物理人教版 (2019)1 实验：探究小车速度随时间变化的规律集体备课教案

集体备课教案——2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律（教案）

课型：新授课

一、核心素养

1.物理观念

① 通过实验加深对速度和加速度概念的理解。

② 学习分析和处理实验数据，找出速度与时间的关系。

③ 理解实验中误差的来源和处理方法。

2.科学思维

① 学会运用科学方法分析实验现象。

② 学会运用逻辑思维解释实验结果。

③ 学会运用数学工具处理实验数据。

3.科学探究

① 培养通过实验探究速度与时间关系的能力。

② 学会设计实验方案，优化实验过程。

③ 学会分析实验结果，得出科学结论。

4.科学态度与责任

① 培养认真、严谨的科学态度。

② 学会批判性思考，对实验结果进行合理解释。

③ 学会团队合作，共同完成实验任务。

二、教学目标

1.通过实验探究物体运动的速度随时间变化的规律，提升实验设计，处理信息。

2.描绘v-t图像，并通过对图像观察、思考，找出物体速度变化的规律。

3.体会研究直线运动的一般思路。

4.通过测量、处理实验数据和探究规律的过程，认识实验是研究物理问题的基本方式，体验运动规律的探索方法，养成实事求是的科学态度

三、教学重点及难点

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。

难点：求加速度。

四、新课教学

1.教学流程思想

2.复习引入

教师提问：测量速度有哪些方法？

学生回答：纸带，测速器等

教师活动：及时点评、表扬并总结

教师提问：打点计时器可以直接测量什么物理量？

 学生回答：位移、时间 并且位移用刻度尺测量；时间为两计时点的时间间隔——0.02s

教师提问：通过打点计时器打出的纸带可以间接求什么物理量？

学生回答：可以求两点间的平均速度→一点的瞬时速度→加速度

3.探究实验

知识点1—实验原理和器材

实验原理

1．利用打点计时器所打纸带的信息，代入计算式vn＝，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.

实验器材：小车、细绳、槽码、一端附有定滑轮的长木板、电磁打点计时器、低压交流电源、导线若干、纸带、刻度尺等。

知识点2—实验步骤

1．如图所示， 在长木板上固定打点计时器，连接电路。让小车停在靠近打点计时器的位置，安装好纸带。

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，启动打点计时器，释放小车，打点完成后关闭电源，观察纸带的点迹是否清晰。

4．换上新的纸带，重复实验两次。

5．增减所挂钩码的质量，更换纸带，再做两次实验。

知识点3—数据记录

1．采集数据

舍掉纸带开头一些过于密集的点，找一个适当的点作为计时起点．可选择相隔0.1 s(或更短)的若干计数点进行测量．

如图2所示，先测量出各个计数点到计时起点的距离：x1、x2、x3、x4、x5…，再计算出相邻的两个计数点间的距离：Δx1＝x1，Δx2＝x2－x1，Δx3＝x3－x2，Δx4＝x4－x3，Δx5＝x5－x4，…，填入自己设计的表中．

图2

2．求各计数点的瞬时速度

(1)各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替，即v1＝，v2＝，…

T为相邻两个计数点间的时间间隔，若交流电源频率为50 Hz，每5个点取一个计数点(中间隔4个点)，则T＝0.1 s.

(2)设计表格并记录相关数据

知识点4—数据处理和误差分析

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…测量各计数点到0点的距离x，并记录填入表中，如图所示．

(2)分别计算出与所求点相邻的两计数点之间的距离Δx1、Δx2、Δx3…

(3)计算平均速度，用平均速度代替相关计数点的瞬时速度，填入上面的表格中．

(4)根据表格中的数据，分析速度随时间怎么变化．

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)据所画v－t图象求出其斜率，就是小车运动的加速度．

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．

知识点5—注意事项

1．开始放开小车时，应使小车靠近(填“靠近”或“远离”)打点计时器．

2．先启动打点计时器，等打点稳定后，再放开小车(填“启动打点计时器”或“放开小车”)．

3．打点完毕，立即关闭电源．

4．选取一条点迹清晰的纸带，舍掉开头点迹密集部分，选取适当的计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少．

