探究小车速度随时间变化规律(课时1)

2.1 实验探究小车的速度随时间变化的规律
——之一（在实验室里）
第一课时
教学目标：
一、知识与技能
1. 能熟练使用打点计时器（故障排除）。

2. 会根据相关实验器材，设计实验并完成操作。

3. 会处理纸带，求各点瞬时速度。

二、过程与方法
1.初步学习根据实验要求，设计实验，探究某种规律的研究方法。

2.经历实验过程，及时发现问题并做好调整。

3.通过对纸带信息的测量、记录、计算、转化(成图像)，掌握数据处理的过程.
三、情感态度与价值观：
1. 体会实验的设计思路，体会物理学的研究方法。

2. 培养热爱实验和实事求是的态度。

教学重点
１．纸带的处理，计数点的选择、编号，数据的采集。

２．表格的设计，数据的记录、使用和转化作图.
3.实验方案的设计、操作、信息的选择.
教学难点
1．设计几种实验方案。

2．纸带的处理。

教具准备
分组实验：学生电源、导线、打点计时器、小车、钩码（或重锤、）、铁架台、夹子、一端带有滑轮的长木板、带小钩的细线、纸带、刻度尺、坐标纸、
教学活动
[新课导入]
(课件展示)下列语言表述中提及的运动情景．
师：物体的运动通常是比较复杂的．
放眼所见，物体的运动规律各不相同．在生活中，直线运动的冰壶、水中减速的跳水运动员、向前滚动的足球、从滑梯上向下运动的小孩；在自然界里，濛濛细雨、极速的战斗机、长舌的闪电、自由落体的苹果、洪水、泥石流、冲向地球的石头、高山滑雪者……这些运动中速度都在不断的变化．
物体的速度变化存在规律吗?怎样探索复杂运动蕴含的规律呢?
要想探究一个物体随时间变化的规律，必须知道物体在一系列不同时刻对应的速度．而我们可以借助打点计时器先记录物体在不同时刻的位置，再通过对纸带的测量得到位移、计算得到各个时刻的瞬时速度及速度随时刻或位置变化的规律．
现代化的工具可以直接测量瞬时速度（位置、加速
学生活动
预习学案：
填空题 1.试验中把小车停在靠近处，先，然后，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，换上纸带，重复实验3次。

2.打点计时器每隔打一次点，计时器打出的纸带可直接获得的物理量是任意两点间，可直接测得的物理量是任意两点间的 .
3.纸带的选取原则 .
选择题1.在实验中，下列关于测量点间时间间隔的说法正确的是（）
A. 每隔四个点取一个测量点，则测量点间的时间间隔为0.1秒
B. 每隔四个点取一个测量点，则测量点间的时间间
度）有光电门、雷达，而我们可以借助摄影机或手机
的连拍功能等先记录物体在不同时刻的位置，再通过
对物体（经计算机的合成而得到）的照片的测量得到
位移、以及时间信息，经计算而间接得到各个时刻的
瞬时速度及速度随时刻或位置变化的规律．
[新课教学]
一、进行实验
[讨论与交流]
进行实验前，让学生先回顾上一章是怎样使用打点计时器的，讨论后回答．
师：千万别忘了及时关闭电源．为什么要这样做?
打点计时器结构与功能的对应关系？原理是什么？
师生共同回忆。

师：好，大家根据以前的经验，阅读课本第34页“进行实验”标题下的两段文字后分组进行讨论实验方案．带着（右边的）预习学案阅读。

教师及时评价学生的讨论结果，适时指出不当之处，肯定学生的创新和正确的地方．
请思考以下的板书——提纲
1、实验目的
（探究小车或重锤的速度随时间变化的规律）2.实验原理
（小车的一端通过细绳系着跨过滑轮的钩码，另一端连接着穿过打点计时器的限位孔的纸带，在拉力的作用下在木板上的运动信息（时刻及其对应的位置）被记录在纸带上（计时点）。

