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2019-2020年人教版高中物理必修1 第2章第1節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律 （教案） 物理核心素養(yǎng)主要由“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面構(gòu)成。 教學(xué)目標(biāo)： （一）物理觀念 1．鞏固打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用，紙袋數(shù)據(jù)處理和求各點(diǎn)瞬時(shí)速度的方法。 2．會(huì)用v-t圖象處理數(shù)據(jù)，通過觀察圖像，得出規(guī)律。 3．知道小車在重物牽引下運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律。 （二）科學(xué)思維、科學(xué)探究 1.初步學(xué)習(xí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究某種規(guī)律的研究方法。 2.經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)過程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并做好調(diào)整。 3.初步學(xué)會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)規(guī)律的探究方法。 （三）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任 １．通過實(shí)驗(yàn)研究，體會(huì)如何從實(shí)驗(yàn)中獲取數(shù)據(jù)，學(xué)會(huì)利用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)方法。 2.通過探究實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，能使學(xué)生靈活地運(yùn)用科學(xué)方法來研究問題、解決問題、提高創(chuàng)新意識(shí)。 3．在對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的猜測過程中，提高學(xué)生合作探究能力。 4．通過經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探索過程，體驗(yàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律探索的方法，感受實(shí)驗(yàn)對(duì)物理發(fā)展的推動(dòng)作用。體會(huì)實(shí)驗(yàn)在發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律中的作用。 教學(xué)重點(diǎn)： １．圖象法研究速度隨時(shí)間變化的規(guī)律。 ２．對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度隨時(shí)間變化規(guī)律的探究。 教學(xué)難點(diǎn)： 1. 各點(diǎn)瞬時(shí)速度的計(jì)算。 2. 對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理。 教學(xué)過程： 一、引入新課 【教師提出問題】探究目的： 探究小車在重物牽引下的運(yùn)動(dòng)，研究小車速度隨時(shí)間的變化規(guī)律。 【讓學(xué)生猜想】小車的速度隨時(shí)間變化有幾種可能： 變化先快后慢；先慢后快；均勻變化等?？山Y(jié)合速度圖象描述猜想。 【讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】提示如何測量出不同時(shí)刻的物體運(yùn)動(dòng)速度；最后確定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度。 二、新課教學(xué) ★實(shí)驗(yàn)?zāi)康? (1)進(jìn)一步練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器． (2)會(huì)利用平均速度求瞬時(shí)速度． (3)會(huì)利用v－t圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并據(jù)此判斷物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)． (4)能根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求加速度． ★實(shí)驗(yàn)原理 1．瞬時(shí)速度的計(jì)算：各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度可用以該點(diǎn)為中間時(shí)刻的一段時(shí)間內(nèi)的平均速度來代替：vn＝ 2．根據(jù)v－t圖象判斷運(yùn)動(dòng)性質(zhì)：用描點(diǎn)法可作出小車的v－t圖象，根據(jù)圖象的形狀可判斷小車的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。 3．加速度的計(jì)算：利用v－t圖象的斜率求出小車的加速度。 ★實(shí)驗(yàn)器材 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、復(fù)寫紙片、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、交流電源。 ★實(shí)驗(yàn)步驟 1．如圖所示，把附有滑輪的長木板放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路。 2．把一條細(xì)繩拴在小車上，使細(xì)繩跨過滑輪，下邊掛上鉤碼，把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并把紙帶的一端固定在小車的后面。 3．把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，接通電源后，釋放小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一列小點(diǎn)。 4．換上新的紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次。 5．增減所掛鉤碼，按以上步驟再做兩次實(shí)驗(yàn)。 ★數(shù)據(jù)處理 1．紙帶的選取 從三條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開頭一些過于密集的點(diǎn)，在后面便于測量的地方找一個(gè)開始點(diǎn)來確定計(jì)數(shù)點(diǎn)． 說明：為了計(jì)算方便和減小誤差，通常用連續(xù)打5個(gè)點(diǎn)的時(shí)間作為時(shí)間間隔，即T＝0.1 s. 2．