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规律

一、              教材分析 

本节是个学生实验，用打点计时器研究小车在重物牵引下的运动，探究小车的运动特点和规律.教学的核心是引导学生实际研究小车在运动中速度随时间变化的规律，目的是让学生通过科学探究活动来完成.通过实验探索过程，体验运动规律探索的方法.小车在重物牵引下运动看似简单，但就其研究问题的过程和方法是具有基础性和典型性的.重视获取知识的过程，让学生体验一种从实验研究中获取数据，作出图象，分析图象，寻找规律的科学思维方法和能力.这种科学思维方法贯穿整个物理实验，因此教学中必须让学生亲自动手做实验.教材设计这个学生实验为一节，建议用2课时完成.

二、              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.会运用已学知识处理纸带，求各点瞬时速度.

    2.会用表格法处理数据，并合理猜想.巧用v-t图象处理数据，观察规律.

    3.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.对打出的纸带，会用近似的方法得出各点瞬时速度.

    2.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.

    3.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.

    情感态度与价值观

    1.通过对小车运动的设计，培养积极主动思考问题的习惯，并锻炼思考的全面性、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，培养实事求是的科学态度，能灵活地运用科学方法来研究问题、解决问题，提高创新意识.

三、    教学重点

1.由实验数据得出v-t图象.

    2.由v-t图象得出小车的速度随时间变化的规律.

四、    教学难点

1.实验探究过程注意事项.

    2.实验数据的处理.

五、              教学过程

情景导入

    放眼所见，物体的运动规律各不相同.如图2-1-1，飞机着陆时的运动，火车出站时的运动，鸟儿在空中飞行……这些物体遵循什么样的运动规律？

图2-1-1

    速度是描述物体运动快慢的物理量，用它可以描述物体的具体运动情况，我们可以通过机动车的速度计得知机车某时刻的速度大小.在实验中怎样才能得知各个时刻物体运动速度的大小呢？通过本节课的学习我们将知道怎样解决这一问题.

    案例导入

    我们利用课余时间自己想办法探究物体的运动规律.小明同学利用频闪相机在公路旁拍摄了摩托车运动的情景，他拍摄的照片如图2-1-2所示：

图2-1-2

    你能根据照片分析出摩托车的运动情况吗？你分析的依据是什么？

    复习导入

    （展示课件）打点计时器的构造如图2-1-3.

图2-1-3

    复习旧知：1.打点计时器的构造及工作原理.

    2.瞬时速度的测量：时间比较短时，可用纸带上与待测点相邻的两点的平均速度来表示待测点的瞬时速度.

    3.用v-t图象进行实验数据分析.

    本节课我们将利用打点计时器来探究小车速度随时间变化的规律.

推进新课

    一、进行实验

    要探究一个物体的速度随时间变化的规律，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，本实验中我们用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.

    问题探究

    问题1：如果探究得到小车在砝码拉动下在平直的长木板上运动，纸带上打出的点与点的间隔距离近似相等，那么小车做什么运动？

    结论猜想：纸带上相邻点间的时间间隔相同，而点与点间的距离近似相等，则小车做匀速直线运动.

    问题2：在探究小车带动纸带运动时，纸带上的点与点间的距离不等，那么小车做什么运动？

    结论猜想：纸带上点与点间的距离不相等，说明相同时间内位移不相等，小车做变速运动.

    点评：通过探究这两个问题，培养学生利用所学物理知识大胆猜想的良好科学品质，通过回答问题提高学生语言概括表达能力.若要了解做变速运动小车的速度与时间的变化规律，就必须求出打每一个点时的速度.速度求出来了，由加速度定义式a=便可求出相邻两点间运动时的加速度，便可看出运动过程中加速度是否变化，这些问题需要我们先进行完实验才能处理.

    1.实验目的

    探究小车速度随时间变化规律.

    2.实验器材

    ①附有滑轮的长木板  ②小车  ③带小钩的细线  ④25 g的钩码3个，也可以用50 g的钩码或用沙子和小桶代替钩码，用弹簧秤或天平称量  ⑤打点计时器  ⑥纸带  ⑦刻度尺

  ⑧学生电源、导线

    3.实验原理

    把纸带跟运动的物体连接在一起，并穿过打点计时器.这样纸带上的点不但记录了物体的运动时间，而且相应地表示运动物体在不同时刻的位置.研究这些点的情况，就可以了解物体的运动情况.

    问题探究

    小明与他的同伴在做探究小车速度随时间变化的规律的实验时，由于他的同伴不太明确该实验的目的及原理，他从实验室里借取了如下器材：①打点计时器；②天平；③低压直流电源；④细绳；⑤纸带；⑥小车；⑦钩码；⑧秒表；⑨一端附有定滑轮的长木板.

    小明看后觉得不妥，让我们共同讨论一下，哪些器材必须使用，哪些多余，还缺少什么器材.

    交流讨论：1.打点计时器是一种计时仪器，因此不需要秒表来测时间，故⑧多余.

    2.打点计时器使用低压交流电源，因此③低压直流电源多余，然后，器材中没有低压交流电源，故缺少低压交流电源.

    3.该实验不需要测量小车或钩码的质量，故②天平多余.

    结论：必须使用的器材有：①④⑤⑥⑦⑨

    多余的器材有：②③

    缺少的器材有：低压交流电源.

    方法小结：实验器材的选取不能死记硬背，在记忆时要结合实验目的和实验过程.

    4.实验步骤

    （1）如图2-1-4所示，把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没有滑轮的一端，连接好电路.

图2-1-4

    （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，放手后，看小车能否在木板上平衡地加速滑行，然后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）把小车停在打点计时器处，先接通电源，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，再按同样的方法（不改变钩码）打出两条纸带.从这三条纸带中选用一条点迹清晰的，计为纸带Ⅰ.

    （4）增加一个钩码，按上述方法打出纸带Ⅱ.

    （5）在打纸带Ⅰ的基础上减少一个钩码，仍按上述方法打出纸带Ⅲ.

    （6）整理器材.

六、    课堂小结

本节课探究了小车速度随时间变化的规律.通过对实验原理及目的的探究得出实验器材及实验步骤，通过纸带分析可以得到物体的运动规律，最终得出小车速度时间图象为一条倾斜直线.

    规律方法总结：1.因为打点计时器结合纸带能记录物体在一系列不同时刻的位置，所以通过纸带分析可以得到物体的运动规律，电火花计时器及闪光照相的原理与之类似，也可以应用.

    2.求纸带上某点速度时一般用一小段时间内的平均速度代替，在学完匀变速直线运动规律后，还有更准确的方法.