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一等奖课件ppt

2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律

教学目标与核心素养

物理观念：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。

科学思维：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。

科学探究：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，初步学会根据实验数进行猜测、探究、发现规律的探究方法。

科学态度与责任：通过对纸带的处理、实验数据的图象展现，培养学生实事求是的科学态度，能使学生活地运用科学方法来研究问题、解决问题、提高创新意识。

教学重难点

重点：(1)图像法研究速度随时间变化的规律。

(2)对运动的速度随时间变化规律的探究。

难点：(1)会计算各点瞬时速度。

(2)对实验数据的处理、规律的探究。

教学过程

【新课引入】

通过多媒体课件动图展示：滑板车、导弹发射、老虎捕食的动图。

物体的运动通常是比较复杂的，物体的运动规律各不相同。滑板车、导弹发射、老虎捕食等这些运动中都有速度的变化。

问题：怎样探索速度随时间变化的规律呢？

教学设计说明：从动图入手把本节课更加形象化，创设问题情境，激发探究动机，引导学生发现问题。

寻求一种运动的特点和规律，一般要从某个具体事例开始。这一节我们研究小车在重物牵引下的运动，看看小车的速度是怎样随时间变化的。

要想知道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。我们可以用频闪相机拍下运动的变化，但是这样还不故精确，为此我们要借助打点计时器。

【新知探究】

（一）实验思路

通过多媒体课件动图展示：打点计时器动图。

要探究一个物体的运动随时间变化的规律，必须知道物体在不同时刻的速度，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物体在不同时刻的位置，再通过对纸带的分析，计算得到相应时刻的瞬时速度。

1、如何设计此实验？

把一端带有滑轮的长木板平放在实验桌上，木板上放一个可以左右移动的小车，小车一端连接穿过打点计时器的纸带，另一端连接绕过滑轮系有槽码的细绳。小车在槽码的牵引下运动，通过研究纸带上的信息，就可以知道小车运动的速度是怎样随时间变化的。通过实物展示把这个实验装置展示出来。

2、需要测量哪些物理量？

用直尺测量各个计数点间的距离，或各计数点到0点的距离。注意不要测量时间，因为打点计时器已经附带测时间的功能了。

3、选用什么器材？

电磁打点计时器，6v低压电源，复写纸，导线，一段带有滑轮的长木板，小车，细绳，钩码，刻度尺，坐标纸（用来做v-t图像）。

（二）进行实验

①把一端带有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，打点计时器固定在长木板没有滑轮的一端，连接好电路。

②让小车一端连接穿过打点计时器的纸带，另一端连接绕过滑轮系有槽码的细绳，把小车停在靠近打点计时器的位置。

③先接通电源启动计时器，然后放开小车，让它拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打下一行小点.随后，立即关闭电源。

④增减所挂的槽码（或在小车上放置重物），更换纸带，再做两次实验。

通过多媒体课件动图展示：实验：探究小车速度随时间变化的规律。

实验目的，探究小车随时间的变化规律，实验器材有学生电源，打点计时器、、、、、、将打点计时器固定在木板的一端，并注意限位孔放置在木板中间，连接电路，电源接交流电，电压为六伏，取一条长约八十厘米的纸带，将纸带一端与小车连接，另一端穿过打点计时器，用细线与钩码相连并跨过定滑轮，将小车拉项靠打点计时器的一端，接通电源释放小车，关闭电源，取下纸带进行分析。

注意事项：1、开始释放小车的时候，小车应该靠近打点计时器。

2、先通电，后释放小车。

3、打点完毕，马上关闭电源。

4、钩码的质量要适中，不能质量太大，也不能质量太小。

5、实验时要注意保护小车及滑轮，要避免它们被碰坏或跌坏。

教学设计说明：实验的过程是比较简单的，只是我们的动手能力不强，所以我们先给学生看演示实验，到去实验室做的时候就不会那么慌张了。

（三）数据记录

通过多媒体课件动图展示：处理纸带。

为了便于测量，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。在纸带起始端附近，取一个开始的计数点为0下面连续四个点为一个计数点，分别为1、2、3、4、5、6，分别读书每个计数点所对应的刻度。请同学们根据测量的数据计算小车的瞬时速度。

记入自己设计的表格，利用第一章第3节所学的方法得出各计数点的瞬时速度，填入表1中标有“v1”的一行。同理，计算增减槽码后两次实验的速度，分别填入表1中标有“v2 ”和“v3 ”的两行内。

