电源

B．将打点计时器固定在平板上，并接好电路

C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当的钩码

D．取下纸带

E．将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做匀速运动

F．将纸带固定在小车后部，并穿过打点计时器的限位孔

将以上步骤完善并按合理的顺序写在横线上____________。

【答案】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，要先接通电源，再放开纸带；在取下纸带前要先断开电源；为了减小误差，应重复3次即打3条纸带；故答案为：

（1）A中应先接通电源，再放开纸带；

（2）D中取下纸带前应先断开电源；

（3）补充步骤G：换上新纸带，重复3次。

步骤顺序为：BFECADG。

板书设计

2.1  实验：探究小车速度随时间变化规律

实验操作：小车在外力作用下拖动纸带运动，打点计时器在纸带上打点。

数据处理：用平均速度代替瞬时速度。

作图：描点连线作图后，是一条倾斜的直线。（也可用Excel作图）