学生实验优质课教案整理

学生实验：研究匀变速直线运动

教学目标

一、知识与技能

1. 简要地知道打点计时器的构造和工作原理，能正确使用打点计时器。

2. 会分析打点计时器打出的纸带，能根据纸带正确判断物体的运动情况，并计算加速度。

二、过程与方法

1. 经历匀变速直线运动的实验探究过程。

2 通过实验，培养学生的动手能力，分析和处理实验数据的能力。

三、情感态度与价值观

1. 通过对实验的设计，培养积极主动思考问题的习惯，并锻炼思维的全面性、准确性和逻辑性。

2.培养学生在科学研究中尊重实验事实的科学态度。

3. 通过共同探讨和实验，让学生感受探究过程的开放性与协作性

学情分析

在学习这一内容之前，所教的学生已经掌握了加速度、位移、瞬时速度、平均速度、等概念、各个物理量间的关系和相应的计算公式。通过初中阶段对物理的学习，学生对物理学的研究方法已有初步的了解，已具备一定的实验操作技能，初步具备进行探究性学习的能力，即能在一定的程度上进行自主学习与合作探究。

重点难点

重点:

①．启发学生自主探究：提出问题，分析问题，解决问题。

②．如何由纸带判断物体的运动状态并计算加速度。

难点: 引导学生在猜想的基础上进行实验设计，提出可行的实验方案、完成实验并得出实验结果。。

教学过程

第一课时

【导入】课题

在前面大家学习了直线运动，直线运动的形式多种多样，有匀速、变速、匀变速等。我们着重分析了匀变速直线运动的规律，大家能不能举几个你生活中见到的匀变速直线运动的例子。

在学生举例的过程中引导学生对所举的例子进行讨论：究竟是不是匀变速直线运动？

【讲授】基本原理与操作

1.目的

（1）．练习正确使用打点计时器。

（2）．会利用纸带求匀变速直线运动的瞬时速度、加速度。

（3）．会利用纸带探究小车速度随时间变化的规律，并能画出小车运动的v-t图象，根据图象求加速度。

2、实验器材

电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片

3、实验步骤

(1)按照图所示实验装置,把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端,接好电源；

(2)把一细绳系在小车上，细绳绕过滑轮,

下端挂合适的钩码,纸带穿过打点计时器,固定在小车后面；

(3)把小车停靠在打点计时器处，接通电源，放开小车；

(4)小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带；

(5)换纸带反复做三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析. 【讨论】数据处理与分析

1.分析物体的运动性质

测量相邻计数点间的距离，计算相邻计数点距离之差，看其是否为常数，从而确定物体的运动性质。

2.由纸带求物体运动速度的方法：根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等xn＋xn＋1于这段时间内的平均速度，即vn＝。

2T3.利用纸带求物体加速度的两种方法

(1)逐差法：根据x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2(T为相邻两计数点之间的时间间隔)，求x4－x1x5－x2x6－x3a1＋a2＋a31出a1＝3T2，a2＝3T2，a3＝3T2，再算出a1、a2、a3的平均值a＝＝3×3x4－x1x5－x2x6－x3（x4＋x5＋x6）－（x1＋x2＋x3）(3T2＋3T2＋3T2)＝，即为物体的加速度。

9T2(2)图象法：如图1所示，以打某计数点时为计时起点，利用xn＋xn＋1vn＝求出打各点时的瞬时速度，描点得v－t图象，图2T象的斜率即为物体做匀变速直线运动的加速度。

4．认识“两种仪器

（1）.作用：计时仪器，接频率为50 Hz交变电流，每隔0.02 s打一次点

电磁打点计时器：4～6 V交流电源（2).工作条件: 

电火花计时器：220 V交流电源5．区别“两种点”

