暑期预科辅导班必备高中物理必修一教案：2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律

第二章  匀变速直线运动的研究

2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律

【教学目标】 

一、知识目标

1. 根据相关实验器材，设计实验并熟练操作。

2. 会运用已学知识处理纸带，求各点瞬时速度。

3. 会用表格法处理数据，并合理猜想。

二、能力目标

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。

2. 对打出的纸带，会用近似的方法得出各点瞬时速度。

三、德育目标

 1. 通过对小车运动的设计，培养学生积极主动思考问题的习惯，并锻炼其思考的全面性、准确性与逻辑性。

2. 通过对纸带的处理，实验数据的图像展现，培养学生实事求是的科学态度，能使学生灵活地运用科学方法来研究问题，解决问题，提高创新意识。

3. 在对实验数据的猜测过程中，提高学生合作能力。

【教学重点】

对实验的设计 数据的处理。

【教学难点】

1. 各点瞬时速度的计算。

2. 对实验数据的处理、规律的探究。

【课时安排】

2课时

【教学过程】

一、导入新课

物体的运动通常是比较复杂的。放眼所见，物体的运动规律各不相同。在生活中，人们跳远助跑、水中嬉戏……在自然界了，雨滴下落，猎豹捕食，蚂蚁搬家……这些运动中多有速度的变化。

  物体的速度变化存在规律吗？怎样探索复杂运动蕴含的规律？怎样探索复杂运动蕴含的规律呢？

  要探究一个物体速度随时间变化的规律，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，在通过对纸带的分析，计算得到各个时刻的瞬时速度。

二、新课教学

（一）进行实验

【实验】

问题一：打点计时器结构如何？　　　　

问题二：用打点计时器测小车的速度所需哪些实验器材、实验步骤？

步骤：

1. 附有滑轮的长度板平放在实验桌上，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。

2. 用一条细绳栓住小车使细绳跨过滑轮，下边挂上适量的钩码，让纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的上面。

3. 把小车停在靠近打点计时器处，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。换上新的纸带，重复实验三次。

问题三：本实验特别要注意哪些事项？

1. 固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置。

2. 滑轮不能过高。

3. 钩码数量不能过多，长木板两端高低相差不能太大。

4．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。

5．先接通电源，计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源。

6．要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，当小车到达滑轮前及时用手按住它。

（二）处理数据

问题四：怎样分析和选取纸带上的点？

1. 纸带要选择打出的点清晰的

2. 舍掉开始过于密集的点

3. 用每打5个点的时间为时间单位选取计数点

即T＝0.02×5s＝0.10s这样既可方便计算，又可减少误差。

（也可取多个间隔为一个计数间隔时间要看具体情况灵活选定；原则上能取六、七个计数点为宜。）

参考表格一：

参考表格二：

4. 不要直接去测量两个计数点的距离而是要测量出各个计数点到计时零点的距离。

5. 速度的计算方法：各计数点的瞬时速度是用计数点内的平均速度来代替：

v1=          v2=

（三）作出速度—时间图像

问题六：如何处理计算出来的数据？

图像法：运用图像来处理物理实验数据，这是一个难点，作图像时要标明横纵坐标轴代表的物理意义，选择合适的标度，以各点瞬时速度为纵轴，时间 t为横轴，根据所得数据，描点：观察和思考点的分布规律。从点的分布可以有很大把握地说这些点应该在一条直线上，用直线拟合，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。

问题七：从图上可以看出小车的速度随时间怎样变化？

小车的速度随时间均匀增加（变化）小车做匀变速(a不变)的直线运动。

问题八：如何根据速度—时间图像（ v—t图像）求小车的加速度和初速度？

①取任意两组数据求出Δv和Δt，然后代入Δv／Δt求解。

②在v—t图像上取一段时间Δt（尽量取大一些），找出两个时刻对应的坐标值求出Δv，代入Δv／Δt求解。

哪一种方法更好？（画图时让不在直线上的点尽可能等量地分布在直线两侧，就是为了使偏大或偏小的误差尽可能地抵消，所以图像也是减小误差的一种手段，也就是说应该用图象上的点，而不是用实验所得到的数据）

三、创新拓展

1. 某同学用以下方法绘制的小车的v-t图像，先把纸带每隔0.1s 剪断，得到若干短纸条，再把这些纸条并排贴在一张纸上，使这些纸条下端对齐，作为时间轴，标出时间，最后将纸条上端中心连起来，于是得到v-t图像。请你按以上办法绘制这个图像。这样做有道理吗？说说你的看法。

（剪下的纸条长度表示0.1秒时间内位移大小，可近似认为速度v=，纸条长度可认为表示速度。）

2. 某组同学实验过程中将固定打点计时器一端的木板垫高，使木板有一倾斜角度，是否对实验结果有影响？画出的图像有什么不同？（无；图像与时间轴的夹角不同）

四、练习反馈

1. 在探究小车速度随时间变化规律的实验中，下列哪些器材是本实验必须的？＿＿＿

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 ⑨一端有滑轮的长木板

（ ① ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑨ ）达到实验目的还需器材是：（低压交流电源 刻度尺）

2. 在实验“探究小车速度随时间变化的规律”中，我们采用的正确方法是：

A 舍掉开头过于紧密的点，找一个适当的点当作计时起点。

B 为了实验精确，选取纸带上第一个点作计时起点

C 每相邻计数点的时间间隔只能取0.1s。

D 每相邻计数点的时间间隔可视打点密度而定，可取0.02s 、0.04s 、…n×0.02s均可。

( A D )

3. 图中给出了从0 点开始每5个点取一个计数点的纸带。0，1，2，3，4，5，6均为计数点。（每两个计数点间有4个点未画出）。

S1=1.40cm  S2=1.90cm  S3=2.38cm  S4=2.88cm  S5=3.39cm  S6=3.78cm

那么

①计时器在打出1，2，3等点时小车的速度分别为：

v1=     cm/s ； v2=     cm/s ； v3=     cm/s ； v4=     cm/s ； v5=     cm/s

②在坐标纸上画出v-t 图像

③分析小车的速度随时间变化的规律。

参考答案：

（ v1=16.50cm/s  v2=21.40cm/s  v3=26.30cm/s  v4=31.35cm/s  v5=36.30cm/s）

（小车的速度随时间均匀增加)。