高中物理2.1實驗探究小車速度隨時間的變化規(guī)律教案新人教版必修1

1、高中物理課堂教學(xué)教案 年 月 日課 題2.1實驗：探究小車速度隨時間的變化規(guī)律課 型實驗課（2課時）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圖象處理數(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對打出的紙帶，會用近似的方法得出各點的瞬時速度 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)化繁為簡的工具作用，直觀地運用物理圖象展現(xiàn)規(guī)律，驗證規(guī)律 5通過實驗探究過程，進(jìn)一步熟練

2、打點計時器的應(yīng)用，體驗瞬時速度的求解方法 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)的圖象展現(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)生合作探究能力 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)科之間的系，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)重點：1圖象法研究速度隨時間變化的規(guī)律2對運動的速度隨時間變化規(guī)律的探究教學(xué)難點：

3、1各點瞬時速度的計算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、一端帶有滑輪的長木板、帶小鉤的細(xì)線、紙帶、刻度尺、坐標(biāo)紙、多媒體課件、計算機(jī)教 學(xué) 活 動新課導(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，物體的運動規(guī)律各不相同在生活中，人們跳遠(yuǎn)助跑、水中嬉戲、駕車行駛、高山滑雪；在自然界里，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?怎樣探索復(fù)雜運動蘊(yùn)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

4、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，討論后回答 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 師：對，千萬別忘了及時關(guān)閉電源這樣做的好處是什么?為什么要這樣做? 生3：為了節(jié)省電能，因為國家電力能源緊張 生4：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)打點計時器 師：好

5、，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，打點計時器，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，我們最好是多打幾條紙帶 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

6、結(jié)果，適時指出不當(dāng)之處，肯定學(xué)生的創(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，并使滑輪伸出桌面，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)繩跨過滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，啟動電源，然后放開小車，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)行實驗，老師巡回指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生“三思而后行”，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

7、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”相對比，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：“有的同學(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)生參與討論，調(diào)動學(xué)生思考的積極性和主動性二、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)生討論怎樣選

8、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，該怎么測啊! 生3：我建議舍去這幾個點算了 生4：對啊，計時起點是人為選取的，我們可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)，指出學(xué)生中出現(xiàn)的問題 師：大家在測量時，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大家想想，這樣做，有什么好處? 生：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

9、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一樣，我感覺這樣能減少測量誤差 學(xué)生測量數(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x，同時找出對應(yīng)的時間t，根據(jù)v=x/t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o.1s內(nèi)的距離x，把v=x/t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：大家可以參考按他說的做，這在

10、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選擇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o.1 s，即中間空四個點的時間間隔的若干計數(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，填人自己設(shè)計的表格中，可參考課本第34頁表格 三.作出速度一時間圖象 師：有了原始數(shù)據(jù)，確定運動規(guī)律的最好辦法是作速度一時間圖象，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)生回顧上一章中描畫手拉紙帶的速度一時間圖象的情景，討論如何在本次實驗中

11、描點、連線 生：以時間t為橫軸、速度v為縱軸，建立坐標(biāo)系，把剛才所填表格中的各點在速度一時間坐標(biāo)系中描出， 師：要注意選擇合適的標(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)平面的大部分面積) 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? 生：不能用折線連，速度的實際變化應(yīng)該是比較平滑的，所以，要用一條平滑的曲線來“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)大致相同 學(xué)生連線，教師指導(dǎo)，隨時回答學(xué)生可能提出的問題

12、 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，大家對此進(jìn)行一下討論 生：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，那一點的速度值可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，這個點我們要仍然保留在坐標(biāo)紙上，因為我們要尊重實驗事實，這畢竟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)所畫的速度一時間圖象求

13、加速度? 生1：從所畫的圖象中取兩個點，找到它們的縱橫坐標(biāo)(t1，v1)、(t2，v2)，然后代人公式a=v/t =（v2-v1）/（t2-t1）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)、已描畫的點的坐標(biāo)，直接代入公式就行了 師：上面兩位同學(xué)的討論，是大家很容易犯的錯誤請大家想想看，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?或者我們也根本不需要測那么多的數(shù)據(jù)，只測量兩組數(shù)就夠了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