通过测量位移和读出时间计算出速度和加速度。

）
3、实验器材
（打点计时器、附有滑轮的长木板、小车、带小钩的直线、25g的钩码4个（或重锤）、纸带、刻度尺、学生电源、导线。

）
讨论：能否不用重锤牵引？
（1）把木板一端垫高，让其在重力的作用下沿斜面下滑；隔为0.08秒
C. 每五个点取一个测量点，则测量点间的时间间隔为0.10秒
D. 每五个点取一个测量点，则测量点间的时间间隔为0.12秒
2.在用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，下述测量每相邻两计数点间距离的方法，正确的是（）
A．当两个计数点间的距离较大时，可以用短尺把它分段测量
B. 当某两个计数点间的距离较小时，可以用短尺一次把它测完
C．测量每两个相邻计数点间的距离，应该用带有毫米刻度的长尺的零刻度对准起点，读出各记数点对应的刻度值，然后逐一相减，得出每两个计数点间距离的数值
D. 分别逐个测出每两个计数点间的距离，这样便于记录
讨论：
生：把打点计时器固定好，装好纸带．开启电源，手水平地拉动纸带，纸带上就会打出一行小点．
生：不，因为打点计时器是按间歇工作设计的，所以长期工作可能会因线圈发热而损坏．这样做是为了保护打点计时器．
生：附有滑轮的长木板，小车，带小钩的细线，钩码，打点计时器，纸带，刻度尺，学生电源，导线等．生：我们是在钩码的牵引下让小车运动的，为了研究小车的速度随时间变化的规律，需要把打点计时器固定在长木板上．让小车拖动纸带运动，然后我们再研究所打纸带上的点，从而得出小车的运动情况．生：为了得到打点清晰、较好的纸带，我们最好是多打几条纸带．
生：我们分别选两个、三个、四个钩码来牵引小车，看小车的运动快慢情况和速度的变化情况．
1、实验目的
(1) 练习使用打点计时器。

（2）利用打上点的纸带研究小车的运动情况，分析小车的速度是怎样随时间变化的。

2、实验原理
（1）电磁打点计时器的使用：把纸带穿过打点计时
（2）把木板竖起来，利用铁架台“架空”纸带、计时器，作自由落体运动。

（3）用摄影机或手机的连拍功能等先记录物体在不同时刻的位置，再通过对纸带或（经计算机的合成而得到的）照片
4.实验步骤
实验过程参考提示：
1．把一端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远离滑轮的一端，限位孔对准木板的中央位置，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，启动电源，然后放开小车，让小车拖着纸带运动，打完一条后立即关闭电源．
3．换上新纸带，重复操作三次．
引导学生熟练地摆好器材，进行合理、准确的操作，得到一条点迹清晰的纸带．学生进行实验，老师巡回指导，引导学生“三思而后行”，注意实验逻辑性、合理性及其相关注意事项，而且确保准确，并巡视全场，对出现的问题予以及时纠正．帮助实力较弱的小组实现实验．
二、处理数据
师：我们通过打点计时器得到了若干条纸带，采集了第一手资料，面对打出的纸带如何研究小车的运动呢?接下来我们采集数据，处理数据．
学生讨论怎样选择纸带，如何测量数据，如何设计表格，填写数据．
教师及时评论学生的讨论，肯定学生的成绩．
师：我们可以选一个清晰的点作为计时的起点．还器，连在小车的后面，当接通4—6V低压交流电源时，位于振片一点的振针就跟着上下振动而打点。

这时，如果纸带运动，振针就在纸带上打出一系列点，这样通过研究纸带上点的时间间隔和位移大小来确定小车的运动情况。

（2）v-t图像法：根据上一章的方法算出纸带上各记数点的速度，即把包含记数点一段间隔x的平均速度v计算出来，用这个平均速度代表纸带经过记数点时的瞬时速度，根据各个记数点的瞬时速度，再作出v-t图像，分析v-t的关系。

