学生实验教学目标

3.2 匀变速直线运动的实验探究

一、教学目标

1.知识与技能：

(1)知道打点计时器的构造和工作原理，并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。

(3)能分析实验中误差产生的原因，并能针对误差原因采取不同的措施减小实验误差。

2.过程与方法：

(1)通过实验，证实匀变速直线运动的存在。

(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。

3.情感态度与价值观：

(1) 培养学生在科学研究中尊重实验事实的科学态度。

(2) 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。

二、教学重点、难点

1.教学重点及教学策略：

重点：怎样利用纸带分析加速度。

教学策略：让学生自己运用匀变速直线运动的规律进行推导，加深印象。

2.教学难点及教学策略：

难点：用公式avn1vn计算相邻段加速度的值时，怎样计算瞬时速度vn。

t

教学策略：让学生通过公式推导得出结论：vvt/2。

三、设计思路

本节教学从探究学习的要求出发，通过学生阅读课文、集体讨论、数学推导等手段，使学生逐步掌握用打点计时器研究匀变速直线运动的方法。通过对实验误差的介绍和分析，使学生了解怎样减小实验的误差。

四、教学资源

1.学生实验器材：打点计时器、长木板、纸带、小车、低压交流电源、垫块（垫在长木板一端，使长木板形成斜面）、导线若干等。

2.演示器材：投影仪。

五、教学设计

教师活动

一、引入新课

复习：匀变速直线运动的规学生分组讨论并回答。

律。

生：加速度为一恒量的直线运师：1.什么是匀变速直线运动叫匀变速直线运动。

动？

生：匀变速直线运动的速度随2.你能描述匀变速直线运时间的变化规律是：

动的速度、位移随时间的变化规律吗？

（根据学生的回答板书、板画。）

师：通过上面的复习讨论，匀变速直线运动的这些规我们已经初步掌握了匀变速律还可以用v-t图和s-t图表示直线运动的规律，可是，寻（图略）。

求一种运动的特点和规律，利用s-t图可以直观地反映一般要从某个具体事例开物体运动过程中位移随时间始，因此我们要问：真有这的变化情况，并可求出不同时样的匀变速直线运动吗

刻物体的位移。

伽利略在研究非匀速直线利用v-t图不仅可以看出运运动时，首先研究了一种重动过程中速度随时间的变化要而有益的运动，他称之为情况，而且可以通过“面积”计自然加速运动，并为这种运算物体的位移，通过斜率计算动找到了一个定义。他在分物体的加速度。

析、研究了物体的下落运动

后，在文章中写道：“匀加速

运动是这样一种运动，当脱

离静止状态后，在相等的时间间隔内，速度的增量相

科学的方法观是有益的。

资料，这对于建立正确的、直线运动方面的研究工作的一些伽利略在落体和匀变速

可以要求学生在课前查阅

vt＝v0＋at

位移随时间的变化规律是

关的信息，是一种重要的表述物理问题的手段。

像的分析可以得到一系列相象、直观的优点，通过对图述物理过程和规律具有形师要引导学生了解用图像表学生活动

学生可能只答出公式，教点评

sv0t12at

2

等。”

但有人著文反对说：“实际上存在的加速度，是否就是这样，我仍表示怀疑，因此若要说服我及其他人，最好还是从所做过的大量实验中，举出几个例子来，用于证明物体下落的各种情况都与上述结论相符合。”

看来，为了确信伽利略关于匀变速直线运动的定义的正确，必须有实验做依据。

今天，我们的课题就是匀变速直线运动的实验探究。我们将通过实验计算小车沿斜面向下运动时的加速度。

二、讲授新课

要在小车运动的过程中直接测量其加速度或速度是比较困难的。所以在实验中我们将通过测量物体运动的时间和位移，通过计算或作图来判断物体是否做匀变速直线运动。

师：实验中，我们可以用刻度尺测量位移，可是我们用什么工具测量时间比较方便呢？

学生阅读课文并结合实物了解打点计时器的工作情况。

生：（小结）打点计时器接交流电源，工作电压4～6V，频率50 Hz，每隔0.02 s打一个点。

学生阅读课文并讨论。

若是电磁式打点计时器，可引导学生回忆初中有关电磁铁的知识来了解计时器的工作原理。培养学生将理论知识用于实际问题的能力。

电火花打点计时器的原理与电磁式打点计时器相同，

生：由于小车带着纸带运动，不过在纸带上打点的不是振所以纸带上相邻两点对应的时间间隔为0.02 s，各点之间的距离就表示相应时间间隔中物体的位移。因此打点计时器既记录了时间，又记录了相针和复写纸，而是电火花和墨粉，打点的时间间隔也是0.02 s。这种计时器工作时，纸带运动受到的阻力比较小，实验误差也较小。