14、：我們可以任意選兩個間隔較遠(yuǎn)的點，找出它們的坐標(biāo)值(注意這兩個點不能是我們表格中已測得的點)，然后再把的它們的坐標(biāo)值代人到公式a=v/t =（v2-v1）/（t2-t1）中，求出加速度，就能更詳細(xì)地知道物體的運動情況 學(xué)生根據(jù)教師指導(dǎo)求出小車運動的加速度，用自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3：速度跟時間成正比 生4：小車做初速度為零的勻加速直線運動，加速度大小是2.1 ms2 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時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：

15、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)生加深印象，培養(yǎng)良好的思維習(xí)慣，提高創(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o15 s內(nèi)，汽車的速度在變化，每5s速度增大_kmh；在1530 s內(nèi)汽車速度不變，速度大小為_kmh；在3545s內(nèi)汽車速度在變化，每5 s速度減小_kmh 生：10kmh；50kmh；15kmh 師：請你根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)，在下邊的坐標(biāo)系中標(biāo)出對應(yīng)的點，并用平滑的線連接各點，你

16、得到了什么圖形? 生：如圖2l2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75 s時的速度值嗎?生：能，為35 kmh課堂交流師：下面我用計算機(jī)繪制速度一時間圖象，演示給大家看，大家有機(jī)會可以到微機(jī)室或家中電腦前親自體驗一下喲!觀察計算機(jī)作圖，了解計算機(jī)作圖的優(yōu)越性教師用Excel軟件演示作vt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表示將自變量時間的數(shù)值從某一單元格開始輸入，在同一列中將其他時間值一一輸入在相鄰的右側(cè)一列中將速度值一一輸入，注意速度值要

17、與時間值相對應(yīng)也可以在同一行中依次輸入時間和速度，下一行中再次輸入第二組時間和速度，直至全部輸入完畢用鼠標(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“散點圖”，選“確定”按鈕，彈出“圖表標(biāo)題輸入框”，輸入相應(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)“”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(jī)做最佳“擬合”后的。圖象，并顯示出一個表明該圖象的函數(shù)式點評：

18、學(xué)生每人一機(jī)，可能有的學(xué)校條件不具備，但教師用機(jī)基本能實現(xiàn)，因此這兒作一演示，有計算機(jī)的學(xué)生課下可自行完成，對微機(jī)學(xué)習(xí)也是一個促進(jìn)，沒有條件的學(xué)生也可以增強(qiáng)感觀認(rèn)識，同時還能提高學(xué)生的興趣，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性課堂訓(xùn)練出示題目1：在探究小車速度隨時間變化規(guī)律的實驗中，得到一條記錄小車運動情況的紙帶，如圖213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T0.1 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XAB7

19、.5 cmxBC=XAC一xAB=276 cm一7.5 cm=201 cmxCDXADXAC60.3 cm一27.6 cm32.7 cmXDCXAEXAD105.6 cm一60.3 cm45.3 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=(27.610-2)/(20.1)ms=1.38msvC=vBD/2T=(52.810-2)/(20.1)ms=2.64msvD=vCE/2T=(78.010-2)/(20.1)ms=3.90ms分別填入表中對應(yīng)位置即可(2)在圖象上取合適的單位嚴(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

20、對稱分布于直線兩側(cè)，得到小車的v-t圖象圖象略點評：本題中要計算A、正兩點的瞬時速度需要用到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本課中可不必刻意追求數(shù)據(jù)的完整出示題目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)點瞬時速度如下表所示：為了計算加速度，最合理的方法是( )A. 根據(jù)任意兩計數(shù)點的速度用公式算出加速度B根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出v-t圖，量出其傾角，由公式atana求出加速度C根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出v-t圖，由圖線上相距較遠(yuǎn)的兩點所對應(yīng)的速度、時間，用公式a=v/t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偶然誤差較

21、大方法D實際上也僅由始末兩個速度決定，偶然誤差也比較大，只有利用實驗數(shù)據(jù)畫出對應(yīng)的v-t圖，才可充分利用各次測量數(shù)據(jù)，減小偶然誤差由于在物理圖象中兩坐標(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對應(yīng)的速度值，然后利用公式a=v/t算出加速度，即方法C。出示題目3：某實驗小組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：ms)：053、088、123、158、193(學(xué)完下一章自己就能算出)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，交點的物理意義是什么?從圖象可知，這是勻變速直線運動嗎?說出原因若是，請求出加速