21實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律(共享)

1、2.1實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律教學(xué)目標(biāo)：知識與技能1. 根據(jù)相關(guān)實驗器材，設(shè)計實驗并熟練操作.2. 會運用已學(xué)知識處理紙帶，求各點瞬時速度.3. 會用表格法處理數(shù)據(jù)，并合理猜想.4. 巧用vt圖彖處理數(shù)據(jù)，觀察規(guī)律.5. 掌握畫圖象的一般方法，并能用簡潔語言進(jìn)行闡述. 過程與方法1. 初步學(xué)習(xí)根據(jù)實驗要求設(shè)計實驗，完成某種規(guī)律的探究方法.2. 對打出的紙帯，會用近似的方法得出各點的瞬吋速度.3. 初步學(xué)會根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行猜測、探究、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的探究方法.4. 認(rèn)識數(shù)學(xué)化繁為簡的工具作川，直觀地運川物理圖象展現(xiàn)規(guī)律，驗證規(guī)律.5. 通過實驗探究過程，進(jìn)一步熟練打點計吋器的應(yīng)用，體驗瞬吋速

2、度的求解方法. 情感態(tài)度與價值觀1. 通過對小車運動的設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生積極主動思考問題的習(xí)慣，并鍛煉其思考的全面 性、準(zhǔn)確性與邏輯性.2. 通過對紙帶的處理、實驗數(shù)據(jù)的圖彖展現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度，能使學(xué) 生靈活地運用科學(xué)方法來研究問題、解決問題、提高創(chuàng)新意識.3. 在對實驗數(shù)據(jù)的猜測過程中，提高學(xué)牛合作探究能力.4. 在對現(xiàn)象規(guī)律的語言闡述中，提高了學(xué)生的語言表達(dá)能力，還體現(xiàn)了各學(xué)科zi'可的 系，可引申到各事物間的關(guān)聯(lián)性，使自己融入社會.5. 通過經(jīng)歷實驗探索過程，體驗運動規(guī)律探索的方法.教學(xué)重點、難點：教學(xué)更點：1-圖象法研究速度隨吋間變化的規(guī)律.2. 對運動的速度隨時間變

3、化規(guī)律的探究教學(xué)難點：1. 各點瞬時速度的訃算.2. 對實驗數(shù)據(jù)的處理、規(guī)律的探究.教學(xué)方法：探究實驗、講授、討論、練習(xí)教學(xué)手段：教具準(zhǔn)備學(xué)生電源、導(dǎo)線、打點計時器、小車、4個25 g的鉤碼、一端帶冇滑輪的長木板、帶小鉤的 細(xì)線、紙帶、刻度尺、坐標(biāo)紙、多媒體課件、計算機課時安排：實驗課（2課時）教學(xué)過程：新課導(dǎo)入（課件展示）下列語言表述中提及的運動情景.師：物體的運動通常是比較復(fù)雜的.放眼所見，物休的運動規(guī)律各不相同.在主活屮，人們跳遠(yuǎn)助跑、水中嬉戲、駕車行駛、 高山滑雪；在口然界里，雨點下落、鴿子飛翔、獵豹捕食、蝸牛爬行、螞蟻搬家這些運 動中都有速度的變化.物體的速度變化存在規(guī)律嗎?怎樣探索

4、復(fù)雜運動蘊含的規(guī)律呢？要想探究一個物體隨時間變化的規(guī)律，必須知道物體在一系列不同時刻的速度.直接測 量瞬時速度是比較困難的，我們可以借助打點計時器先記錄物體在不同時刻的位置，再通過 對紙帶的分析、計算得到各個時刻的瞬時速度.新課教學(xué)一、進(jìn)行實驗討論與交流進(jìn)行實驗前，讓學(xué)生先回顧上一章是怎樣使用打點計時器的，討論示回答.圖2-1-1 探究小車的運動規(guī)律生1：把打點計時器固定好，裝好紙帶.開啟電源，手水平地拉動紙帶，紙帶上就會打出一 行小點.生2：不，老師，他忘了及時關(guān)閉電源.!)i|i：對，千萬別忘了及時關(guān)閉電源.這樣做的好處是什么?為什么耍這樣做？生3：為了節(jié)省電能，因為國家電力能源緊張.生4

