高中物理人教版 (新课标)必修11 实验：探究小车速度随时间变化的规律教案
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教材内容：实验《探究小车速度随时间变化的规律》 人教版新教材 高一年级 物理 必修1 第二章第一节
教材分析：本节内容为探究实验，目的是让学生通过研究小车在重物牵引下运动的速度随时间变化的规律，经历科学探究的活动，学会实验数据的处理方法。这节课的任务是测量小车的速度，做出小车运动的v—t图象，初步分析小车速度的变化规律。要学生体验从实验研究中获取数据、做出图象、分析图象、寻找规律的科学思维方法。使学生认识图象在研究物理问题中的作用；与数学公式相比，图象更显得直观、形象、生动，从而使学生感受到图象的直观的美。
教学目标
1、巩固打点计时器的使用、纸带数据处理和测量瞬时速度的方法。
2、通过实验探究，体验如何从实验研究中获取数据，学会利用图象处理实验数据的科学方法。
3、知道小车在重物牵引下运动速度随时间变化的规律。
教学设想
1、培养学生自主学习的能力，把教学重心由老师的“教”转移到学生的“学”。
2、根据学生自学能力水平，编制“预习学案”。学生借助“预习学案”先开展自主学习，初步掌握基础知识、概念、理清知识线索，并尝试用掌握的知识解答“预习学案”中的问题，进行自学能力训练。学生能自主完成的内容，就可以先学习掌握；剩余部分在课堂教学讨论中自行体会解决。
3、根据学生研究问题能力水平，编制“课堂学案”，它以本课的教学目标为主线，以学生自学为基础，针对学生思维薄弱环节，引导学生探索更深层次的问题。学生根据“课堂学案”的引领，通过独立思考和与同学交流讨论，发现和解决在自学中发现不了的问题。在课堂上，教师只对部分疑难问题进行解答指导，起组织者和指导者的作用。
4、在设计实验步骤环节上，设计“思考—尝试---再思考---再尝试”的自主学习模式，让学生注意实验设计的细节问题。
教学难点
1、各点瞬时速度的计算。
2、对实验数据的处理、规律的探究。
教学方法
学案法、启发引导法，学生自主实验，讨论交流
教学地点：实验室
教学时间：两课时
一、课前教学活动:
教师活动 | 学生活动 |
早一天布置学生预习并提供“预习学案” | 预习,在预习的基础上完成学案 |
当天课前教师检查学生“预习学案”的完成情况,找出学生中存在的问题 | 教师批改，学生订正错误，自己体会 |
二、教学过程：
教师活动 | 学生活动 |
实验步骤： 一开始上课，先分发“课堂学案1”。 |
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让学生自己根据预习所得的实验步骤操作，先体验该实验的操作方法。 | 学生操作，获得一条打上点的纸带，初步体验到实验成功的喜悦。 |
关掉电源，发出指令，让学生暂时停止实验。
| 暂停实验。 |
然后再发出指令，请同学们浏览“课堂学案1”，并且思考跟每个实验步骤相对应的问题，前后四人小组可以讨论，讨论后，请各小组派代表按题号秩序回答问题。 | 浏览、思考、讨论。因为已有实际操作经验，所以同学们的讨论非常热烈。 |
在学生回答问题的过程中，老师及时给予表扬获纠正学生发生的错误。 | 学生回答问题。 |
发出指令，根据刚才对实验步骤的讨论结果，及时调整自己操作中不当的地方，增减所挂的钩码个数，再做3次实验，选择1条比较理想的纸带。 | 学生认真操作，比起上一次操作来，好象胸有成竹。 |
教师巡视教师，及时纠正学生中的错误操作。 |
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数据记录与处理： 1、表格法：现在同学们对数据进行记录。根据实验步骤中的方法取6-7个测量点，读数时注意刻度尺读数时要估读一位，把记录数据填在学案3表格中。四人小组可以讨论。 | 动手在纸带上取测量点，然后用刻度尺测量，读数，跟同组同学讨论并记录。 |
让学生读数，并把结果写在黑板上，和全班同学一起讨论对或错，并纠正，着重强调估读位。 | 全班就同学代表的读数结果展开讨论，并形成一致的意见。 |
根据“第n个测量点的瞬时速度可以认为是第(n+1)个测量点和第(n-1)个测量点之间的平均速度”这个原理来计算出各个测量点的瞬时速度。结果取三位有效数字，最后单位统一为m/s。把计算结果填在学案3表格中。四人小组可以讨论。 | 学生计算，讨论，并记录结果。 |
让学生读数，并把结果写在黑板上，和全班同学一起讨论对或错，并纠正，着重强调第(n+1)个测量点和第(n-1)个测量点之间位移的求法、单位的统一以及有效数字的取法。 | 全班就同学代表的读数结果展开讨论，并形成一致的意见。 |
2、图象法：根据“课堂学案2”表格中各测量点的速度，在“课堂学案2”提供的坐标纸中做出表示小车速度与时间的关系曲线，取打下0测量点的时刻为0时刻。（要求：标明坐标及其单位、单位大小要取得合适，使作图和读数方便，并尽量充分利用坐标纸） 四人小组可以讨论，先用铅笔描点，确定后再用钢笔或圆珠笔覆盖铅笔的痕迹。 | 学生动手在坐标纸上描点，按照老师要求先用铅笔，坐标及其单位、单位大小取得尽量合适，使作图和读数方便，并尽量充分利用坐标纸。四人小组展开讨论，比较各自的描点结果。并讨论用一条光滑的曲线来拟合这些点，将会是一条什么曲线？
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取一位同学的描点结果在投影仪上展示，请同学们给予评论。 |
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根据描出的点群分布规律考虑用什么图线拟合这些点，画出小车运动的V-t图，画在“课堂学案2”的坐标纸上。（要求：使尽可能多的点落在图线上，不落在图线上的点在图线两近旁分布大致对称。）想一想，这是为什么？四人小组可以讨论。 | 学生尝试着画V-t图象，并讨论回答：这样画出来的图线实际上已经对数据做了平均处理。 |
取两位同学的描点结果在投影仪上展示，，一种是光滑曲线、一种是光滑直线，另一种是不光滑的曲线。请同学们给予评论。 | 经评析，最后确定是光滑的直线。 |
