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1、2022年人教版高中物理必修1 第2章第1節(jié)實驗:探究小車速度隨時間變化的規(guī)律 (教案)
物理核心素養(yǎng)主要由“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個方面構(gòu)成。
教學(xué)目標(biāo):
(一)物理觀念
1.鞏固打點計時器的使用,紙袋數(shù)據(jù)處理和求各點瞬時速度的方法。
2.會用v-t圖象處理數(shù)據(jù),通過觀察圖像,得出規(guī)律。
3.知道小車在重物牽引下運動速度隨時間變化的規(guī)律。
(二)科學(xué)思維、科學(xué)探究
1.初步學(xué)習(xí)根據(jù)實驗要求,設(shè)計實驗,探究某種規(guī)律的研究方法。
2.經(jīng)歷實驗過程,及時發(fā)現(xiàn)問題并做好調(diào)整。
3.初步學(xué)會根據(jù)實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)規(guī)律的探究方法。
(三)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任
2、1.通過實驗研究,體會如何從實驗中獲取數(shù)據(jù),學(xué)會利用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)的科學(xué)方法。
2.通過探究實驗,培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度,能使學(xué)生靈活地運用科學(xué)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(xué)生合作探究能力。
4.通過經(jīng)歷實驗探索過程,體驗運動規(guī)律探索的方法,感受實驗對物理發(fā)展的推動作用。體會實驗在發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律中的作用。
教學(xué)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(xué)難點:
1. 各點瞬時速度的計算。
2. 對實驗數(shù)據(jù)的處理。
教學(xué)過程:
一、引入新課
【教師提出問題】探究目的:
探
3、究小車在重物牽引下的運動,研究小車速度隨時間的變化規(guī)律。
【讓學(xué)生猜想】小車的速度隨時間變化有幾種可能:
變化先快后慢;先慢后快;均勻變化等??山Y(jié)合速度圖象描述猜想。
【讓學(xué)生進行實驗設(shè)計】提示如何測量出不同時刻的物體運動速度;最后確定打點計時器測速度。
二、新課教學(xué)
★實驗?zāi)康?
(1)進一步練習(xí)使用打點計時器.
(2)會利用平均速度求瞬時速度.
(3)會利用v-t圖象處理實驗數(shù)據(jù),并據(jù)此判斷物體的運動性質(zhì).
(4)能根據(jù)實驗數(shù)據(jù)求加速度.
★實驗原理
1.瞬時速度的計算:各計數(shù)點的瞬時速度可用以該點為中間時刻的一段時間內(nèi)的平均速度來代替:vn=
2.根據(jù)v-t圖象判斷
4、運動性質(zhì):用描點法可作出小車的v-t圖象,根據(jù)圖象的形狀可判斷小車的運動性質(zhì)。
3.加速度的計算:利用v-t圖象的斜率求出小車的加速度。
★實驗器材
打點計時器、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、復(fù)寫紙片、細繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、交流電源。
★實驗步驟
1.如圖所示,把附有滑輪的長木板放在實驗桌上,并使滑輪伸出桌面,把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端,連接好電路。
2.把一條細繩拴在小車上,使細繩跨過滑輪,下邊掛上鉤碼,把紙帶穿過打點計時器,并把紙帶的一端固定在小車的后面。
3.把小車停在靠近打點計時器處,接通電源后,釋放小車,讓小車拖著紙帶運動,打點計時器就在紙帶上
5、打下一列小點。
4.換上新的紙帶,重復(fù)實驗兩次。
5.增減所掛鉤碼,按以上步驟再做兩次實驗。
★數(shù)據(jù)處理
1.紙帶的選取
從三條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶,舍掉開頭一些過于密集的點,在后面便于測量的地方找一個開始點來確定計數(shù)點.
說明:為了計算方便和減小誤差,通常用連續(xù)打5個點的時間作為時間間隔,即T=0.1 s.
2.采集數(shù)據(jù)的方法
如圖所示,一般不是直接測量相鄰兩個計數(shù)點間的距離,而是先測量出各個計數(shù)點到計時零點的距離x1、x2、x3、x4、x5,再計算出相鄰的兩個計數(shù)點的距離.
Δx1=x1,Δx2=x2-x1,Δx3=x3-x2,Δx4=x4-x3,Δx5=x5-x
6、4.