（1）.计时点和计数点

计时点是打点计时器打在纸带上的实际点，两相邻点间的时间间隔为0.02 s；计数点是人们根据需要选择一定数目的点，两个相邻计数点间的时间间隔由选择点的个数而定。

（2）.纸带上相邻两点的时间间隔均相同，速度越大，纸带上的计数点越稀疏。

6．注意事项

（1）．平行：纸带和细绳要和木板平行. （2）．两先两后：实验中应先接通电源，后让小车运动；实验完毕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）．减小误差：小车的加速度要适当大些，可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约50 cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜. （5）．纸带选取：选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点. （6）．准确作图：在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏，而导致误差过大)，仔细描点连线，不能连成折线，应作一条直线，让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. 【思考】实验热点突破

考点1

基础实验

方法感悟1 误差分析

(1)偶然误差

①纸带上计数点间距测量有偶然误差，故要多测几组数据，以尽量减小误差。

②用作图法作出的v­t图象并不是一条直线。为此在描点时最好用坐标纸，在纵、横轴上选取合适的单位，用细铅笔认真描点。

(2)系统误差

①纸带运动时摩擦不均匀，打点不稳定引起误差，所以安装时纸带、细绳要与长木板平行，同时选择符合要求的交流电源的电压及频率。

②木板的粗糙程度并非完全相同，这样测量得到的加速度只能是所测量段的平均加速度。可在木板上铺一层白纸或换用气垫导轨。

考点2

实验的拓展和创新

对本实验的改进创新可能从以下角度进行：

(1)用气垫导轨代替长木板。

(2)用频闪照相的方法、滴水法或光电计时器代替打点计时器。

通过以上装置的改进能最大限度地减少因长木板和打点计时器的限位孔的阻力而导致的小车加速度不恒定，使小车尽可能做匀加速直线运动，以提高实验的精确度。

(3)课本习题中的剪纸带法。

x(4)利用“化曲为直”的思想将x­t的非线性关系转化为t­t的线性关系，描点作图，由图线的斜率确定加速度的大小。

方法感悟2 代替打点计时器常用的仪器和方法解读

(1)光电门传感器

光电门传感器是测定瞬时速度的仪器，它的原理是发射端发出一束很细的红外线到另一端的接收窗口(如图所示)，当固定在运动物体上一个已知宽度的挡光板通过时，它可以通过数据采集器记下挡光板经过的时间，再用挡光板的宽度除以经过的时间求得运动物体的瞬时速度。实际上测量的是平均速度，当时间(或位移)很小时，这段时间(或位移)对应的平均速度近似等于瞬时速度，计算公式为v＝d，距离d越小，测量误差越小。

Δt(2)频闪照相机

频闪照相是研究变速运动常用的实验手段。在暗室中，照相机的快门处于常开状态，频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光，照亮运动的物体，于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置。其处理原理类似于打点计时器。

(3)滴水法

控制每滴一滴水的时间间隔相等，用照相机拍下照片，处理照片上计录的信息，注意照相相片与实物比例关系。

【讨论】疑问解答

利用逐差法求加速度：如从纸带上得到6个计数点在相邻相等时间间隔内的位移，利用x4－x1x5－x2x6－x3Δx＝aT2可得a1＝3T2、a2＝3T2、a3＝3T2，再算出a1、a2、a3的平均值，即a

a1＋a2＋a3x4＋x5＋x6x1＋x2＋x3＝＝.若位移段为奇数去掉谁呢？我的意见是39T2去掉最小的x1 ,(理由:1.x1最小,测量的相对误差大;2.一般是用刻度尺上的零刻度对准纸带上的起始点0,然后依次读出从0到1,0到2,0到3等数据s1 ,s2 ,s3 ......则x1 =s1 ,x2 =s2 -s1 ,x3 =s3 -s2 ......即使0刻度线与起始点0没有对齐,相减的结果x2 ,x3 ......也是准确的,但x1 =s1 就不准确了;3.从2017·全国卷Ⅰ的答案看是掉x1 的

)，然后再将数据分组，利用逐差法求解加速度．

第二课时

【活动】实验

学生根据方案进行实验，选择理想纸带，并如实测量数据，根据数据计算判断物体运动性质，求瞬时速度和加速度。