5、：不，因為打點計時器是按間歇工作設(shè)計的，所以長期工作可能會因線圈發(fā)熱而損 壞.這樣做是為了保護(hù)打點計吋器.師：好，大家根據(jù)以前的經(jīng)驗，閱讀課本第34頁“進(jìn)行實驗”標(biāo)題下的兩段文字后分 組進(jìn)行討論實驗方案.讓學(xué)生自己設(shè)計好實驗，井口頭闡述相關(guān)實驗器材及步驟.生：實驗中需要的器材應(yīng)該有：附有滑輪的長木板，小車，帶小鉤的細(xì)線，鉤碼，打點 計吋器，紙帶，刻度尺，學(xué)生電源，導(dǎo)線等.生：我們是在鉤碼的牽引下讓小車運動的，為了研究小車的速度隨時間變化的規(guī)律，需 要把打點計時器固定在長木板上.讓小車拖動紙帶運動，然后我們再研究所打紙帶上的點， 從而得出小車的運動情況.生：為了得到打點清晰、較好的紙帶，我們最好

6、是多打兒條紙帶.生：我們分別選兩個、三個、四個鉤碼來牽引小車，看小車的運動快慢情況，速度的變 化情況.教師及時評價學(xué)生的討論結(jié)果，適時指出不當(dāng)之處，肯定學(xué)牛的創(chuàng)新和正確的地方.教師課件投影參考實驗過程.投影展示的內(nèi)容實驗過程參考提示：1. 把一端附有滑輪的長木板平放在實驗桌上，并使滑輪伸岀桌面，把打點計時器固定 在長木板上遠(yuǎn)離滑輪的一端，連接好電路.2. 把一條細(xì)繩拴在小車上，使細(xì)繩跨過滑倫，下邊掛上合適的鉤碼，啟動電源，然示 放開小車，讓小車拖著紙帶運動，打完一條后立即關(guān)閉電源.3. 換上新紙帶，重復(fù)操作三次.引導(dǎo)學(xué)生熟練地擺好器材，進(jìn)行合理、準(zhǔn)確的操作，得到一條點跡清晰的紙帶.學(xué)生進(jìn) 行實

7、驗，老師巡回指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)?！叭级笮小?，注意實驗邏輯性、合理性及其相關(guān)注意 事項，而且確保準(zhǔn)確，并巡視全場，對出現(xiàn)的問題予以及時糾正.幫助實力較弱的小組實現(xiàn) 實驗.學(xué)生進(jìn)行實驗操作，注意把實驗過程和已學(xué)過的“練習(xí)使用打點計時器”相対比，及時 提出問題.點評：(1)在動手操作之前，可以讓學(xué)生先在頭腦中實驗，提前思考實驗順序和注意事 項；保證操作的順利進(jìn)行.(2)和已學(xué)實驗進(jìn)行對比，使學(xué)生很好地應(yīng)用了比較法，且有助于加深記憶.(3)對學(xué)生出現(xiàn)的問題，可拿出來讓全班同學(xué)參與解決，比如：“冇的同學(xué)先松手，再開打點 計時器電源；有的同學(xué)則反之.哪種好?為什么？”這樣讓學(xué)牛參與討論，調(diào)動學(xué)主思考的積 極

8、性和主動性.二、處理數(shù)據(jù)師：我們通過打點計時器得到了若干條紙帶，采集了第一手資料，面對打出的紙帶如何研究 小車的運動呢?接下來我們采集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù).學(xué)牛討論怎樣選擇紙帶，如何測量數(shù)據(jù)，如何設(shè)計表格，填寫數(shù)據(jù).課堂交流生1：要選擇一條最清晰的紙帶.生2：開始的幾個點不清晰，該怎么測??！生3：我建議舍去這兒個點算了.生4：對啊，計時起點是人為選取的，我們町以找一清晰的點開始當(dāng)作計時的起點. 教師及時評論學(xué)生的討論，肯定學(xué)生的成績.師：我們可以選一個清晰的點作為計時的起點.還可以選擇計數(shù)點，建議你們在測量前每 五個點選一個計數(shù)點.學(xué)生實時測量，教師巡回指導(dǎo)，指岀學(xué)生中出現(xiàn)的問題.師：人家在測量時，

9、我建議你們在選好計時起點后，測量以后的各個計數(shù)點與這個計時起 點的距離.人家想想，這樣做，有什么好處？牛：我們是每兩個計數(shù)點間就測量一個數(shù)據(jù).這不是一樣嗎？師：我說的就是你這種做法是合適的，大家就此討論.生：他這樣做是每次都要挪動刻度尺，測出每兩個點間的距離，而我的做法與老師您說的 -樣，我感覺這樣能減少測量誤差.學(xué)牛測量數(shù)據(jù)，記錄結(jié)果.教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會計算各點瞬時速度的方法和表格處理方法.師：大家想想怎樣計算計數(shù)點的瞬時速度.生：測量包含某個所研究的點在內(nèi)的一段時間內(nèi)的位移ax,同時找岀対應(yīng)的時間厶，根據(jù) v=ax/at算出該點附近的平均速度，把它當(dāng)作計時器打下這個點時的瞬時速度.生：我們這

