高中物理人教版必修1學案 實驗：探究小車速度隨時間的變化規(guī)律5

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111 課時:1課時 時間 : 2008年9月29日 主備人： 賈學永 審閱人: 李德寶 課 題 2.1實驗：探究小車速度隨時間的變化規(guī)律學案 課 型 實驗課 教學目標 知識與技能 1．根據(jù)相關實驗器材，設計實驗并熟練操作． 2．會運用已學知識處理紙帶，求各點瞬時速度． 3．會用表格法處理數(shù)據(jù)，并合理猜想． 4．巧用v—t圖象處理數(shù)據(jù)，觀察規(guī)律． 5．掌握畫圖象的一般方法，并能用簡潔語言進行闡述． 過程與方法 1．初步學習根據(jù)實驗要求設計實驗，完成某種規(guī)律的探究方法． 2．對打出的紙帶，會用近似的方法得出各點的瞬時速度． 3．初步學會根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進行猜測、探究、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的探究方法． 4．認識數(shù)學化繁為簡的工具作用，直觀地運用物理圖象展現(xiàn)規(guī)律，驗證規(guī)律． 5．通過實驗探究過程，進一步熟練打點計時器的應用，體驗瞬時速度的求解方法． 情感態(tài)度與價值觀 1．通過對小車運動的設計，培養(yǎng)學生積極主動思考問題的習慣，并鍛煉其思考的全面性、準確性與邏輯性． 2．通過對紙帶的處理、實驗數(shù)據(jù)的圖象展現(xiàn)，培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度，能使學生靈活地運用科學方法來研究問題、解決問題、提高創(chuàng)新意識． 3．在對實驗數(shù)據(jù)的猜測過程中，提高學生合作探究能力． 4．在對現(xiàn)象規(guī)律的語言闡述中，提高了學生的語言表達能力，還體現(xiàn)了各學科之間的系，可引申到各事物間的關聯(lián)性，使自己融入社會． 5．通過經(jīng)歷實驗探索過程，體驗運動規(guī)律探索的方法． 教學重、難點 教學重點： 1．圖象法研究速度隨時間變化的規(guī)律． 2．對運動的速度隨時間變化規(guī)律的探究 教學難點： 1．各點瞬時速度的計算． 2．對實驗數(shù)據(jù)的處理、規(guī)律的探究 教學方法 探究實驗、講授、討論、練習 教具準備 學生電源、導線、打點計時器、小車、4個25 g的鉤碼、一端帶有滑輪的長木板、帶小鉤的細線、紙帶、刻度尺、坐標紙等。 教 學 活 動 [新課導入] (課件展示)下列語言表述中提及的運動情景． 師：物體的運動通常是比較復雜的． 放眼所見，物體的運動規(guī)律各不相同．在生活中，人們跳遠助跑、水中嬉戲、駕車行駛、高山滑雪；在自然界里，雨點下落、鴿子飛翔、獵豹捕食、蝸牛爬行、螞蟻搬家……這些運動中都有速度的變化． 物體的速度變化存在規(guī)律嗎?怎樣探索復雜運動蘊含的規(guī)律呢? 要想探究一個物體隨時間變化的規(guī)律，必須知道物體在一系列不同時刻的速度．直接測量瞬時速度是比較困難的，我們可以借助打點計時器先記錄物體在不同時刻的位置，再通過對紙帶的分析、計算得到各個時刻的瞬時速度． [新課教學] 一、進行實驗 [討論與交流] 進行實驗前，讓學生先回顧上一章是怎樣使用打點計時器的，討論后回答．—— 讓學生自己設計好實驗，井口頭闡述相關實驗器材及步驟． 教師及時評價學生的討論結果，適時指出不當之處，肯定學生的創(chuàng)新和正確的地方． 實驗過程參考提示： 1．把一端附有滑輪的長木板平放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上遠離滑輪的一端，連接好電路． 