学生实验优质教案设计

实验：探究小车速度随时间变化的规律

一、教材分析

本节课在运动学中起着承上启下的作用。第一章中已经介绍了利用打点计时器打下的纸带求物体瞬时速度的方法，并且介绍了加速度，知道了它的物理意义及表达式。而这节课是以恒力作用下的小车的运动来研究速度随时间变化规律的。从而为以后研究匀变速运动的有关知识打下了基础。

本节内容为探究实验，目的是让学生通过研究小车在重物牵引下运动的速度随时间变化的规律，经历科学探究的活动，学会实验数据的处理方法。这节课的任务是测量小车的速度，作出小车运动的V-t图象，初步分析小车速度的变化规律。体验从实验研究中获取数据、做出图象、分析图象、寻找规律的科学思维方法。使课学生认识图象在研究物理问题中的作用；与数学公式相比，图象显得直观、形象、生动，让人一目了然，从而使学生感受到图象法的直观的美。这节不要求得出小车运动的加速度，也不要求建立匀变速直线运动的概念。

二、教学目标 知识与技能

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.

4.巧用v—t图象处理数据，观察规律.

5.掌握画图象的一般方法，并能用简洁语言进行阐述.

过程与方法

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的瞬时速度.

3.初步学会根据实验数据进行猜测、探究、发现规律的探究方法.

4.认识数学化繁为简的工具作用，直观地运用物理图象展现规律，验证规律.

5.通过实验探究过程，进一步熟练打点计时器的应用，体验瞬时速度的求解方法.

情感态度与价值观

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、实验数据的图象展现，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，提高学生合作探究能力.

4.在对现象规律的语言阐述中，提高了学生的语言表达能力，还体现了各学科之间的系，可引申到各事物间的关联性，使自己融入社会.

5.通过经历实验探索过程，体验运动规律探索的方法. 三、教学重难点

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

1.各点瞬时速度的计算.

2.对实验数据的处理、规律的探究.

四、教学工具

多媒体、板书

五、教学过程

（一）、实验目的

1.进一步练习使用打点计时器

2.利用v-t图象处理数据，并据此判断物体的运动性质

3.能根据实验数据求加速度

（二）、实验器材

打点计时器、一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源.

（三）、实验原理

1.利用打点计时器所打纸带的信息，代入计算式v2＝（x12+x23）/2T即用以n点为中心的一小段位移的平均速度代替n点的瞬时速度.

2.用描点法作出小车的v-t图象，根据图象的形状判断小车的运动性质.若所得图象为一条倾斜直线则表明小车做匀变速直线运动.

3.利用v-t图象求出小车的加速度.

（四）、实验步骤

1.如图所示，把附有滑轮的长木板放在实验桌上，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.把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上钩码，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，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.

4.换上新的纸带，重复实验两次.

5.增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验.

（五）、数据处理

1.表格法

(1)从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个点，作为计数始点，以后依次每五个点取一个计数点，并标明0、1、2、3、4…测量各计数点到0点的距离x，并记录填入表中，如图所示.

(2)分别计算出与所求点相邻的两计数点之间的距离Δx1、Δx2、Δx3…

(3)计算平均速度，用平均速度代替相关计数点的瞬时速度，填入上面的表格中.

(4)根据表格中的数据，分析速度随时间怎么变化.

2.图象法

(1)在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系中描点.

(2)画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不计，如图所示

((3)观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律.

(4)据所画v-t图象求出其斜率，就是小车运动的加速度.

（六）、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v-t图象时单位选择不合适或人为作图不准确带来误差.

（七）、注意事项

1.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器.

2.先接通电源，等打点稳定后，再释放小车.

3.打点完毕，立即断开电源.

4.选取一条点迹清晰的纸带，适当舍弃点密集部分，适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少秒.

5.要防止钩码落地，避免小车跟滑轮相碰，当小车到达滑轮前及时用手按住.