图象的应用： 例、根据图象求出纸带上的0、7这两个点所对应的小车的瞬时速度v0= 和v7= 例、速度—时间图象可以得出小车做什么运动吗？你能根据这个速度—时间图象求出小车的加速度吗？若能，则小车的加速度为多大？ | 学生思考，四人小组展开讨论，并回答。 |
教师对学生的方法给予纠正，并加以引导。 |
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预习学案：
1、在下列所给器材中，本实验所需的器材有 ；为达到实验目的，还应增添 。
①电磁打点计时器②天平③低压直流电源④细绳⑤纸带⑥小车⑦钩码⑧秒表⑨一端有滑轮的长木板
2、在探究小车速度随时间变化规律的实验中，按照实验进行的先后顺序，将下列步骤的代码填在横线上
A．把打点计时器固定在木板没有滑轮的一端，并连接好电路
B．把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面
C．换上新的纸带再重做两次
D．把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面
E．使小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车运动
F．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着合适的钩码
G．断开电源，取下纸带
3、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
4、在研究匀变速直线运动的实验中，某同学操作以下实验步骤，其中错误获遗漏的步骤有（遗漏步骤可编上序号G、H……）
A. 把打点计时器固定在平板上，并接好电路
B.拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处放开纸带，再接通电源
C. 把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着适当重的钩码
D.取下纸带
E．将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做匀速运动
F．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔
将以上步骤完善后写出正确的步骤顺序。
课堂学案1：实验步骤
实验步骤 | 问题或注意点 |
1、 按图所示，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。
| 为什么计时器要固定在长木板上没有滑轮地 一端？ |
2、 把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过定滑轮，下边挂上合适的 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。
| 为什么计时器限位孔要与长木板中心轴位置对齐，使纸带、小车、拉线和 定滑轮在 一条直线上？ |
3、 把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就会在 纸带上打下一列点。取下纸带后，将所用钩码质量标注在纸带上，并给纸带编号。换上新纸带，改变钩码质量，重复实验2次。
| 1.为什么实验开始小车要停在靠近打点计时器处？
2.为什么要先接通电源，再放开小车？
3.钩码的个数是不是随意的？
4.打好纸带后，应立即关掉电源。 |
4、 从3条纸带中选择1条比较理想的纸带。为了便于测量，舍掉开头一些过于密集的小点，在后面便于测量的地方，找一个适当的小点当作起始点。
| 为什么舍掉开头密集的小点，影响这个实验结果吗？ |
5、 为了测量方便，我们选择每隔5个时间间隔（即每打5次点）的时间T，这一时间间隔为0.1S。在选好的起始点下面标上0，在第6点下面（或上面）标上1，在第11点下面标上2，在第16点下面标上3……以此类推，点0、1、2、3、4……叫测量点，两个相邻测量点间的位移分别是△X1、△X2、△X3……
| 计时点和测量点有什么区别？
按照这里测量点的取法，每两个测量点之间的时间间隔为多少？
测量两个相邻测量点之间的位移最好不要移动尺子，用长刻度尺对齐各测量点，读出各测量点到起始点0的位移，然后算出相邻测量点间的位移。为什么这么做？ |
6、 根据纸带的长度和测量点的多少选择若干个测量点，一般取7个测量点为宜，并测出6段位移：△X1、△X2、△X3、△X4、△X5、△X6、。把测量结果填入表中。
| 1.为什么7个测量点间只有6段位移？ 2.这个实验需要测量什么物理量？ |
7、 利用实验原理中提示的方法，计算出各测量点的瞬时速度，把计算结果记录在学案3中。 | 由于△t很小，我们认为△X/△t就是瞬时速度。在实验中，并不是△t越小越好，想一想，为什么？ |
课堂学案2：数据记录与处理：
1、表格法：
表格1
测量点编号 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
各测量点到O点位移X/m |
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各测量点瞬时速度V/ms-1 |
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2、图象法：
根据1中各测量点的速度，在坐标纸中做出表示小车速度与时间的关系曲线，取打下0测量点的时刻为0时刻。这是一条什么曲线？（要求：标明坐标及其单位、单位大小要取得合适，使作图和读数方便，并尽量充分利用坐标纸）
3、根据图象求出纸带上的0、7这两个点所对应的小车的瞬时速度v0= 和
v7=
4、根据速度—时间图象可以得出小车做什么运动吗？你能根据这个速度—时间图象求出小车的加速度吗？若能，则小车的加速度为多大？
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