科学测量：做直线运动物体的瞬时速度

科学测量：做直线运动物体的瞬时速度

【教材分析】

本节课选自鲁科版必修一第二章第四节，本节是在学习了运动的描述基础上，用实验的方法，让学生经历探究过程，学会数据处理的方法。本节课的核心是引导学生研究小车在运动过程中速度随时间变化的规律，重视知识的获取过程，培养学生处理数据、总结规律的能力。【教学目标与核心素养】

【物理观念】能理解打点计时器的工作原理；能对得到的数据进行处理，得到物体运动的速度和加速度。

【科学思维】能根据实验目的和【实验器材】设计实验。

【科学探究】能发现并提出物理问题；能分析纸带分析小车的运动。

【科学态度与责任】知道实验器材的改进能促进人们认知的发展；知道物理实验的探究需要实事求是。

【教学重难点】

教学重点：图像法研究速度随时间变化的规律；对运动物体的速度随时间变化规律的探究。

教学难点：对各点瞬时速度的计算；根据纸带判断物体的运动情况。

【教学过程】

【导入新课】

问题：如何测量小车在运动过程中的时间和位移？

生：测量时间可用计时工具：秒表、手机……

测量位移可用长度测量工具：刻度尺、米尺……

问题：这些测量工具在测量结果可靠性上如何？

生：误差大

要想获得精确度更高的测量数据，需要使用一种仪器“打点计时器”。引出新课。

【新课讲授】

一、运动时间和位移的记录

3．评价练习——迷你实验室

介绍频闪照相技术的工作原理。

结论：频闪照相与打点计时器均能记录物体运动的时间和位移信息。

二、测量小车的瞬时速度

1．实验目的

（1）测量小车的瞬时速度。

（2）判断沿斜面下滑的小车是否做匀变速直线运动。

（3）学习使用打点计时器。

2．【实验器材】

电磁打点计时器（或电火花打点计时器）、低压交流电源（或220V交流电源）、纸带、长木板（或轨道）、U形夹、小车、毫米刻度尺。

3．实验原理与设计

实验原理：

（1）电磁打点计时器的测量原理：纸带穿过打点计时器在物体带动下运动时，上下振动的振针便会通过复写纸在纸带上留下一系列小点，相邻两点对应的时间为_________s。

（2）可测物理量：相邻两点之间的距离可以用_______测量，这样打点计时器既记录了时间，又记录了对应的_________。由此可获知物体运动的_________等。

①明确计时点与计数点

计时点：在纸带上，选取便于测量的某点作为计时的起点，如可以用纸带上打出的原始点为计时点。

计数点：由于纸带被打出的原始点过于密集，测出的间距误差较大，为便于测量和计算，我们另选间距较大且时间间隔相等的计时点来研究，这样的点叫做计数点。

思考：如何选择计数点？

舍去开头密集的点，选取便于测量的某点作为计时的起点，记为点0，依次向后每5个点选取一个计数点，分别记为1，2，3…相邻两个计数点间隔的时间T=0.1s。

②用刻度尺量出相邻两计数点间的长度，分别记为s1，s2，s3．。。

思考：如何根据求纸带上某点的瞬时速度？

师：极限法。用较短时间间隔内的平均速度可近似视为瞬时速度。

思考：是不是时间间隔越短，计算出的瞬时速度就越准确？

以求E点的速度为例，让学生体会如何更精确的求某点的瞬时速度。

思考：哪种方案能更准确的获得E点的瞬时速度？请说明理由

方案一：

方案二：

方案三：

D

F

D

D F

F

通过该问题，让学生体会到，在实际实验中计算瞬时速度时，并不是选取的计数点的时间间隔越小，得到的瞬时速度误差就越小。

4．实验步骤

（1）把打点计时器固定在长木板一端，并将该端垫高，使长木板形成斜面。

（2）将长60cm左右的纸带一端穿过打点计时器，另一端固定于小车，尽量让小车靠近打点计时器。

（3）先打开打点计时器开关，稍后（打点稳定后）释放小车，待小车滑倒斜面底端时止住小车，关闭开关。取下纸带，检查点迹。若有问题，可换上新纸带，调试后重复上述步骤。

（4）选择点迹清晰的纸带，避开点迹密集部分，从距打点的开始端几厘米处选择一个点记为点0.在该点后面，依次标出间隔时间相等的计数点1，2，3，4，5。

（5）根据打点计时器的周期，计算各计数点到点0对应的时间t，测量各计数点与下一相邻计数点的间距s，将t和s的相应数据填入表2-2中。

5．注意事项

（1）固定打点计时器时，应注意使两限位孔和小车运动轨迹在同一直线上。滑轮不能过高，细绳应与木板平行。

（2）开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。

（3）实验中“接通电源”和“释放小车”两步应先接通电源，打点稳定后释放小车；打点结束后立即关闭电源，再将纸带取下。

（4）实验时要注意保护小车及滑轮，要避免它们被碰坏或跌坏。所以，当小车到达滑轮前及时用手按住它。

6．数据处理

（1）列表法

B ．

∆S 1=S 4−S 1=a 1T 2∆S 2=S 5−S 2=a 2T 2∆S 3=S 6−S 3=a 3T 2 a =

a 1+a 2+a 33=∆S 1+∆S 2+∆S 332T 2=(S 4+S 5+S 6)−（S 1+S 2+S 3）

9T 2

通过这两种方法引出“逐差法”求加速度，并体会其较一般方法的优点-----提高了实验数据的利用率，减小了偶然误差。

（2）图像法

1．选择表格数据选择合适标度建立坐标系（让图象尽量分布在坐标系平面的大部分范围

内）

2．描点

3．连线拟合。用直线拟合，让尽可能多的点处在直线上，不在直线上的点应对称地分布在直线两侧。

-

-0.201 0.28

0 0.355 0.432 0.51

2 v/（m·s -1

）

00.1 0.2 0.3 0.4 0.5

0.1

0.2 0.3 0.4 0.5