3、实验器材
（1）打点计时器（2）附有滑轮的长木板（3）小车（4）带小钩的直线（5）25g的钩码4个（6）纸带（7）刻度尺（8）学生电源、导线
让学生自己设计好实验，并口头阐述相关实验器材及步骤．在动手操作之前，可以让学生先在头脑中构思实验大致过程，提前思考实验顺序和注意事项；保证操作的顺利进行．
讨论：“应该先松手，再开打点计时器电源还是反之（或相反）．哪种好?为什么?”
师生总结：
应该先接通电源，后释放小车，这样可以
（1）节约纸带，充分使用；
（2）能打出尽可能多的点，以供研究需要；
（3）双面打和截取适当长度的纸带，也能节省。

实验步骤
（1）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，下边挂上等量的钩码，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系列小点，换上新的纸带，重复实验三次。

（4）从三条纸带中选出一条比较理想的，舍掉开头有些比较密集的点迹，在后边便于测量的地方找一个适当的点看做开始点，为了测量方便和减小误差，通常不用每打一次点的时间作为时间单位。

而用每打五次点的时间作为时间单位，就是T=5 0.02s=0.1s。

在选好的开始点下面标明A,在第六个点的下面标B,在第十一个点的下面标C，以此类推，A、B、C、D...叫做记数点，两个相邻计数点间的距离分别是x1、x2、x3…
可以选择计数点，建议你们在测量前每五个点选一个计数点．
学生实时测量，教师巡回指导，指出学生中出现的问题．
师：大家在测量时，我建议你们在选好计时起点后，测量以后的各个计数点与这个计时起点的距离．大家想想，这样做有什么好处?
大家想想怎样计算各个计数点的瞬时速度？
教师引导学生学会计算各点瞬时速度的方法和表格处理方法．
师在学生讨论的基础上讲解： 利用公式t
x
v ∆∆=
，t ∆越小，平均速度v 越接近瞬 时速度瞬v ，瞬时速度等于位移对时间的变化率,即
dt
dx v =
. 因为时间越短，速度变化量越小，两者越接近, 当,0→∆t 时，瞬v v =.
如A 点的瞬时速度就用OB 段的平均速度来代替，
这样既满足了“平均效果”——“左邻右舍”，又满足 了位移x ∆和t ∆尽可能的小，一举两得。

师：大家可以参考按他说的做，这在近似计算来看，还是个很好的方法。

师生共同总结：
（1）这样做方便快捷，一次性读出所有的原始数据，不需要每次都要挪动刻度尺，通过简单计算即可；否则，才能测出每两个点间的距离。

（2）而且零刻度对准以后，我感觉这样能减少测量误差．
（3）这样做还可以记录更多的信息，如位置坐标及其变化量——位移；从利用逐差法和最小二乘法求加速度的角度，还可以大大地简化运算；从图像法处理数据的角度，不仅可以作t v -图像，还可以作t x -和t a -图像，进而利用数学工具找到三者之间的“情恋关系”——“效率——微分（变化率）”或“面积——（积分）”关系，知道这样相互“翻译”。

教师课件投影参考提示：投影展示的内容(接上次投影中的三条)
参考提示：
4．选择所打纸带中最清晰的一条，舍掉开头一些过于密集的点，找一个适当的点当作计时起点．
5．选择相隔o.1 s ，即中间空四个点的时间间隔的若
（5）测出六段位移x1、x2、x3、x4、x5、x6的长度，把测量的数据计入表中。