师：（边讲边动手）现在，我们将一条纸带接在实验小车的尾部，接通电源，释放小车，取下纸带，向学生展示纸带并提问。

师：这条纸带记录了多少小车运动的信息？

师：我们可以怎样运用这些信息计算小车的加速度？

应的位移。

学生阅读课文、结合图3－14

分析表3－2、表3－3并讨论。

生：在纸带上，以6个点为一段划分纸带，用尺量出每段的长度s，每段的时间间隔均为t＝0.02×5 s＝0.1 s，则小车在每段位移中运动的平均速度

vs/t。用上述方法，可以

完成课本表3－2的数据记录和计算。

设物体做匀变速直线运动，

在某一段位移s开始时的初速度为v0，则

1

sv0tat2

2这段时间内的平均速度为

s1

vv0at

t2而该段时间中间t/2时刻的速度为

vt/21tv0av0at22可见，vvt/2。

根据上面的推导，表3－2中每一段的平均速度即为物体通过这一段位移的中间时刻的瞬时速度，所以vn与v

n+1的时间差同样是t，则相邻段

师：如果计算出的相邻段的加速度并不相同，如同课本的加速度

vvnvn1vn

an1

tt表3－3所示，能够得出小车做匀变速运动的结论吗？

师：我们可以采取哪些措施减小实验误差？

师：我们能通过精心操作，使一个实验完全没有误差吗？

师：做物理实验，不仅要观察物理现象，还要找到现象中的数量关系，要知道物理量的数值，必须进行测量，测量的结果不可能是绝对正确的，测出的数值与真实值由此，可计算出相邻段的加速度并填入表3－3。比较计算出的各加速度，就可以判断小车是否做匀变速直线运动。

阅读课文并讨论。

生：利用打点计时器所测数据计算各段加速度值不完全相同，这是实验误差导致的。在误差允许的范围内，小车沿斜面下滑可以看作匀变速运动。

生：我们可以通过适当减小分段时间，将同一实验重复做几次，挑选比较好的纸带进行分析等手段减小实验的误差。

生：不能。

的差异叫做误差。从来源看，

误差可以分为系统误差和偶然误差两种。

系统误差是由于仪器本身

不精确，或实验原理不完善，

实验方法粗略等因素造成的。系统误差的特点是多次

重做同一实验时，误差总是同样地偏大或偏小，不会出现这几次偏大另几次偏小的情况。要减小系统误差，必须校准测量仪器，改进实验方法，设计在原理上更为完善的实验。

偶然误差是由各种偶然因素对试验者、测量仪器、被测物理量的影响而造成的。偶然误差总是有时偏大，有时偏小，并且偏大和偏小的概率相同。因此将多次测量结果取平均值，可以使测得的结果比一次测得的数值更接近于真实值，达到减小偶然误差的效果。

师：现在，我们已经对实验有了初步的了解，也看到了学生讨论并得出操作步骤。

生：实验步骤如下：

（1）把长木板一端垫高放在课桌上，把打点计时器固定在长木板垫高的一端，连接好电路。

（2）把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面。

（3）把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，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。

（4）换上纸带，重复实验三次。

（5）从三条纸带中，挑选一条比较理想的进行分析。分析计算的结果填入按课本表3－

介绍一些有关误差的知识，使学生了解误差是怎样产生的，怎样可以减小实验误差。

这对学生自己动手设计实验是有益的。

刚才老师的实验操作。那么，2、3－3设计的表格中，并根请同学们通过讨论，确定实验的操作步骤。

据实验结果得出结论。

学生实验。

学生交流实验结果，交流实验的心得体会。

学生两人一组独立做实验，教师巡回指导。

教师根据学生的实验及交流情况做小结。

教师进一步向学生提出问题。

师：实验中，我们除了用上面的方法计算小车在每一段的加速度外，根据我们前面学过的知识，还可以用什么方法判断小车是否做匀变速直线运动？

sn1v0att

snv0t学生讨论。

生：（方法一）可以通过做小车运动的速度－时间图像分析小车是否做匀变速直线运动。用横轴表示时间，用纵轴

表示速度，因为vvt/2，所

以可以得到各个不同时刻的速度，通过描点作图可以得到小车速度随时间的变化规律，从而判断小车是否做匀变速直线运动。（v－t图略）

（方法二）可以按课本图

3－20的方法将纸带以间隔相同点的方式依此剪成短纸条，然后按先后顺序粘贴在一起，用光滑线段将各段纸带的中点连接起来，若连线是一条直线，即可说明小车做匀变速直线运动。（图略）

证明：根据粘贴图，相邻两段位移的长度差相等。设物体做匀变速直线运动，第n段位移的初速为v0，有

第一课时可到此结束，要求学生在课后完成实验报告的编制，明确应将实验目的、操作步骤、数据记录表格等编写清楚，在第二节课上教师挑选比较好的进行讲评，然后由学生进行实验。

讨论中，学生可能会提出多种处理问题的方式，要让学生充分讨论，并根据自己的想法对纸带作出处理。教师12at

212at

22应对学生的各种想法尽量作出点评。

所以

ssn1snat

即如果小车做匀变速直线运

我们不仅可以通过打点计时器得到记录小车运动的时间动，则相邻相同时间间隔内的位移之差为定值，则粘贴图中各段纸带中点的连线为一条倾斜的直线。

学生阅读课文：频闪照相法及其应用。

生：频闪灯的闪光频率相当于

打点计时器交流电的频率，相

同时间间隔出现的影像则相

当于打点计时器答出的点，所

和位移信息的纸带，事实上，以与打点的纸带一样，运动物还有许多获取这些信息的方体的频闪照片既记录了物体法。比如，频闪照相的方法。

运动的时间信息，又记录了物师：请找出频闪照相与打点计时器实验的相似的地方。

本课小结。

布置作业

⑴请学生探讨课本第42页“科学探讨——一种匀变速直线运动”。

（2）完成课本第43～44页作业第1～4题

板书设计

六、课后反思

体运动的位移信息。可以用同样的方法求加速度。