你能否从表格中的数据看出小车速度随时间变化的定量关系？如果不能，怎么办？

教学设计说明：瞬时速度的求解只有两种一是读速度表可以得到，实际生活中可以这样。而我们的课本里只能有平均速度等于瞬时速度来求解。当时间够短或位移够短就可以了。

（四）数据分析

可以考虑用v-t 图像分析速度v与时间t的定量关系。

1、以时间t为横轴、速度v为纵轴、建立直角坐标系。

2、根据表1中的v、t数据，在坐标系中描点作出v-t图像。

3、通过观察、思考，找出这些点的分布规律。

4、让尽可能多的点处在直线上，不在直线上的点应对称地分布在直线两侧。

实验结论：观察得到①图线为一条倾斜的直线。根据画出的v-t图像求出小车运动任意位置的加速度。

，

，

可得运动的过程加速度不变即②小车的速度随时间均匀增加，即小车在做匀加速直线运动。

教学设计说明：最终由图像的走向得出实验的结论。

做一做

用计算机绘制v-t图像

 借助常用的数表软件，可以迅速、准确地根据表中的数据作出v-t图像，甚至能够写出图像所代表的公式。下面一WPS表格软件为例作简要说明，有兴趣的同学可以试一试。

在WPS表格软件工作簿的某一列的单元格中依次输入测量时间，在相邻的一列输入对应的速度值。用鼠标选中这些数据，按照“插入”中的“图表”的提示就能一步步地得到所画的图像。

操作过程中WPS会要求确定“图表类型”，这时可以选择“平滑散点图”；还会出现“添加趋势线”的对话框，里面也有一个“类型”标签，其中有几种可选择的函数。由于我们这个实验的数据几乎分布在一条直线上，所以应该选择“线性”类型。

教学设计说明：加强学生对参考系的理解。例3是毛主席的诗句，学生语文

刚学，在这里出现有利于调节课堂气氛。使学生意识到学科之间也有点联系，

能够用物理知识看问题。加强爱国主义精神的教育。

【课堂小结】

一、实验思路

二、进行实验（实验步骤）

三、数据记录（处理纸带）

    为了便于测量，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。在纸带起始端附近，取一个开始的计数点为0下面连续四个点为一个计数点。

四、数据分析

    v-t图像做法：通过观察、思考，找出这些点的分布规律，让尽可能多的点处在直线上，不在直线上的点应对称地分布在直线两侧。

实验结论：①图线为一条倾斜的直线；

②小车的速度随时间均匀增加，即小车在做匀加速直线运动。

【随堂演练】

1.打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器．根据打点计时器打出的纸带，我们可以从纸带上直接得到的物理量是（  ）．

A．时间间隔    B．位移    C．瞬时速度    D．平均速度

【答案】   AB

【解析】

A、打点计时器是每隔0.02s打下一个点，所以数点就知道时间间隔，故A正确；

B、位移利用刻度尺直接测量两点之间的距离就得了，故B正确；

C、瞬时速度的求解需要运用匀变速直线运动的公式，故C错误；

D、平均速度的求解需要运用物理公式，故D错误。

2.如图所示，“探究匀变速直线运动速度随时间的变化规律”实验中打出的一条纸带，相邻计数点间的时间间隔为T，则打C点时物体运动速度的大小为

A．   B． C． D．

【答案】   D

【解析】

C点的瞬时速度等于BD段的平均速度，则有：；

A. ，与结论不相符，选项A错误；

B. ，与结论不相符，选项B错误；

C. ，与结论不相符，选项C错误；

D. ，与结论相符，选项D正确；

3.在“匀变速直线运动的实验探究”中，如图所示是小明同学由打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出，打点计时器打点的时间间隔T=0.02s，其中x1=7.05cm、x2=7.68cm、x3=8.33cm、x4=8.95cm、x5=9.61cm、x6=10.26cm。

(1)物体是否做匀变速直线运动____（选填“是”或者“否”），

你的判断依据是__________________________。

(2)下表列出了打点计时器打下B、C、F、E时小车的瞬时速度，请求出打点计时器打下D点时小车的瞬时速度vD=____。（结果保留3位有效数字）

(3)以A点为计时起点，在坐标图中画出小车的速度—时间关系图线_________。

(4)根据所画出的小车的速度—时间关系图线计算出小车的加速度a=____m/s2。（结果保留2位有效数字）

【答案】   是    在误差允许范围内，相等时间相邻位移之差是个定值    0.864m/s        0.62(0.60~0.64)

【解析】

(1)物体是做匀加速直线运动；根据在误差允许范围内，相等时间相邻位移之差是个定值.

(2)根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可知vD===0.864m/s；或者vD=(vC+ vE)/2= 0.865m/s.

(3)小车的速度—时间关系图线如图所示：

(4)在v-t图象中，图线的斜率表示加速度的大小，则 a==0.62m/s2 (0.60 m/s2~0.64 m/s2)

课后反思

1.对于纸带的处理，学生疑惑的地方是为什么要舍去密集的点？我们可以说前面密集的点测量会不准确所以舍去，那就会有疑惑了，这样的话后面的纸带还能代表一整个小车的运动吗。其实也是可以的，由部分推出整体这也是一种处理方法。

2.为什么要隔四个相邻的点后取一个计数点？这样处理主要是因为方便测量点与点之间的距离，因为间距宽了，我们的测量工具才测量的准确，至于为何是四个点，主要是因为打点计时器每隔0.02s打一个点，隔四个点后计数点之间的时间那就是0.1s了。比较好处理。

3.瞬时速度的计算，学生没有很好的理解平均速度等于瞬时速度的处理方法，这方面要在第一章中加强才得。