10、個小組是選了相鄰三個計數(shù)點間的間隔為研究對象，根據(jù)測量結(jié)果算出這兩個 0.1s內(nèi)的距離*,把v=ax/at算出的平均速度近似當(dāng)作這三個點中的中間點的瞬時速度. 師：人家可以參考按他說的做，這在近似計算來看，還是個很好的方法。學(xué)生算出各個計數(shù)點的瞬時速度，并填人自己設(shè)計的表格中.教師課件投影參考提示：投影展示的內(nèi)容(接上次投影中的三條)參考提示：4. 選樣所打紙帶中最清晰的一條，舍掉開頭一些過于密集的點，找一個適當(dāng)?shù)狞c當(dāng)作計時 起點.5. 選擇相隔61s,即中間空四個點的時間間隔的若t計數(shù)點進(jìn)行測量，把數(shù)據(jù)填入表格.6. 計算各點的瞬時速度，填人白己設(shè)計的表格屮，可參考課本第34頁表格.三作出速

11、度一吋i'可圖彖師：冇了原始數(shù)據(jù)，確定運動規(guī)律的最好辦法是作速度一時間圖彖，這樣具體的運動規(guī)律 才能更直觀地顯現(xiàn)出來.討論與交流學(xué)生回顧上一章中描曲手拉紙帶的速度一時間圖象的悄景，討論如何在木次實驗屮描點、 連線.生：以吋間t為橫軸、速度v為縱軸，建立坐標(biāo)系，把剛才所填表格屮的各點在速度一時 間坐標(biāo)系中描出，師：耍注意選擇合適的標(biāo)度喲!否則，作后看看你的圖與別人的有什么不同?（要使圖象盡量 分布在坐標(biāo)平面的人部分面積）師：請同學(xué)們注意觀察和思考你所描畫的這些點的分布規(guī)律.生1：我看描出的這些點都大致落在一條直線上。生2：我們的也是.師：我們是用折線連呢，還是怎樣連？牛：不能用折線連，速

12、度的實際變化應(yīng)該是比較平滑的，所以，要用-條平滑的曲線來“擬 合”這些點，這樣曲線反映的規(guī)律應(yīng)該與實際情況更接近.師：在連線時，還要注意使連線兩側(cè)的點數(shù)人致相同.學(xué)生連線，教師指導(dǎo)，隨時回答學(xué)生可能提岀的問題.生：我們這兒出現(xiàn)了有一個點明顯偏離絕大部分點所在的直線.那該怎么辦呢？師：這個問題很典型，人家對此進(jìn)行一下討論.牛：大概是那一瞬時小車的速度瞬時突變了.生：我看小車的運動快慢還是比較均勻的，那一點的速度值對能是測量或計算出了問題. 師：如果一旦出現(xiàn)明顯偏離較大的點，我們可以認(rèn)為是測量誤差過大、測量中出現(xiàn)偏差所造 成的?？梢詫⑦@個點視為無效點。生：那這個點我們就可以擦去不用了.師：不是的，

13、這個點我們要仍然保留在處標(biāo)紙上，因為我們要尊重實驗事實，這畢競是我 們的第一手資料，是原始數(shù)據(jù).教師在與學(xué)生交流的過程中體現(xiàn)科學(xué)探究要尊重實驗事實的嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度。課堂探究展示問題：怎樣根據(jù)所畫的速度一吋間圖象求加速度？生1：從所価的圖象中取兩個點，找到它們的縱橫坐標(biāo)（tl, vl）、（t2, v2）,然后代人公式 a=av/at = （v2-vl） / （t2-tl）生2：我們在找這兩個點的時候還可以充分利用已測的數(shù)據(jù)、已描畫的點的處標(biāo)，直接代入 公式就行了.師：上面兩位同學(xué)的討論，是人家很容易犯的錯課.請人家想想看，如果我們?nèi)载潏D方便 還取已測得的表格中的數(shù)據(jù)點來求加速度，那么我們就沒必要作