采集數(shù)據(jù)的方法 如圖所示，一般不是直接測量相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，而是先測量出各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到計(jì)時(shí)零點(diǎn)的距離x1、x2、x3、x4、x5，再計(jì)算出相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離． Δx1＝x1，Δx2＝x2－x1，Δx3＝x3－x2，Δx4＝x4－x3，Δx5＝x5－x4. 3．速度的計(jì)算方法 各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度用平均速度來代替，即 v1＝，v2＝，…(T為相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔) 4．設(shè)計(jì)表格并記錄相關(guān)數(shù)據(jù) 將各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻及瞬時(shí)速度填入下表中，并據(jù)此分析速度隨時(shí)間的變化關(guān)系. 5.作出小車運(yùn)動(dòng)的v－t圖象 (1)在坐標(biāo)紙上建立直角坐標(biāo)系，橫軸表示時(shí)間，縱軸表示速度，并根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)． (2)畫一條直線，讓這條直線通過盡可能多的點(diǎn)，不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，偏差比較大的點(diǎn)忽略不計(jì)，如圖所示． (3)觀察所得到的直線，分析物體的速度隨時(shí)間的變化規(guī)律． 6．實(shí)驗(yàn)中計(jì)算加速度的兩種方法 (1)公式法：利用已測得的兩組數(shù)據(jù)(tn，vn)和(tm，vm)代入公式a＝＝求解． (2)圖象法：在v－t圖象上任意取兩個(gè)間隔較遠(yuǎn)的點(diǎn)(這兩個(gè)點(diǎn)不是我們表格中已測得的點(diǎn))，找出它們的坐標(biāo)值，然后把它們的坐標(biāo)值代入公式a＝＝中求出加速度，即用圖線的斜率求加速度． ★誤差分析 1．木板的粗糙程度不同，摩擦不均勻． 2．根據(jù)紙帶測量的位移有誤差，從而計(jì)算出的瞬時(shí)速度有誤差． 3．作v－t圖象時(shí)單位選擇不合適或人為作圖不準(zhǔn)確帶來誤差． ★實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1．開始釋放小車時(shí)，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。 2．先接通電源，計(jì)時(shí)器工作后，再放開小車，當(dāng)小車停止運(yùn)動(dòng)時(shí)及時(shí)斷開電源。 3．要防止鉤碼落地和小車跟滑輪相撞，當(dāng)小車到達(dá)滑輪前及時(shí)用手按住它。 4．牽引小車的鉤碼個(gè)數(shù)要適當(dāng)，以免加速度過大而使紙帶上的點(diǎn)太少，或者加速度太小，而使各段位移無多大差別，從而使誤差增大，加速度的大小以能在50cm長的紙帶上清楚地取得六、七個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜。 5．要區(qū)別計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)與人為選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)，一般在紙帶上每隔四個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，即時(shí)間間隔為T＝0.025s＝0.1s。 6．不要分段測量各段位移，應(yīng)盡可能地一次測量完畢(可先統(tǒng)一量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到計(jì)數(shù)起點(diǎn)O之間的距離)。讀數(shù)時(shí)應(yīng)估讀到毫米的下一位。 7．描點(diǎn)時(shí)最好用坐標(biāo)紙，在縱、橫軸上選取合適的單位，用細(xì)鉛筆認(rèn)真描點(diǎn)。 三、鞏固練習(xí) １．關(guān)于用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究小車在重物牽引下運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)操作，下列說法中正確的是（　　　　） Ａ．長木板不能側(cè)向傾斜，也不能一端高一端低 Ｂ．在釋放小車前，小車應(yīng)緊靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處 Ｃ．應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放小車 Ｄ．要在小車到達(dá)定滑輪前使小車停止運(yùn)動(dòng)，再斷開電源 ２．在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究小車在重物牽引下運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)有如下操作步驟，其中錯(cuò)誤的步驟是　　　　　　　　，遺漏的步驟是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 Ａ．拉住紙帶，將小車移至靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，松開紙帶后再接通電源 Ｂ．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在平板上，并接好電路 Ｃ．把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪下面懸掛適當(dāng)?shù)你^碼 Ｄ．取下紙帶 Ｅ．放手，使小車在平板上做加速運(yùn)動(dòng) Ｆ．將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔 將以上步驟完善后按合理序號(hào)排列　　　　　　　　　　　。 3.在“探究小車速度隨時(shí)間變化規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電的頻率為50 Hz，記錄小車運(yùn)動(dòng)的紙帶如圖2-1-5所示，在紙帶上選擇0、1、2、3、4、5這6個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出，紙帶旁并排放著帶有最小分度為毫米的刻度尺，零點(diǎn)跟“0”計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)齊，由圖可以讀出三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)1、3、5跟0點(diǎn)的距離填入下表中。 四、布置作業(yè)