5．不要分段测量各段距离，应尽可能地一次测量完毕(可统一量出各计数点到计时起点的距离)．

6．在坐标纸上画v－t图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像大致布满坐标纸．

五、课后练习

1．用电火花计时器研究匀变速直线运动的实验中，某同学打出了如图所示的一条纸带。

（1）电火花计时器使用的是___________V的___________（填“直流”或“交变”）电源；计时器打点的时间间隔为0.02 s，每隔4个点取1个计数点，依次得到了O、A、B、C、D几个计数点。

（2）小车由静止开始运动，则纸带的___________（填“左”或“右”）端与小车相连；

（3）用刻度尺量得OA=1.20 cm，OB=2.80 cm，OC=5.80 cm，OD=7.20 cm，打B点时纸带的速度大小为___________ m/s，纸带运动的加速度大小为___________ m/s2；

（4）如果当时电网中交变电流的频率变大，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值比实际值___________（填“偏大”或“偏小”）；

（5）关于打点计时器的使用，下列说法正确的是___________。

A．电磁打点计时器使用的是8 V的直流电源

B．在测量物体速度时，先接通打点计时器的电源，后让物体运动

C．使用的电源频率越高，打点的时间间隔就越小

D．电源的电压越高，打点的时间间隔就越小

2．某小组利用如图甲所示装置研究小车的匀变速直线运动。

（1）实验器材有一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、电火花打点计时器、导线和复写纸。除上述器材外，还需要使用的有_________（填选项前字母）。

A．交流电源               B．交流电源          C．秒表             D．刻度尺

（2）小组通过实验得到了如图乙所示的一条纸带（每两个相邻计数点间还有4个点没有画出来），相邻两个计数点间的距离已在图中标出。

①根据连续相等的时间间隔内的_______________基本相等，可认为小车做匀变速直线运动。

②已知交流电源的频率为，则在打下C点时小车的速度大小为______（保留三位有效数字），小车运动的加速度大小为______（保留两位有效数字）。

3．如图所示为某同学在做“研究匀变速直线运动”的实验中，由打点计时器得到反映小车运动过程的一条清晰纸带，图中所标的点为计数点，每两个计数点间还有4个点(图中未画出)，测得OA＝7.05 cm、AB＝7.68 cm、BC＝8.33 cm、CD＝8.95 cm，所用交流电频率为50 Hz，则

（1）关于打点计时器的时间间隔，下列说法正确的是__________

A．电源电压越高，每打两个点的时间间隔就越短

B．纸带速度越大，每打两个点的时间间隔就越短

C．打点计时器连续打两个点的时间间隔由电源的频率决定

D．如果交流电源改为直流电源，打点计时器连续打两个点的时间间隔保持不变

（2）打点计时器打A点时小车的速度是____ m/s，小车运动的加速度大小是_____m/s2．(以上计算结果保留两位有效数字)

（3）如果当时使用交变电流的频率比正常值偏高，而做实验的同学并不知道，由此引起的误差将使加速度的测量值比实际值偏________．(选填“大”或“小”)

4.如图甲所示，利用恒速滴液瓶(每隔相同时间从玻璃管口滴下一个液滴)和频闪光源来研究自由落体运动．实验时，调节频闪光源的频率和恒速液滴的频率，使两者恰好相等，屏幕上就会出现“液滴不动”的影点，设此时频闪光源的频率为f.某次实验的影点位置如图乙所示，三个影点间的距离分别为h1、h2和h3.求

(1)若图乙中最上边一个影点的初速度恰好为零，则h1∶h2∶h3？

（2）液滴下落的加速度？

(2)图乙中自上而下第二个影点瞬时速度的表达式为v？

【参考答案】(1)最上边一个影点的初速度恰好为零，初速度为零的匀加速直线运动，在相邻相等时间内通过的位移之比h1∶h2∶h3＝1∶3∶5.设液滴从一个影点到下一个影点所用时间为T，则T＝，据h3－h1＝2aT2，

解得：.a＝

(2)图乙中自上而下第二个影点瞬时速度

v＝＝f.