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1、2.1探究小车速度随时间变化的关系教学设计教材分析本节是个学生实验，用打点计时器研究小车在重物牵引下的运动，探究小车的运动特点和规律.教学的核心是引导学生实际研究小车在运动中速度随时间变化的规律，目的是让学生通过科学探究活动来完成.通过实验探索过程，体验运动规律探索的方法.小车在重物牵引下运动看似简单，但就其研究问题的过程和方法是具有基础性和典型性的.重视获取知识的过程，让学生体验一种从实验研究中获取数据、作出图象、分析图象、寻找规律的科学思维方法和能力.这种科学思维方法贯穿整个物理实验，因此教学中必须让学生亲自动手做实验.教材设计这个学生实验为一节，建议用2课时完成.教学重点1 .由实验数据
2、得出/一图象.2 .由一E图象得出小车的速度随时间变化的规律.教学难点1 .实验探究过程注意事项.2 .实验数据的处理.课时安排2课时三维目标1 .知识与技能（1）根据相关实验器材，设计实验并熟练操作.会运用已学知识处理纸带,求各点瞬时速度.（2）会用表格法处理数据，并合理猜想.巧用1图象处理数据，观察规律.（3）掌握画图象的一般方法，并能用简洁语言进行阐述.2 .过程与方法（1）初步学习根据实验要求设计实验、发现某种规律的探究方法.对打出的纸带，会用近似的方法得出各点瞬时速度.(2)初步学会根据实验数据进行猜测、探究、发现规律的方法.(3)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
3、律，验证规律.3 .情感、态度与价值观(1)通过对小车运动的设计，培养积极主动思考问题的习惯，并锻炼思考的全面性、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，培养实事求是的科学态度,能灵活地运用科学方法来研究问题、解决问题，提高创新意识.课前准备打点计时器、低压交流电源、导线、纸带、带滑轮的长木板、小车、钩码、细线、复写纸片、刻度尺.教学过程导入新课情景导入放眼所见，物体的运动规律各不相同.飞机着陆时的运动，火车出站时的运动，鸟儿在空中飞行这些物体遵循什么样的运动规律？速度是描述物体运动快慢的物理量，用它可以描述物体的具体运动情况，我们可以通过机动车的速度计得知机车某时刻的速度
4、大小.在实验中怎样才能得知各个时刻物体运动速度的大小呢？通过本节课的学习我们将知道怎样解决这一问题.案例导入我们利用课余时间自己想办法探究物体的运动规律.小明同学利用频闪相机在公路旁拍摄了摩托车运动的情景，他拍摄的照片如图所示：甲乙丙你能根据照片分析出摩托车的运动情况吗？你分析的依据是什么？复习导入展示课件：打点计时器的构造如图.正脉冲输入插座负脉冲输入插座/墨粉纸盘纸带乙电黄花计时器甲电磁打点计时器永久磁铁、纸带复写纸.限位孔复习旧知：1.打点计时器的构造及工作原理.2 .瞬时速度的测量：时间比较短时，可用纸带上与待测点相邻的两点的平均速度来表示待测点的瞬时速度.3 .用图象进行实验数据分析
5、.本节课我们将利用打点计时器来探究小车速度随时间变化的规律.推进新课一、进行实验要探究一个物体的速度随时间变化的规律，必须知道物体在一系列不同时刻的速度.直接测量瞬时速度是比较困难的，本实验中我们用打点计时器先记录物体在不同时刻的位置，再通过对纸带的分析，计算得到各个时刻的瞬时速度.问题探究问题L如果探究得到小车在钩码拉动下在平直的长木板上运动，纸带上打出的点与点的间隔距离近似相等，那么小车做什么运动？结论猜想：纸带上相邻点间的时间间隔相同，而点与点间的距离近似相等，则小车做匀速直线运动.问题2：在探究小车带动纸带运动时，纸带上的点与点间的距离不等，那么小车做什么运动？结论猜想：纸带上点与点间
6、的距离不相等，说明相同时间内位移不相等，小车做变速运动.点评：通过探究这两个问题，培养学生利用所学物理知识大胆猜想的良好科学品质，通过回答问题提高学生语言概括表达能力.若要了解做变速运动小车的速度与时间的变化规律，就必须求出打每一个点时的速度.速度求出来了，由加AV速度定义式a=7便可求出小车在相邻两点间运动时的加速度，便可看出运动过程中加速度是否变化，这些问题需要我们先进行完实验才能处理.1 .实验目的探究小车速度随时间变化规律.2 .实验器材附有滑轮的长木板小车带小钩的细线25g的钩码3个，也可以用50g的钩码或用沙子和小桶代替钩码，用弹簧测力计或天平称量打点计时器纸带刻度尺学生电源、导线
7、3 .实验原理把纸带跟运动的物体连接在一起，并穿过打点计时器.这样纸带上的点不但记录了物体的运动时间，而且相应地表示运动物体在不同时刻的位置.研究这些点的情况，就可以了解物体的运动情况.问题探究小明与他的同伴在做探究小车速度随时间变化的规律的实验时，由于他的同伴不太明确该实验的目的及原理,他从实验室里借取了如下器材:打点计时器;天平；低压直流电源；细绳；纸带；小车；钩码；秒表；一端附有定滑轮的长木板.小明看后觉得不妥，让我们共同讨论一下，哪些器材必须使用，哪些多余，还缺少什么器材.1 流讨论：1.打点计时器是一种计时仪器，因此不需要秒表来测时间，故多余.2 .打点计时器使用低压交流电源，因此低
8、压直流电源多余，然后，器材中没有低压交流电源，故缺少低压交流电源.3 .该实验不需要测量小车或钩码的质量，故天平多余.结论：必须使用的器材有：多余的器材有：缺少的器材有：低压交流电源.方法小结：实验器材的选取不能死记硬背，在记忆时要结合实验目的和实验过程.4 .实验步骤(1)如图所示，把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，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）把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，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小车的后面.（3）把小车停在打点计时器处，先接通电源，后
