高中物理粤教版 (2019)必修 第一册第三节 测量匀变速直线运动的加速度第1课时教学设计

这是一份高中物理粤教版 (2019)必修 第一册第三节 测量匀变速直线运动的加速度第1课时教学设计，共7页。教案主要包含了实验目的，实验原理与实验设计，实验器材，进行实验，处理数据，逐差法求加速度等内容，欢迎下载使用。

1.进一步巩固打计时器的使用。
2.进一步巩固瞬时速度的求法。
3.经历完整的实验探究过程，体会科学探究的方法。
4.初步了解数据拟合在物理中的应用。
5.在处理数据时体会数形结合的思想在物理学的应用。
教学重难点
教学重点
设计实验过程、线性拟合法求匀变速直线运动物体的加速度、逐差法求匀变速直线运动物体的加速度、打点计时器的使用
教学难点
设计实验过程、线性拟合法求匀变速直线运动物体的加速度、逐差法求匀变速直线运动物体的加速度、打点计时器的使用
教学准备
打点计时器(及相配套的电源、复写纸、导线)、轨道、小车、细线、钩码、刻度尺、纸带。
教学过程
新课引入
教师口述：前面我们学习了描述匀变速直线运动的物理量和匀变速直线运动的规律。请同学们回忆一下匀变速直线运动的规律。
学生活动：思考老师所提问题。
教师口述：从这几条匀变速直线运动的规律来看，其意义在于根据已知量求得未知量。前面我们已经学习过了位移、时间、速度的测量，今天我们就来研究测量匀变速直线运动物体的加速度。
讲授新课
一、实验目的
教师活动：向学生直接展示实验目的，即研究小车在重物牵引下速度随时间变化的规律。
二、实验原理与实验设计
教师设问：研究小车在重物牵引下速度随时间变化的规律，应如何设计实验？要测量哪些物理量，如何测量这些物理量？
学生活动：学生之间讨论教师所提问题，然后举手回答。
教师活动：理答。
按：若学生回答的思路不明确，教师可通过一些阶梯型问题作为引导。如学生不明确测量哪些物理量，就问学生要测量哪些物理量。若学生不明确如何测量这些物理量，教师设问通过什么器材怎样测量这些物理量。
按：对于学生设计的不使用打点计时器的方案，教师要给出明确的肯定。
教师活动：总结。
三、实验器材
教师设问：我们今天使用打点计时器来进行实验，请大家根据刚才的设计来列举实验器材。
学生活动：学生之间讨论教师所提问题，然后举手回答。
教师活动：理答。
按：在学生列举实验器材时，若学生列举的器材不全面，教师可设问没有此器材所带来的问题如何解决。
设计思路：使学生练习通过实验设计或实验原理来列举实验器材的习惯，而不是靠记忆。
四、进行实验
师生活动：让学生结合前面使用打点计时器的情况，回顾一下实验的注意事项。
教师活动：讲解实验操作。
(1)装置器材，把小车停在靠近打点计时器的位置。
(2)启动计时器，然后放开小车，让它拖着纸带运动。
(3)等小车运动至轨道的另一端，立即关闭电源。
(4)增减所挂的钩码(或在小车上放置重物)，更换纸带，再做两次实验。
教师活动：强调注意事项。
(1)确保电源正确。
(2)先接通电源，再施放小车。
(3)打点完毕立即关闭电源。
师生学生：学生开始进行实验，教师巡视并作必要指导。
五、处理数据
学生活动：根据纸带上的点迹，计算纸带上打相应点时的瞬时速度。
(1)舍弃纸带开头一些过于密集的点。
(2)可选择一定间隔(如0.1 s)的数据点进行测量，并求出打这些点时的瞬时速度。
(3)对于增减钩码后的两条纸带，重复上面的步骤。
学生活动：以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系。根据所数据处理所得数据在坐标系中描点作出v-t图像。
教师活动：选取部分同学的v-t图像投影展示。
教师设问：请大家思考这些点分布的规律。
教师口述：我们看到，对于每次实验，描出的几个点都大致落在一条直线上。因此，可以判断小车的运动为匀变速直线运动。
教师活动：讲解用直线拟合数据点的方法。
(1)尽可能多得让数据点落在这条直线上。
(2)舍弃个别的离要作的这条直线较远的点。
(3)若不能让所有的点都落在要作的这条直线上，则这些点平均分布在这条直线的两侧。
(4)所得直线的斜率即为小车的加速度。
教师活动：演示用计算机绘制速度-时间图像。
六、逐差法求加速度
教师活动：讲解逐差法求加速度。
做匀变速直线运动的物体，在任意两个连续相等的时间间隔T内的位移之差是一个常量，即
Δx＝x2－x1＝ x3－x2 =···= xn－xn-1= aT 2
如图所示，我们可用上述公式来求纸带的加速度。纸带中有6个相邻的时间间隔，若用上述公式来求加速度的话，只使用其中的两组数据。这样偶然误差比较大。
因此可以考虑用求平均值的方法来减小偶然误差，于是有


