2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律

教 目 标 知识与技能

1．会运用已学知识处理纸带，求各点瞬时速度

2．会用表格法处理数据，并合理猜想

3．巧用v-t图象处理数据，观察规律

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．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

3．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

情感态度与价值观

1．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 学态度，能使学生灵活地运用 学方法来研究问题、解决问题、提高创新意识。

2．在对实验数据的猜测过程中，提高学生合作探究能力。

3．通过经历实验探索过程，体验运动规律探索的方法。 教学重点、难点 重点：

1．图象法研究速度随时间变化的规律。

2．对运动的速度随时间变化规律的探究。

难点：对实验数据的处理规律的探究。 教具准备 学生电源、导线、打点计时器、小车、钩码、一端带有滑轮的长木板、带小钩的细线、纸带、刻度尺、坐标纸、实物投影仪

　　　　　　　　　教 学 活 动

[新课导入]

(可加一多媒体录象，教师就不需要介绍了)在我们的生活中有跳远助跑、驾车、高山滑雪等运动，在自然界中有雨点下落、鸽子飞翔、蜗牛爬行等运动，在这些运动中都有速度的变化，且变化规律不尽相同，我们怎样才能知道速度随时间变化的规律呢？

如何探究一个物体速度随时间变化的规律？如何知道物体在不同时刻的速度？用什么仪器测？

【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）把一端附有滑轮的长木板平放（一高一低可否？）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远离滑轮的一端，连接好电路。（2）把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，先接通电源，然后放开小车，让小车拖着纸带运动，打完一条后立即关闭电源。

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．应考虑复写纸与纸带的位置关系。

　　4．钩码数量不能过多，长木板两端高低相差不能太大。

　　5．小车应由紧靠打点计时器处开始释放，在撞击长木板末端前应让小车停止运动，防止小车从板上掉下来。

　　6．先接通电源，后让纸带运动。

　　7．打点结束后立即关闭电源。

【处理数据】

　　问题四：怎样分析和选取纸带上的点？

　　开头过于密集的点舍掉，纸带的一段；若纸带上点与点之间的距离较小，可取多个间隔（可5）为一个计数间隔时间（间隔不再是0.02s）（但要看具体情况灵活选定）；原则上能取六、七个计数点为宜；给选取的点加标记。

　　问题五：如何计算出所取点的速度？

　　用求平均速度的方法来代替（用计算较准确的平均速度来代替），如何代替？（选择包括该点在内的一段位移（该点最好处在中间时刻位置）Δx，找出对应的时间Δt，用Δx／Δt作为该点的瞬时速度）；对于选取的两个端点的速度暂时不计算（误差较大）；测量各个计数点之间的距离应考虑估位、单位。

　　问题六：如何处理计算出来的数据？

　　1．列表法。（注意列表要求）

　　2．图象法：

　　①根据所得数据，选择合适的标度建立坐标系（让图象尽量分布在坐标系平面的大部分面积）。

　　②描点：观察和思考点的分布规律。

　　③拟合：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。

　　思考：

　　①为什么要用直线拟合？

　　②若某个点明显偏离直线，可能是什么原因及怎样处理？

　　③从图上可以看出小车的速度随时间怎样变化？

　　问题七：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）

　　纸带上零时刻的速度和末速度如何求？（根据图象来求，这样可以减小误差）

【计算机绘制v-t图象】

　　将实验所得数据在电脑的Excel文件中输入表格，利用其"图表向导"拟合v-t图象。

【巩固练习】

1．关于用打点计时器研究小车在重物牵引下运动的实验操作，下列说法中正确的是（　　　　）

A．长木板不能侧向倾斜，也不能一端高一端低

B．在释放小车前，小车应紧靠在打点计时器处

C．应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小车

D．要在小车到达定滑轮前使小车停止运动，再断开电源

2．在用打点计时器研究小车在重物牵引下运动的实验中，某同学有如下操作步骤，其中错误的步骤是　　　　　　　　，遗漏的步骤是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，松开纸带后再接通电源

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悬挂适当的钩码

D．取下纸带

E．放手，使小车在平板上做加速运动

F．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔

将以上步骤完善后按合理序号排列　　　　　　　　　　　。

3．用打点计时器拉动通过计时器的纸带来分析物体运动速度和加速度的实验中，可以分析的运动应该是（　　　　）

A．速度恒为正值，加速度亦为正值的运动

B．速度恒为负值，加速度亦为负值的运动

C．速度由正值变负值，加速度为负值的运动

D．速度由负值变正值，加速度为正值的运动

4．在探究小车速度随时间变化规律的实验中，得到一条记录小车运动情况的纸带，如图所示，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点的时间间隔为T=0.1s。（１）根据纸带上的数据，计算B、C、D各点的速度，填入表中。（２）在坐标纸上作出小车的v-t图象。

位置编号 A B C D E 时间t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 瞬时速度v/(ms-1) 学 生 活 动

思考：时间测量、位移测量工具

阅读教材，回答问题一

阅读教材，思考、小组讨论问题二，小组代表回答问题二

小组讨论问题三，小组代表回答、交流，在教师的引导下完善问题三，按实验步骤和注意事项完成实验

在教师的引导下理解问题四、问题五，并处理数据

小组讨论交流问题六、七，用图象法处理数据