14、圖了，直接從表格中找兩個 數(shù)據(jù)代人公式算不就行了嗎?或者我們也根木不需要測那么多的數(shù)據(jù)，只測最兩組數(shù)就夠 t.這樣就失去了作圖的意義.師：我們求加速度的方法有兩個，一個是公式法，可以直接用兩組數(shù)據(jù)代入公式；另一個 就是我們今天的圖象法.師：我們可以任意選兩個間隔較遠(yuǎn)的點，找出它們的處標(biāo)值（注意這兩個點不能是我們表格 中已測得的點），然后再把的它們的塑標(biāo)值代人到公式a=av/at=（v2-v1） /中，求出加速度，就能更詳細(xì)地知道物體的運動情況.學(xué)牛根據(jù)教師指導(dǎo)求出小車運動的加速度，用a己的語言描述小車的運動速度隨時間變化 的規(guī)律.生1:小車速度隨時間逐漸增大.生2：相同時間里,速度增量相同.生

15、3：速度跟時間成正比.生4：小車做初速度為零的勻加速肓線運動，加速度人小是2m /s2.師：同學(xué)們的描述都是不錯的，有的定性說明，有的定量表述總之，小車的運動速度隨 著吋間的變化在均勻地增大，我們可以用圖象法定量求出它的加速度.點評：這里答案不唯一，應(yīng)鼓勵學(xué)生大膽表達(dá)，對正確的地方表揚，不合適的地方應(yīng)引導(dǎo)、 糾正，這樣才能使學(xué)主加深印象，培養(yǎng)良好的思維習(xí)慣，捉高創(chuàng)新意識，開闊思維.實踐與拓展展示問題：汽車沿平直的公路行駛，小明坐在汽車駕駛員旁，注視著速度計，并記下間隔 相等的各時刻的速度值，如下表所示.t/s05101520253035404550v/(km h"1)20304050

16、505050352050師：從表中數(shù)據(jù)得到汽車在各段時間內(nèi)的運動特點：在o15s內(nèi)，汽車的速度在變化，每 5s速度增人km /h；在1530 s內(nèi)汽車速度不變，速度人小為km / h：在3545s內(nèi)汽車速度在變化，每5 s速度減小km / h.生：10km / h； 50km / h； 15km / h.師：請你根據(jù)上表屮的數(shù)據(jù)，在下邊的坐標(biāo)系屮標(biāo)岀對應(yīng)的點，并用平滑的線連接各點, 你得到了什么圖形？生：如圖212所示.師：如果認(rèn)為在015 s內(nèi)速度的變化是均勻的，你能在圖象中找出汽車在7. 5s時的速度 值嗎？生:能，為35 km / h.課堂交流師：下面我用計算機繪制速度一時間圖象，演示給

17、大家看，人家冇機會可以到微機室或家中 電腦前親自體驗一下喲！觀察計算機作圖，了解計算機作圖的優(yōu)越性.教師用excel軟件演示作v-t圖.學(xué)生認(rèn)真觀察、體會并和手工作圖加以對比，爭取課下獨立完成.演示過程與方法:打開excel工作簿可以看到行和列,行號用1、2、3表示；列號用a、b、c表示.將自變量吋間的數(shù)值從某一單元格開始輸入，在同一列屮將其他吋間值一 輸入.在相鄰的右側(cè)一列中將速度值一一輸入，注意速度值要與時間值相對應(yīng).也可以在 同一行小依次輸入時間和速度，卜-行小再次輸入第二組時間和速度，直至全部輸入完畢川 鼠標(biāo)選中這些數(shù)據(jù).再用鼠標(biāo)左鍵單擊“圖表向?qū)А卑粹o，出現(xiàn)“圖表類型”窗口，選“散點

18、圖”，選“確定”按鈕， 彈出“圖表標(biāo)題輸入框”，輸入和應(yīng)的字符后選“下一步”按鈕，直到“完成”.出現(xiàn)由點組 成的圖表，用鼠標(biāo)右鍵單擊繪圖區(qū)中任何一個數(shù)據(jù)點，出現(xiàn)下拉式菜單，選“添加趨勢線”, 彈出“添加趨勢線”窗口，選擇“線性”趨勢；打開該窗口的“選項”，對其中“顯示公式” 左側(cè)的小方格用鼠標(biāo)左鍵單擊出現(xiàn) y 號后,按“確定”.則圖表框中出現(xiàn)一條直線,這 就是經(jīng)過計算機做最佳“擬合”后的。一圖彖，并顯示出一個表明該圖象的函數(shù)式.點評：學(xué)生每人一機，町能有的學(xué)校條件不具備，但教師用機慕木能實現(xiàn)，因此這兒作一演 示，有計算機的學(xué)生課卜可自行完成，對微機學(xué)習(xí)也是一個促進(jìn)，沒有條件的學(xué)牛也可以增 強感