6.要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点，一般在

纸带上每隔4个点取一个计数点，即时间间隔为t=0.02×5 s=0.1 s.

7.在坐标纸上画v-t图象时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图象尽量分布在较大的坐标平面内.

实验探究一、实验过程的理解

例：在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，按照实验进行的先后顺序，将下述步骤的代号填在横线上________.

A.把穿过打点计时器的纸带固定在小车的后面

B.把打点计时器固定在长木板的没有滑轮的一端，并连好电路

C.换上新的纸带，再重复做两次

D.把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面

E.使小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车运动

F.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，另一端吊着合适的钩码

G.断开电源，取出纸带

【答案】

DBAFEGC

实验探究二、实验数据的处理

例：在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，如图所示为记录小车运动情况的一条纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔T=0.1 s.

(1)计算D、C、B各点的瞬时速度，vD=________m/s，vC=________m/s，vB=________m/s.

(2)在如图2-1-5所示坐标系中作出小车的v-t图像，并根据图像求出a=________.

【答案】

(1)3.90 2.64 1.38

(2)图12.6 m/s2

实验探究三、实验的改进与创新

例：利用如图所示的装置可测量滑块在斜面上运动的加速度。一斜面上安装有两个光电门，其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处，光电门甲的位置可移动。当一带有遮光片的滑块自斜面上滑下时，与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从光电门甲至乙所用的时间t。改变光电门甲的位置进行多次测量，每次都使滑块从同一点由静止开始下滑，并用米尺测量甲、乙之间的距离s，记下相应的t值;所得数据如下表所示。

完成下列填空和作图：

(1)若滑块所受摩擦力为一常量，滑块加速度的大小a、滑块经过光电门乙时的瞬时速度Vt、测量值s和t四个物理量之间所满足的关系式是____________________________ __ ____

__________________________________________________________;

(2)根据表中给出的数据，在给出的坐标纸上画出t(s) -t图线;

(3)由所画出的t(s) -t图线，得出滑块加速度的大小为a=________m/s2。(保留2位有效数字)

[答案] (1)略

(2)如图所示略

(3)2.0(在1.8～2.2范围内都可)

规律总结

1.实验器材的创新[对应题干部分]

(1)光电门与计时器相连可以测出遮光片通过光电门的时间Δt，由于Δt很短，从而可用Δt(d)求出滑块通过光电门的瞬时速度。

(2)两光电门同时与计时器相连，可测出滑块在两光电门间运动的时间。

(3)相对打点计时器，光电门对滑块运动无影响，测量结果精度更高。出国留学网

2.实验原理的创新

滑块在斜面上做匀加速直线运动，因滑块释放位置固定，滑动经过光电门乙的瞬时速度Vt不变，故由光电门乙向上的逆运动为匀减速运动，结合此式可求加速度a。

3.数据处理方法的创新

本实验利用“化曲为直”思想，将s-t的非线性关系转化为t(s) -t的线性关系，描点作图，由图线的斜率确定物体的加速度a。

另外，还可以从以下两个方向创新：(1)若滑块的初速度为零，位移与时间的关系式为，则可作出s--t2的图线，由k=

求出滑块的加速度。 (2)用光电门测出滑块经过光电门甲的时间Δt甲，由V甲=

计算出滑块在光电门甲处的速度v甲，再由

都可确定滑块在斜面上的加速度a。

六、课后小结

主要是运用探究式学习的方式用打点计时器来测量小车的速度随时间变化的规律.重点是对重物牵引下小车的运动进行探究，在探究过程中，涉及到了实验的设计、操作以及作图象的方法、原则，很好地提高了大家各方面的能力，同时又为后面学习这种匀变速运动打下了基础. 七、板书

2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律

1.实验目的

2.实验原理

3.实验器材

4.实验步骤

5.处理数据

(1)用平均速度代替瞬时速度的方法得到各计数点的瞬时速度

(2)作图象：描点连线作图后，得到的图象是一条倾斜的直线

6.误差分析

7.实验探究