高中物理人教版 (2019)必修 第一册第二章 匀变速直线运动的研究1 实验：探究小车速度随时间变化的规律导学案

教学目标 核心素养

物理观念：熟练使用打点计时器获取相关数据；

科学思维：会用学过的物理术语、图表等陈述科学探究过程和结果

科学探究：能设计实验方案，掌握获取和处理数据的水平。

科学态度和责任：培养根据实验结果作出分析判断并得出结论

教学重点

1、打点计时器的使用

2、实验数据处理方法

3、对运动的速度随时间变化规律的探究

教学难点

1、对实验数据的处理规律的探究

2、

3、

高考考点

课  型

实验

教  具

学生电源、导线打点计时器等

教  法

教    学    过    程

教学环节

教师活动预设

学生活动预设

一、课前复习：阅读教材，完成下列问题。

1、打点计时器：

（1）电磁打点计时器是一种使用 低压交流 电源的计时仪器。它的工作电压是 4~6V 。频率是 50Hz，每隔 0.02s 打一个点。如果把纸带跟运动的物体连接在一起，打点计时器便在纸带上打下一系列的点，这些点既记录了运动物体在不同时刻的  位置 ，也记录了相应 时间 。通过对纸带上不同点之间距离的研究，可以了解物体运动的情况。

（2）电火花计时器

工作条件：使用交流电源，工作电压 220  V，工作频

教学环节

教师活动预设

学生活动预设

率为 50Hz ，它每隔  0.02s  打一个点。

2、如何求解物体的瞬时速度？

3、通过v-t图象如何求解加速度？

二、实验教学

思考1：该实验的目的

1．进一步练习使用打点计时器．

2．利用v－t图象处理数据，并据此判断物体的运动性质．

3．能根据实验数据求加速度．

思考2：实验原理

1．利用打点计时器所打纸带的信息，代入计算式，即用以n点为中心的一小段位移的平均速度代替n点的瞬时速度．

2．用描点法作出小车的v－t图象，根据图象的形状判断小车的运动性质．若所得图象为一条倾斜直线则表明小车做匀变速直线运动．

3．利用v－t图象求出小车的加速度．

思考3：实验器材

打点计时器、一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、槽码、刻度尺、（导线）交流电源.

思考4：实验步骤

1．如图所示，把附有滑轮的长木板放在实验桌上，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。

教学环节

教师活动预设

学生活动预设

2．把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上钩码，把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面．

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．

4．换上新的纸带，重复实验两次．

5．增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验．

注意：实验中的误差分析及其产生误差的原因和减小误差的办法。

注意事项：：本实验特别要注意哪些事项？

1.固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置。

2.滑轮不能过高。

3.钩码数量不能过多，长木板两端高低相差不能太大。

4.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。

5.先接通电源，计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源。

6.要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，当小车到达滑轮前及时用手按住它。

思考五：怎样分析和选取纸带上的点？

1.纸带要选择打出的点清晰的

2.舍掉开始过于密集的点

3.用每打5个点的时间为时间单位选取计数点

即T＝0.02×5s＝0.10s这样既可方便计算，又可减少误差。

例1：在探究小车速度随时间变化的规律的实验中，用打点计时器在纸带上打的点记录了小车的运动情况．某同学做此实验时的步骤如下：

A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，放开纸带，再接通电源；

B．将打点计时器固定在长木板上，并接好电路；

C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上适当的钩码；

教学环节

教师活动预设

学生活动预设

D．小车停止运动后，直接取下纸带；

E．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔；

F．换上新纸带，再重复操作两次，然后从各纸带中选取一条点迹清晰的进行数据处理．

其中错误或遗漏的步骤有：(1)________；(2)________．

将以上步骤完善后，其合理的顺序为________．

【答案】　(1)A中应先接通电源，再放开纸带　(2)D中取纸带前应先断开电源　BECADF

变式1：在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，下列说法中正确的是(C)

A．长木板一定要水平摆放

B．使用刻度尺测量长度时，不必估读

C．使用刻度尺测量长度时，要估读到最小刻度的下一位

D．作v－t图象时，所描线必须经过每一个点

思考六：

如何处理数据？

1．表格法

(1)从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个点，作为计数始点，以后依次每五个点取一个计数点，并标明0、1、2、3、4…如图所示．

(2)依次测出01、02、03、04…的距离x1、x2、x3、x4…，填入表中

教学环节

教师活动预设

学生活动预设

(3)1、2、3、4…各点的瞬时速度分别为：v1＝、v2＝、v3＝、v4＝….将计算得出的各点的速度填入表中．

(4)根据表格中的数据，分析速度随时间变化的规律．

2．图象法

(1)在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系中描点．

(2)画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不计，如图所示．

(3)观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律．

(4)根据所画v－t图象求出小车运动的加速度a＝.

思考七：误差分析

1．木板的粗糙程度不同，摩擦不均匀．

2．根据纸带测量的位移有误差，从而计算出的瞬时速度有误差．

3．作v－t图象时单位选择不合适或人为作图不准确带来误差．

例：“研究匀变速直线运动”的实验中，使用电磁式打点计时器(所用交流电的频率为50 Hz)，得到如图所示的纸带．图中的点为计数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，下列表述正确的是( C )

A．实验时应先放开纸带再接通电源

B．(s6－s1)等于(s2－s1)的6倍

C．从纸带可求出计数点B对应的速率

D．相邻两个计数点间的时间间隔为0.02 s