3.速度的計算方法
各計數(shù)點對應(yīng)的瞬時速度用平均速度來代替,即
v1=,v2=,…(T為相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔)
4.設(shè)計表格并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)
將各計數(shù)點對應(yīng)的時刻及瞬時速度填入下表中,并據(jù)此分析速度隨時間的變化關(guān)系.
5.作出小車運動的v-t圖象
(1)在坐標(biāo)紙上建立直角坐標(biāo)系,橫軸表示時間,縱軸表示速度,并根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點.
(2)畫一條直線,讓這條直線通過盡可能多的點,不在直線上的點均勻分布在直線的兩側(cè),偏差比較大的點忽略不計,如圖所示.
(3)觀察所得到的直線,分析物體的速度隨時間的變化規(guī)律.
6.實驗中計算加速度的兩種方法
(1
7、)公式法:利用已測得的兩組數(shù)據(jù)(tn,vn)和(tm,vm)代入公式a==求解.
(2)圖象法:在v-t圖象上任意取兩個間隔較遠的點(這兩個點不是我們表格中已測得的點),找出它們的坐標(biāo)值,然后把它們的坐標(biāo)值代入公式a==中求出加速度,即用圖線的斜率求加速度.
★誤差分析
1.木板的粗糙程度不同,摩擦不均勻.
2.根據(jù)紙帶測量的位移有誤差,從而計算出的瞬時速度有誤差.
3.作v-t圖象時單位選擇不合適或人為作圖不準(zhǔn)確帶來誤差.
★實驗注意事項
1.開始釋放小車時,應(yīng)使小車靠近打點計時器。
2.先接通電源,計時器工作后,再放開小車,當(dāng)小車停止運動時及時斷開電源。
3.要防止鉤碼落
8、地和小車跟滑輪相撞,當(dāng)小車到達滑輪前及時用手按住它。
4.牽引小車的鉤碼個數(shù)要適當(dāng),以免加速度過大而使紙帶上的點太少,或者加速度太小,而使各段位移無多大差別,從而使誤差增大,加速度的大小以能在50cm長的紙帶上清楚地取得六、七個計數(shù)點為宜。
5.要區(qū)別計時器打出的點與人為選取的計數(shù)點,一般在紙帶上每隔四個點取一個計數(shù)點,即時間間隔為T=0.02×5s=0.1s。
6.不要分段測量各段位移,應(yīng)盡可能地一次測量完畢(可先統(tǒng)一量出各計數(shù)點到計數(shù)起點O之間的距離)。讀數(shù)時應(yīng)估讀到毫米的下一位。
7.描點時最好用坐標(biāo)紙,在縱、橫軸上選取合適的單位,用細鉛筆認真描點。
三、鞏固練習(xí)
1.關(guān)于用
9、打點計時器研究小車在重物牽引下運動的實驗操作,下列說法中正確的是( ?。?
A.長木板不能側(cè)向傾斜,也不能一端高一端低
B.在釋放小車前,小車應(yīng)緊靠在打點計時器處
C.應(yīng)先接通電源,待打點計時器打點穩(wěn)定后再釋放小車
D.要在小車到達定滑輪前使小車停止運動,再斷開電源
2.在用打點計時器研究小車在重物牽引下運動的實驗中,某同學(xué)有如下操作步驟,其中錯誤的步驟是 ,遺漏的步驟是 。
A.拉住紙帶,將小車移至靠近打點計時器處,松開紙帶后再接通電源
B.將打點計時器固定在平板上,并接好電路
C.把一條細繩拴在小車上,細繩跨過定滑輪下面懸掛適當(dāng)?shù)你^碼
D.取下紙帶
E.放手,使小車在平板上做加速運動
F.將紙帶固定在小車尾部,并穿過打點計時器的限位孔
將以上步驟完善后按合理序號排列 。
3.在“探究小車速度隨時間變化規(guī)律”的實驗中,打點計時器使用的交流電的頻率為50 Hz,記錄小車運動的紙帶如圖2-1-5所示,在紙帶上選擇0、1、2、3、4、5這6個計數(shù)點,相鄰兩計數(shù)點之間還有四個點未畫出,紙帶旁并排放著帶有最小分度為毫米的刻度尺,零點跟“0”計數(shù)點對齊,由圖可以讀出三個計數(shù)點1、3、5跟0點的距離填入下表中。
四、布置作業(yè)