第一节实验探究小车速度随时间变化的规律

2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律★新课标要求（一）知识与技能1、根据相关实验器材，设计实验并熟练操作。2、会运用已学知识处理纸带，求各点瞬时速度。3、会用表格法处理数据，并合理猜想。4、巧用v-t图象处理数据，观察规律。5、掌握画图象的一般方法，并能用简洁语言进行阐述。（二）过程与方法1、初步学习根据实验要求，设计实验，完成某种规律的探究方法。2、对打出的纸带，会用近似的方法得出各点瞬时速度。3、初步学会根据实验数据进行猜测、探究、发现规律的探究方法。4、认识数学化繁为简的工具作用，直观地运用物理图象展现规律，验证规律。（三）情感、态度与价值观1、通过对小车运动的设计，培养学生积极主动思考问题的习惯，并锻炼其思考的全面性、准确性与逻辑性。2、通过对纸带的处理，实验数据的图象展现，培养学生实事求是的科学态度，能使学生灵活地运用科学方法来研究问题，解决问题，提高创新意识。★教学重点对运动的速度随时间变化规律的探究。★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。★教学方法教师启发、引导，学生自主实验，讨论、交流学习成果。★教学过程（一）引入新课我们已经学习了用打点计时器测定物体运动的速度。我们这节课再利用打点计时器探究小车速度随时间变化的规律。（二）进行新课【课堂探究】探究目的：探究小车在重物牵引下的运动，研究小车速度随时间的变化规律。【让学生猜想】小车的速度随时间变化有几种可能：变化先快后慢；先慢后快；均匀变化等。可结合速度图象描述猜想。【让学生进行实验设计】提示如何测量出不同时刻的物体运动速度；最后确定打点计时器测速度。【实验】问题一：打点计时器结构如何？问题二：用打点计时器测小车的速度所需哪些实验器材、实验步骤？步骤：1、附有滑轮的长度板平放在实验桌上，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。2、用一条细绳栓住小车使细绳跨过滑轮，下边挂上适量的钩码，让纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的上面。3、把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一列小点。换上新的纸带，重复实验三次。问题三：本实验特别要注意哪些事项？1、固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置。2、滑轮不能过高。3、钩码数量不能过多，长木板两端高低相差不能太大。4．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。5．先接通电源，计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源6．要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，当小车到达滑轮前及时用手按住它。【处理数据】问题四：怎样分析和选取纸带上的点？1、纸带要选择打出的点清晰的2、舍掉开始过于密集的点3、用每打5个点的时间为时间单位选取计数点即T＝0.02×5s＝0.10s这样既可方便计算，又可减少误差。参考表格一：计数点编号0123456时间t(s)00.10.20.30.40.50.6相邻两计数点间S01S12S23S34S45S56距离s(m)对应计数点速度m/s参考表格二：计数点编号0123456时间t(s)00.10.20.30.40.50.6各计数点到0的距离s(m)相邻计数点的距离S(m)S01S12S23S34S45S56各计数点速度(m/s)v1=v2=v3=v4=v5=4、不要直接去测量两个计数点的距离而是要测量出各个计数点到计时零点的距离。5、速度的计算方法：各计数点的瞬时速度是用计数点内的平均速度来代替：v1=01122ssTv2=12232ssT【画速度—时间图象】问题五：如何处理计算出来的数据？图象法：运用图象来处理物理实验数据，这是一个难点，作图象时要标明横纵坐标轴代表的物理意义，选择合适的标度，以各点瞬时速度为纵轴，时间t为横轴，根据所得数据，描点：观察和思考点的分布规律。从点的分布可以有很大把握地说这些点应该在一条直线上，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。问题六：从图上可以看出小车的速度随时间怎样变化？从函数关系：v=kt+bv与t线性关系。