2．把一條細繩拴在小車上，使細繩跨過滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，啟動電源，然后放開小車，讓小車拖著紙帶運動，打完一條后立即關閉電源． 3．換上新紙帶，重復操作三次． 引導學生熟練地擺好器材，進行合理、準確的操作，得到一條點跡清晰的紙帶．學生進行實驗，老師巡回指導，引導學生“三思而后行”，注意實驗邏輯性、合理性及其相關注意事項，而且確保準確，并巡視全場，對出現(xiàn)的問題予以及時糾正．幫助實力較弱的小組實現(xiàn)實驗． 學生進行實驗操作，注意把實驗過程和已學過的“練習使用打點計時器”相對比，及時提出問題． 二、處理數(shù)據(jù) 師：我們通過打點計時器得到了若干條紙帶，采集了第一手資料，面對打出的紙帶如何研究小車的運動呢?接下來我們采集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)． 學生討論怎樣選擇紙帶，如何測量數(shù)據(jù)，如何設計表格，填寫數(shù)據(jù)． 我們可以選一個清晰的點作為計時的起點．還可以選擇計數(shù)點，建議你們在測量前每五個點選一個計數(shù)點． 測量時，建議在選好計時起點后，測量以后的各個計數(shù)點與這個計時起點的距離．大家想想，這樣做，有什么好處? 生：如果我們是每兩個計數(shù)點間就測量一個數(shù)據(jù)．這樣做是每次都要挪動刻度尺，測出每兩個點間的距離，誤差較大。而按照劃線句子那樣做能減少測量誤差． 學生測量數(shù)據(jù)，記錄結果． 教師引導學生學會計算各點瞬時速度的方法和表格處理方法． 師：大家想想怎樣計算計數(shù)點的瞬時速度．—————————————— 教師課件投影參考提示：投影展示的內(nèi)容(接上次投影中的三條) 參考提示： 4．選擇所打紙帶中最清晰的一條，舍掉開頭一些過于密集的點，找一個適當?shù)狞c當作計時起點． 5．選擇相隔o.1 s，即中間空四個點的時間間隔的若干計數(shù)點進行測量，把數(shù)據(jù)填入表格． 6．計算各點的瞬時速度，填人自己設計的表格中，可參考課本第34頁表格． 三.作出速度一時間圖象 師：有了原始數(shù)據(jù)，確定運動規(guī)律的最好辦法是作速度一時間圖象，這樣具體的運動規(guī)律才能更直觀地顯現(xiàn)出來． 以時間t為橫軸、速度v為縱軸，建立坐標系，把剛才所填表格中的各點在速度一時間坐標系中描出， 師：要注意選擇合適的標度喲!否則，作后看看你的圖與別人的有什么不同? (要使圖象盡量分布在坐標平面的大部分面積) 師：請同學們注意觀察和思考你所描畫的這些點的分布規(guī)律． 生：我看描出的這些點都大致落在一條直線上。 師：我們是用折線連呢，還是怎樣連? 生：不能用折線連，速度的實際變化應該是比較平滑的，所以，要用一條平滑的曲線來“擬合”這些點，這樣曲線反映的規(guī)律應該與實際情況更接近． 生：我們這兒出現(xiàn)了有一個點明顯偏離絕大部分點所在的直線．那該怎么辦呢? 師：如果一旦出現(xiàn)明顯偏離較大的點，我們可以認為是測量誤差過大、測量中出現(xiàn)偏差所造成的?？梢詫⑦@個點視為無效點。 生：那這個點我們就可以擦去不用了． 師：不是的，這個點我們要仍然保留在坐標紙上，因為我們要尊重實驗事實，這畢竟是我們的第一手資料，是原始數(shù)據(jù)． 教師在與學生交流的過程中體現(xiàn)科學探究要尊重實驗事實的嚴謹科學態(tài)度。 [課堂探究] 展示問題：怎樣根據(jù)所畫的速度一時間圖象求加速度? 師：我們求加速度的方法有兩個，一個是公式法，可以直接用兩組數(shù)據(jù)代入公式；另一個就是我們今天的圖象法． 