高中物理教科版 (2019)必修 第一册4 实验:用打点计时器测量小车的速度教学设计

这是一份高中物理教科版 (2019)必修 第一册4 实验:用打点计时器测量小车的速度教学设计，共6页。教案主要包含了教学目标，教学重点，教学难点，教学过程等内容，欢迎下载使用。

【教学目标】
1.知识与技能：
（1）能熟练使用打点计时器。
（2）会根据相关实验器材，设计实验并完成操作。
（3）会处理纸带求各点瞬时速度。
（4）会设计表格并用表格处理数据。
（5）会用v-t图像处理数据，表示运动规律
2.过程与方法：
（1）初步学习根据实验要求，设计实验，探究某种规律的研究方法。
（2）经历实验过程，及时发现问题并做好调整。
（3）初步学会根据实验数据发现规律的探究方法。
3.情感态度与价值观：
（1）体会实验的设计思路，体会物理学的研究方法。
（2）培养根据实验结果作出分析判断并得出结论。
【教学重点】
1.图象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。
【教学难点】
对实验数据的处理。
【教学过程】
一、导入新课。
教师提出问题：探究小车在重物牵引下的运动，研究小车速度随时间的变化规律。
让学生猜想：小车的速度随时间变化有几种可能：变化先快后慢；先慢后快；均匀变化等。可结合速度图象描述猜想。
让学生进行实验设计：提示如何测量出不同时刻的物体运动速度；最后确定打点计时器测速度。
二、讲授新课。
（一）实验步骤及注意事项
1.教师提问：用打点计时器测小车的速度所需哪些实验器材？
学生回答：有滑轮的长木板、小车、带小钩的细线、钩码若干、打点计时器、纸带、刻度尺、导线、交流电源．
2.教师提问：通过预习，同学们知道具体的实验步骤是什么吗？
学生回答（抽取举手同学作答）
教师诠释：
①把附有滑轮的长木板放在实验台上，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，如图所示。
②把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下面挂上合适的钩码。放手后，看小车能否在木板上平衡地加速滑行，然后把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在车的后面。
③使小车停在打点计时器处，先接通电源，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，再按同样的方法(不改变钩码个数)打出两条纸带。从这三条纸带中选用一条最清晰的纸带。
④整理器材。
3.实验中的注意事项
（1）平行：纸带和细绳要和木板平行。
（2）一先一后：实验中应先接通电源，后让小车运动；实验后应先断开电源后取纸带。
（3）防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，要防止钩码落地和小车与滑轮相撞。
4.例题讲解：
在探究小车速度随时间变化的规律的实验中。用打点计时器在纸带上打的点记录了小车的运动情况。某同学做此实验时的步骤如下：
A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，放开纸带，再接通电源；
B．将打点计时器固定在长木板上，并接好电路；
C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上适当的钩码；
D．小车停止运动后，直接取下纸带；
E．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔；
F．换上新纸带，再重复操作两次，然后从各纸带中选 取一条点迹清晰的进行数据处理。
其中错误或遗漏的步骤有：（1）________；（2）________。
将以上步骤完善后，其合理的顺序为________。
答案：（1）A中应先接通电源，再放开纸带（2）D中取纸带前应先断开电源；BECADF。
（二）数据处理
1.怎样分析和选取纸带上的点？
舍掉开头过于密集的点；若纸带上点与点之间的距离较小，可取多个间隔为一个计数间隔时间（间隔不再是0.02s）（但要看具体情况灵活选定）；原则上一条纸带能取六、七个计数点为宜；然后给选取的点加标记比如“1、2、3…”，“O、A、B…”。
2.采集数据的方法
如图所示，不直接测量两个计数点间的距离，而是要先量出各个计数点到计时零点的距离、、、…然后再计算出相邻的两个计数点的距离。
，，，，
3.根据纸带分析物体的运动情况并计算速度
（1）根据纸带分析物体的运动情况并计算平均速度
①在纸带上相邻两点的时间间隔均为（电源频率为），所以点迹密集的地方表示纸带运动的速度小．
②根据，求出任意两点间的平均速度，这里可以用直尺测量出两点间的距离，为两点间的时间间隔数与的乘积．这里必须明确所求的是哪两点之间的平均速度。
（2）粗略计算瞬时速度
某点E的瞬时速度可以粗略地由包含E点在内的两点间的平均速度来表示，如图所示，或。
说明：在粗略计算E点的瞬时速度时，可利用公式来求解，但需注意的是，如果取离E点越接近的两点来求平均速度，这个平均速度越接近E点的瞬时速度，但是距离过小会使测量误差增大，应根据实际情况选取这两个点．
各计数点的瞬时速度用平均速度来代替，即，…（为相邻两个计数点之间的时间间隔）
4.例题讲解：
如图是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带．
（1）已知打点计时器电源频率为，则纸带上打相邻两点的时间间隔为________。
（2）A、B、C、D是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出。从图中读出A、B两点间距 ________；C点对应的速度是________(计算结果保留三位有效数字)。
答案：（1）（2）；
5.如何处理计算出来的数据？
（1）列表法
将测量和计算的各组数据填入表格中，参考表格：
（2）图象法
①根据所得数据，选择合适的标度建立坐标系（让图象尽量分布在坐标系平面的大部分面积）。
②描点：观察和思考点的分布规律。
③拟合：从点的分布来看这些点应该在一条直线上，用直线拟合，使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点，应均匀分布在直线的两侧，如图所示。
学生思考：
①为什么要用直线拟合？
②若某个点明显偏离直线，可能是什么原因及怎样处理？
③从图上可以看出小车的速度随时间怎样变化？
6.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）作图象时单位选择不合适或人为作图不准确带来误差。
三、课堂练习
1．关于用打点计时器研究小车在重物牵引下运动的实验操作，下列说法中正确的是（ ）
A．长木板不能侧向倾斜，也不能一端高一端低
B．在释放小车前，小车应紧靠在打点计时器处
C．应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小车
D．要在小车到达定滑轮前使小车停止运动，再断开电源
2.在探究小车速度随时间变化规律的实验中，得到一条记录小车运动情况的纸带，如图所示，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点的时间间隔为。
（1）根据纸带上的数据，计算B、C、D各点的速度，填入表中。
（2）在坐标纸上作出小车的图象。
计数点位置编号n
0
1
2
3
4
5
6
时间
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
相邻两计数点间的距离
对应计数点的速度
位置编号
A
B
C
D
E
时间
0
0.1
0.2
0.3
0.4
瞬时速度