19、觀認(rèn)識，同時還能提高學(xué)生的興趣，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性.課堂訓(xùn)練出示題h 1：在探究小車速度隨吋間變化規(guī)律的實驗中，得到一條記錄小車運動情況的紙帯, 如圖2-1-3所示.圖中a、b、c、d、e為相鄰的計數(shù)點,相鄰計數(shù)點的時間間隔為丁= 0.1 s.(1) 根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)，計算b、c、d各點的速度，填人表中.(2) 在坐標(biāo)紙上作出小車的vt圖象.解析：由紙帶標(biāo)明的數(shù)據(jù)可以計算任意相鄰兩位置之間的位移，然后求紙帶上各點的速度和 加速度.(1) 由紙帶的標(biāo)注可以求出xab=7.5 cmxbc=xac 一 xab=27. 6 cm 一 7.5 cm=20 1 cmxcd=xadxac=60.3 cm

20、一 27.6 cm=32.7 cmxdc=xaexad = 105.6 cm 60.3 cm=45.3 cm勻變速直線運動物體在一段時間內(nèi)的平均速度等于該時間某時刻的瞬時速度，所以 vb=vac/2t=(27.6x 10-2)/(2x0.1)m / s=1.38m / svc=vbd/2t=(52.8 x 10-2)/(2 x 0.1 )m / s=2.64m / s vd=vce/2t=(78.0x 10-2)/(2x0.1)m / s=3.90m / s 分別填入表中對應(yīng)位置即可(2) 在圖彖上取合適的單位嚴(yán)格描點，這些點大致分布在一條直線上，不能位于直線上的點 要盡量對稱分布于直線兩側(cè)，

21、得到小車的vt圖象.圖象略.點評：本題中要計算a、正兩點的瞬吋速度需要用到a點前和正點后的某段距離，也可在 學(xué)完速度一時間公式后再來完成.木課中可不必刻意追求數(shù)據(jù)的完整.出示題fi 2：在研究勻變速直線運動的實驗中，算出小車經(jīng)過各計數(shù)點瞬吋速度如下表所示:計數(shù)點序號123456計數(shù)點對應(yīng)時刻(s)0. 10.20.30.40.50.6通過計數(shù)點的速度(m/s)44.062.081.0100.0110.0168.0為了計算加速度，最合理的方法是()a. 根據(jù)任意兩計數(shù)點的速度用公式o算出加速度b. 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出圖,量出其傾角,由公式a=tana求出加速度c. 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出圖，由圖線上相距

22、較遠(yuǎn)的兩點所對應(yīng)的速度、時間，用公式圧 v/at算出加速度d. 依次算出通過連續(xù)兩計數(shù)點間的加速度，算出平均值作為小車的加速度答案：c解析：方法a偶然課差較人.方法d實際上也僅由始末兩個速度決定，偶然謀差也比較人, 只有利用實驗數(shù)據(jù)畫出對應(yīng)的v-t圖，才町充分利用各次測量數(shù)據(jù)，減小偶然誤差.由丁在 物理圖彖中兩坐標(biāo)軸的分度大小往往是不相等的，根據(jù)同一組數(shù)據(jù)，可以畫出傾角不同的許 多圖線，方法b是錯誤的.正確的方法是根據(jù)圖線找出不同時刻所対應(yīng)的速度值，然后利 用公式a=av/at算出加速度，即方法c。出示題目3：某實驗小纟fi用打點計時器探究小車運動情況，用打點計時器記錄小車運動的時 間，計時器

23、所用電源的頻率為50 h2,圖214所示是與小車相連的紙帶上記錄的一些點, 在每相鄰的兩點之間都有四個點未畫出.用米尺量出a點距離b、c、d、正各點的長度如 圖上標(biāo)度.該小組同學(xué)在教師的幫助下，設(shè)法算出了 a、b、c、d、正各點的瞬時速度分別 為（單位:m/s）： 0. 53、0. 88、1. 23、1. 58、1. 93.（學(xué)完下一章自己就能算出）1 a bc1凹d !e f cm 1 " 11i"117. 5031.50|41.00g 2-1-4建立恰當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系，在直角坐標(biāo)系中描點，觀察各數(shù)據(jù)點并思考怎樣用一條線段將各點聯(lián)系 起來，并作出這個圖象.圖線延長線與縱軸相交，交點