联立以上两式得

这样只用到首尾两个时间段的数据，中间4个时间段的数据消去了，没有起到减小偶然误差的作用。
可以考虑这么一种方法。将6个时间段分成3组，X1、X4一组， X2、X5一组， X3、X6一组。分别根据每一组的数据求加速度。于是有


这样就将每个时间段的数据都用上了。这种方法称为逐差法。
在用逐差法求纸带的加速度时，从整体上看，逐差法的实质是将时间间隔分为时间相等的两大段来处理

如果纸带的时间间隔为奇数个，则可舍弃第一段而留下其他连续的部分。
教师设问：请同学们依据刚才实验所得纸带用逐差法求小车运动的加速度。
学生活动：动手用逐差法求小车运动的加速度。
典题剖析
例1 在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，某同学的实验操作步骤如下，试找出其中的错误和遗漏的步骤(遗漏步骤可编上序号G)。
A.拉住纸带，将小车移到靠近打点计时器的一端后，放开纸带，再接通电源
B.将打点计时器固定在长木板无滑轮一端，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，再断开电源
E.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔
F.从所打的纸带中选取理想的纸带进行测量分析
错误和遗漏：
(1)_________________________________________________________________
(2)_________________________________________________________________
(3)G：_______________________________________________________________
正确的步骤顺序为：____________________________
答案：(1)A中应先接通电源，再放开纸带
(2)D中应先断开电源，再取下纸带
(3)换上新纸带，重复实验两次
BECADGF
例2 在用电火花计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，图甲是一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点间还有四个点未画出.(电源频率为50 Hz)
(1)根据运动学有关公式可求得vB＝1.38 m/s，vC＝________ m/s，vD＝3.90 m/s(保留三位有效数字)。
(2)利用求得的数值在图乙所示坐标纸上作出小车的v－t图象(从打A点时开始计时).利用纸带上的数据求出小车运动的加速度a＝________ m/s2(保留三位有效数字)。
(3)将图线延长与纵轴相交，交点的纵坐标是0.12 m/s，此交点的物理意义是：___________________________________________。
答案：(1)2.64
(2)12.6
(3)此交点表示A点开始计时时，小车的速度为0.12 m/s。
课堂小结
(1)实验目的
求匀变速直线运动的加速度。
(2)实验原理
用平均速度代替瞬时速度。
(3)实验设计
用打点计时器测物体运动的瞬时速度。由纸带点迹间距确定位移，由纸带点迹间隔数确定时间。
绘制速度-时间图像，分析规律。
(4)实验步骤
装置器材，连接电源
启动计时器，拉动纸带
打点结束后，立即关闭电源
更换纸带重新打点
整理器材
(5)数据处理
求瞬时速度
求加速度
逐差法
线性拟合