9、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）打出两条纸带.从这三条纸带中选用一条点迹清晰的，计为纸带I.（4）增加一个钩码，按上述方法打出纸带II.（5）在打纸带I的基础上减少一个钩码，仍按上述方法打出纸带I.（6）整理器材.课堂训练在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，小明与他同伴操作中有以下实验步骤，其中有错误或遗漏的步骤有（遗漏步骤可编上序号G、H）A.拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，先放开纸带，再接通电源B.将打点计时器固定在平板上，并接好电路C.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当的钩码D.取下纸带E.将平板一
10、端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做加速运动F.将纸带固定在小车后部，并穿过打点计时器的限位孔将以上步骤完善并按合理的顺序写在横线上.交流讨论：在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，要先接通电源,再放开纸带.在取下纸带前要先断开电源.为了减小误差，应重复实验3次即打3条纸带.参考答案：（I）A中应先接通电源，再放开纸带.(2) D中取下纸带前应先断开电源.(3)补充步骤G：换上新纸带，重复3次.步骤顺序为:BFCADG.学生分组交流讨论该实验操作过程中应该注意的事项并归纳：注意事项：1.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器.2 .实验时，应先接通电源，再放开小车.3 .要防止钩码下落时
11、与地板相碰，可在地板上事先放几本书.4 .要防止小车与定滑轮相碰，可用中、食指叉开跨过细线放在滑轮前事先等着小车.5 .牵引小车的钩码个数要适当，以便使在长度为50Cm的纸带上清晰地取得56个计数点为宜.6 .细线一定要与长木板平行.二、处理数据同学们做完了实验，每组学生手中都有了三条点迹清晰的纸带.问题：根据纸带上的点，如何探究小车速度与时间的关系？交流讨论：1.纸带上每一点的速度可以利用前后相邻两点的平均速度来表示.2 .相邻两点时间间隔为0.02s,为了便于研究计算，每5个计时点取1个计数点.计算时7,=0.1s,利用计数点求速度.3 .纸带上的点迹前一部分过于密集，测量长度时误差较大，
12、把前一部分的点迹舍掉.结论：合理的数据处理如下：1 .对每条纸带(即I、II、In)都舍掉开头一些过于密集的点迹，找一个适当的点当作计时起点，且每隔4个点取一个计数点.2 .对I、II、HI三条纸带分别进行测量，并计算小车对应各计数点的瞬时速度并填入下表.位置（计数点）O1234567时间/sO0.10.20.30.40.50.60.7速度/(ms)纸带I纸带纸带Ill3.以速度P为纵轴、时间为横轴建立平面直角坐标系，并根据表中数据给坐标轴适当刻度.特别注意要标明各轴的单位.4 .分别根据表中纸带I、H、In对应的数据，在坐标系中描点，并分析对应每条纸带描出点的分布规律.5 .作出每条纸带对应
13、的p-E图象.6 .从图象上分析小车的运动速度随时间的变化规律.问题探究问题一：测量长度时用刻度尺测量相邻两个计数点间的长度，还是用刻度尺对齐各计数点（不移动尺子）读出各计数点间长度值？问题二：为什么用图象处理实验数据？7 题三：如何由实验数据得出。一1图象？8 题四：如何由实验得出的/一1图象，进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律？9 流讨论：1.测量长度时最好用刻度尺对齐各计数点（不移动尺子）读出各计数点间长度值，这样可以避免测量误差的积累.10 为什么用图象处理实验数据在科学上，为了描述实验中测量值之间的关系，先将其在坐标系中描点，然后根据这些点的分布趋向，用一条平滑曲线（包括直线）
14、连接这些点，尽量让多数点落在曲线上，不在曲线上的点应使点数在曲线两侧大致一般多，这种方法叫“拟合”.“拟合”法处理数据能够直观形象地反映数据的分布规律，进而找出所要探究的问题或物理量的特点及所遵循的规律.11 如何由实验数据得出。一t图象（1）根据变量函数的关系确定坐标轴：横轴一一时间轴，纵轴一一速度轴.（2）描点作图.作图时应把尽量多的点连在一条曲线（或直线上），不能连在线上的点应尽量使分居在线两侧的点数相同.（3）根据作出的图象分析变量之间的函数关系.12 如何由实验得出的一图象进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律？我们可以从两条途径进行：13 通过直接分析图象（如图）的特点得到.小车
15、运动的。一1图象是一条倾斜的直线，那么当时间增加相同的值Ab速度也会增加相同的值AK也就是得出结论:小车的速度随时间均匀增加（或变化）.二是通过得出函数关系式进一步得到，既然小车的p-Z图象是一条倾斜的直线，那么V随1变化的函数关系式为Lkt+b,显然/与Z成“线性关系”，小车的速度随时间均匀增加（或变化）.课堂训练小车牵引纸带沿斜面下滑，用打点计时器打出的纸带如图所示.已知打点周期为0.02s.根据纸带提供的数据填写表格并求出平均加速度，作出图象.打点计时器纸带记录了小车沿斜面下滑时的时间与位移S二k6.65cm5.60cm4.55cm3.55cm2.45cml.45cm表一实验数据分段第1段第2段第3段第4段第5段第6段时间s0-0.10.10.2