小车的速度随时间均匀增加（变化）小车做匀变速(a不变)的直线运动问题8：如何根据速度—时间图象（v—t图象）求小车的加速度和初速度？①取任意两组数据求出Δv和Δt，然后代入Δv／Δt求解。②在v—t图象上取一段时间Δt（尽量取大一些），找出两个时刻对应的坐标值求出Δv，代入Δv／Δt求解。哪一种方法更好？（画图时让不在直线上的点尽可能等量地分布在直线两侧，就是为了使偏大或偏小的误差尽可能地抵消，所以图象也是减小误差的一种手段，也就是说应该用图象上的点，而不是用实验所得到的数据）【创新拓展】1、某同学用以下方法绘制的小车的v-t图象，先把纸带每隔0.1s剪断，得到若干短纸条，再把这些纸条并排贴在一张纸上，使这些纸条下端对齐，作为时间轴，标出时间，最后将纸条上端中心连起来，于是得到v-t图象。请你按以上办法绘制这个图象。这样做有道理吗？说说你的看法。（剪下的纸条长度表示0.1秒时间内位移大小，可近似认为速度v=0.1x，纸条长度可认为表示速度。）2、某组同学实验过程中将固定打点计时器一端的木板垫高，使木板有一倾斜角度，是否对实验结果有影响？画出的图象有什么不同？（无；图象与时间轴的夹角不同）（三）课堂总结、点评这节课重点是对重物牵引下小车的运动进行探究，在探究过程中，涉及到了实验的设计、操作以及作图象的方法、原则，很好地提高了大家各方面的能力，同时又为后面学习这种匀变速运动打下了基础。（四）实例探究☆关于瞬时速度的图象与加速度的应用［例1］在研究匀变速直线运动的实验中，算出小车经过各计数点瞬时速度如下计数点序号123456计数点对应的时刻（s）0.100.200.300.400.500.60通过计数点的速度（cm／s）44.062.081.0100.0110.0168.0为了计算加速度，合理的方法是（）A．根据任意两计数点的速度用公式tva/算出加速度B．根据实验数据画出v－t图，量出其倾角，由公式a=tg求出加速度C．根据实验数据画出v－t图，由图线上相距较远的两点所对应的速度、时间，用公式tva/算出加速度D．依次算出通过连续两计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度分析：方法A偶然误差较大。方法D实际上也仅由始末两个速度决定，偶然误差也比较大，只有利用实验数据画出对应的v－t图，才可充分利用各次测量数据，减少偶然误差。由于在物理图象中，两坐标轴的分度大小往往是不相等的，根据同一组数据，可以画出倾角不同的许多图线，方法B是错误的。正确的方法是根据图线找出不同时刻所对应的速度值，然后利用公式tva/算出加速度，即方法C。答案C☆关于实验的步骤［例2］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，其中错误或遗漏的步骤有（遗漏步骤可编上序号G、H……）A．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B．将打点计时器固定在平板上，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合理的步骤顺序。解析：（1）问A中应先通电，再放纸带。（2）D中取下纸带前应先断开电源。（3）补充步骤G：换上新纸带，重复三次。步骤顺序为：BFECADG[练习1]在探究小车速度随时间变化规律的实验中，下列哪些器材是本实验必须的？＿＿＿①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（①④⑤⑥⑦⑨）达到实验目的还需器材是：（低压交流电源刻度尺）[练习2]在实验“探究小车速度随时间变化的规律”中，我们采用的正确方法是：A舍掉开头过于紧密的点，找一个适当的点当作计时起点。B、为了实验精确，选取纸带上第一个点作计时起点C、每相邻计数点的时间间隔只能取0.1s。D、每相邻计数点的时间间隔可视打点密度而定，可取0.02s、0.04s、…n×0.02s均可。(AD)[练习3]图中给出了从0点开始每5个点取一个计数点的纸带。0，1，2，3，4，5，6均为计数点。（每两个计数点间有4个点未画出）。S1=1.40cmS2=1.90cmS3=2.38cmS4=2.88cmS5=3.39cmS6=3.78cm那么①计时器在打出1，2，3等点时小车的速度分别为：v1=cm/s；v2=cm/s；v3=cm/s；v4=cm/s；v5=cm/s②在坐标纸上画出v-t图象③分析小车的速度随时间变化的规律。参考答案：（v1=16.50cm/sv2=21.40cm/sv3=26.30cm/sv4=31.35cm/sv5=36.30cm/s）(小车的速度随时间均匀增加)。★课余作业S1S2S3S4S5S6