師：我們可以任意選兩個間隔較遠的點，找出它們的坐標值(注意這兩個點不能是我們表格中已測得的點)，然后再把的它們的坐標值代人到公式a=△v/△t =（v2-v1）/（t2-t1）中，求出加速度，就能更詳細地知道物體的運動情況． 學生根據(jù)教師指導求出小車運動的加速度，用自己的語言描述小車的運動速度隨時間變化的規(guī)律． 生1：小車速度隨時間逐漸增大． 生2：相同時間里，速度增量相同． 生3：速度跟時間成正比． 生4：小車做初速度為零的勻加速直線運動，加速度大小是2.1 m／s2． 師：同學們的描述都是不錯的，有的定性說明，有的定量表述．總之，小車的運動速度隨著時間的變化在均勻地增大，我們可以用圖象法定量求出它的加速度． 點評：這里答案不唯一，應鼓勵學生大膽表達，對正確的地方表揚，不合適的地方應引導、糾正，這樣才能使學生加深印象，培養(yǎng)良好的思維習慣，提高創(chuàng)新意識，開闊思維． [實踐與拓展] 展示問題：汽車沿平直的公路行駛，小明坐在汽車駕駛員旁，注視著速度計，并記下間隔相等的各時刻的速度值，如下表所示． 師：從表中數(shù)據(jù)得到汽車在各段時間內(nèi)的運動特點：在o～15 s內(nèi)，汽車的速度在變化，每5s速度增大______km／h；在15～30 s內(nèi)汽車速度不變，速度大小為_______km／h；在35～45s內(nèi)汽車速度在變化，每5 s速度減小_________km／h． 生：10km／h；50km／h；15km／h． 師：請你根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)，在下邊的坐標系中標出對應的點，并用平滑的線連接各點，你得到了什么圖形? 生：如圖2—l—2所示． 師：如果認為在0～15 s內(nèi)速度的變化是均勻的，你能在圖象中找出汽車在7．5 s時的速度值嗎? 生：能，為35 km／h． [小結] 本節(jié)課我們主要是運用探究式學習的方式用打點計時器來測量小車的速度隨時間變化的規(guī)律．重點是對重物牽引下小車的運動進行探究，在探究過程中，涉及到了實驗的設計、操作以及作圖象的方法、原則，很好地提高了大家各方面的能力，同時又為后面學習這種勻變速運動打下了基礎． [課外訓練] 1．用打點計時器拉動通過計時器的紙帶來分析物體運動速度和加速度的實驗中，可以分析的運動應該是…………………………………………………( ) A．速度恒為正值，加速度亦為正值的運動 B．速度恒為負值，加速度亦為負值的運動 C. 速度由正值變負值，加速度為負值的運動 D．速度由負值變正值，加速度為正值的運動 學 生 活 動 生1：把打點計時器固定好，裝好紙帶．開啟電源，手水平地拉動紙帶，紙帶上就會打出一行小點． 生2：不，老師，他忘了及時關閉電源． 師：對，千萬別忘了及時關閉電源．這樣做的好處是什么?為什么要這樣做? 生3：為了節(jié)省電能，因為國家電力能源緊張． 生4：不，因為打點計時器是按間歇工作設計的，所以長期工作可能會因線圈發(fā)熱而損壞．這樣做是為了保護打點計時器． 師：好，大家根據(jù)以前的經(jīng)驗，閱讀課本第31頁“進行實驗”標題下的兩段文字后分組進行討論實驗方案． 生：測量包含某個所研究的點在內(nèi)的一段時間內(nèi)的位移△x，同時找出對應的時間△t，根據(jù)v=Δx/Δt算出該點附近的平均速度，把它當作計時器打下這個點時的瞬時速度． 生：我們這個小組是選了相鄰三個計數(shù)點間的間隔為研究對象，根據(jù)測量結果算出這兩個o.1s內(nèi)的距離△x，把v=Δx/Δt算出的平均速度近似當作這三個點中的中間點的瞬時速度． 師：大家可以參考按他說的做，這在近似計算來看，還是個很好的方法。 學生算出各個計數(shù)點的瞬時速度，并填人自己設計的表格中． 作 業(yè) [布置作業(yè)] 教材第36頁“問題與練習”． 111