[课堂交流]
大家就如何选择点展开讨论． 生1：要选择一条最清晰的纸带．
生2：开始的几个点不清晰，该怎么测啊! 生3：我建议舍去这几个点算了．
生4：对啊，计时起点是人为选取的，我们可以找一清晰的点开始当作计时的起点．
生5：时间间隔ns nT T 02.00==. 学生测量数据，记录结果．
离开计时起点0或O 的距离：单位：cm
O A B C D E F G 0 1 2 3 4 5 6 7
计算出任意相邻两端间的位移 生：A C OA OC AC -=-=、 B D OB OD BD -=-=、 E G OE OG EG -=-= 单位：cm OB AC BD CE DF EG
生：T OB v A =
，T AC v B =，T
EG
v F =． 学生算出各个计数点的瞬时速度，并填人自己设
计的表格中．
列出瞬时速度随时刻或位置坐标同步变化（对应关系）的表格：
位置/cm A B C D E F 时刻
/s 1.0⨯ 1 2 3 4 5 6 速度/(cm/s)
A
B
C
D
E
F
O 0 1
2 3 4 5 6 2.8
4.4
5.95 7.69.10.7
单位: cm
干计数点进行测量，把数据填入表格．
6．计算各点的瞬时速度，填人自己设计的表格中，
可参考课本第34页表格．
三.作出速度一时间、位移一时间图象
师：有了原始数据，确定运动规律的最好办法是作图象，这样具体的运动规律才能更直观地、形象地显现出来．
请思考下面问题：
（1）要注意选择合适的标度哟!否则，作后看看你的图与别人的有什么不同?(要使图象尽量分布在坐标平面的大部分面积，且在显眼的中间部分)
（2）请同学们注意观察和思考你所描画的这些点的分布规律．
（3）我们是用折线连呢，还是怎样连?
（4）在连线时，还要注意使连线两侧的点数大致相同．学生连线，教师指导，随时回答学生可能提出的问题．
针对学生不能裁决的或久拖不决的重大问题，做出专业的“忠告”——指导。

师：如果一旦出现明显偏离较大的点，我们可以认为是测量误差过大、测量中出现偏差所造成的。

可以将这个点视为无效点。

师：不是的，这个点我们要仍然保留在坐标纸上，因为我们要尊重实验事实，这毕竟是我们的第一手资料，忠实地记录原始数据，一是关系着人品问题，二是可能发现了临界情况，如“拐点”、“转折点”等，它可能蕴藏着有用的信息和意味着重大的科学发现．
教师在与学生交流的过程中体现科学探究要尊重实验事实的严谨科学态度。

课后探究：对于人教物理课本必修Ⅰ的33页的3、4两题，每k个计时点计作为计数点，得到一幅立方图。

（6）以t为横轴，v为纵轴，在v-t图像中妙处这些记数点的坐标，然后用一条直线拟合这些点，画直线时要使它两侧的点数大致相同。

（7）改变钩码个数，用不同的力拉小车重复上述（2）至（6）的实验步骤，得到小车在受不同力的情况下v-t图像。

[讨论与交流]
学生回顾上一章中描画手拉纸带的速度一时间图象的情景，讨论如何在本次实验中描点、连线．生：以时间t为横轴、速度v为纵轴，建立坐标系，把刚才所填表格中的各点在速度一时间坐标系中描出，
生1：我看描出的这些点都大致落在一条直线上。

生2：也有旳由少许偏差．
生3：不能用折线连，速度的实际变化应该是比较平滑的——不会“突变”的，所以，要用一条平滑的曲线来“拟合”这些点，这样曲线反映的规律应该与实际情况更接近．
生4：我们这儿出现了有一个点明显偏离绝大部分点所在的直线．那该怎么办呢?
生5：大概是那一瞬时小车的速度瞬时突变了．
生6：我看小车的运动快慢还是比较均匀的，那一点的速度值可能是测量或计算出了问题．
生7：那这个点我们就可以擦去不用了．
作业
布置作业：
1.在用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列关于作v-t图像的说法中，正确的是（）
A. 只要确定了v-t图像中的两点，就可以得到小车
运动的v-t图像，因此，实验只需要测出两组数据
B. 作v-t图像是，所取的点越多，图像就越准确
C. 作出的v-t图像应该通过所有的点，图线曲折也可以
D. 对于偏离直线较远的点，说明误差太大，应舍去
2.下列关于计数点的说法中，不正确的是（）
A．相邻计数点间的时间间隔相等
B．计数点进行测量计算，既方便又可减少误差
C．相邻计数点间的距离应当相等
D．计数点是从计时器打出的实际点选出来的，相邻计数点间点痕的个数相等
3. 教材第36页“问题与练习”中，1、2两题,写在课堂作业本上．
板书设计
2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律
进行实验小车在重物作用下拖动纸带运动，打点计时器在纸带上打点处理数据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作图象描点连线作图后，得到的图象是一条倾斜的直线
教学后记。