2022年人教版高中物理必修1 第2章第1節(jié) 2-1實(shí)驗(yàn) 探究小車速度隨時(shí)間變化的關(guān)系(教案)

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1、2022年人教版高中物理必修1 第2章第1節(jié) 2-1實(shí)驗(yàn) 探究小車速度隨時(shí)間變化的關(guān)系(教案) 【知識與技能】 1、能熟練使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。 2、會(huì)根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)器材,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并完成操作。 3、會(huì)處理紙帶求各點(diǎn)瞬時(shí)速度 。 4、會(huì)設(shè)計(jì)表格并用表格處理數(shù)據(jù)。 5、會(huì)用v-t圖像處理數(shù)據(jù),表示運(yùn)動(dòng)規(guī)律 6、掌握圖象的一般方法,并能用語音描述運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。 【過程與方法】 1、初步學(xué)習(xí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),探究某種規(guī)律的研究方法。 2、經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)過程,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并做好調(diào)整。 3、初步學(xué)會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)規(guī)律的探究方法。。 【情感態(tài)度與價(jià)值觀】 1、體會(huì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路

2、,體會(huì)物理學(xué)的研究方法。 2、培養(yǎng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié) 果作出分析判斷并得出結(jié)論。 【教學(xué)過程】 ★實(shí)驗(yàn)?zāi)康? (1)進(jìn)一步練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器. (2)會(huì)利用平均速度求瞬時(shí)速度. (3)會(huì)利用v-t圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并據(jù)此判斷物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì). (4)能根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求加速度. ★實(shí)驗(yàn)原理 1.瞬時(shí)速度的計(jì)算:各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度可用以該點(diǎn)為中間時(shí)刻的一段時(shí)間內(nèi)的平均速度來代替:vn= 2.根據(jù)v-t圖象判斷運(yùn)動(dòng)性質(zhì):用描點(diǎn)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(yùn)動(dòng)性質(zhì)。 3.加速度的計(jì)算:利用v-t圖象的斜率求出小車的加速度。 ★實(shí)驗(yàn)器材 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、一端附有滑輪的長木

3、板、小車、紙帶、復(fù)寫紙片、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、交流電源。 ★實(shí)驗(yàn)步驟 1.如圖所示,把附有滑輪的長木板放在實(shí)驗(yàn)桌上,并使滑輪伸出桌面,把打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(xì)繩拴在小車上,使細(xì)繩跨過滑輪,下邊掛上鉤碼,把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)計(jì)時(shí)器處,接通電源后,釋放小車,讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一列小點(diǎn)。 4.換上新的紙帶,重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次。 5.增減所掛鉤碼,按以上步驟再做兩次實(shí)驗(yàn)。 ★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

4、集的點(diǎn),在后面便于測量的地方找一個(gè)開始點(diǎn)來確定計(jì)數(shù)點(diǎn). 說明:為了計(jì)算方便和減小誤差,通常用連續(xù)打5個(gè)點(diǎn)的時(shí)間作為時(shí)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(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離,而是先測量出各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到計(jì)時(shí)零點(diǎn)的距離x1、x2、x3、x4、x5,再計(jì)算出相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離. Δx1=x1,Δx2=x2-x1,Δx3=x3-x2,Δx4=x4-x3,Δx5=x5-x4. 3.速度的計(jì)算方法 各計(jì)數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的瞬時(shí)速度用平均速度來代替,即 v1=,v2=,…(T為相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔) 4.設(shè)計(jì)表格并記錄相關(guān)數(shù)據(jù) 將各計(jì)數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)刻

5、及瞬時(shí)速度填入下表中,并據(jù)此分析速度隨時(shí)間的變化關(guān)系. 5.作出小車運(yùn)動(dòng)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(shí)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(diǎn). (2)畫一條直線,讓這條直線通過盡可能多的點(diǎn),不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè),偏差比較大的點(diǎn)忽略不計(jì),如圖所示. (3)觀察所得到的直線,分析物體的速度隨時(shí)間的變化規(guī)律. 6.實(shí)驗(yàn)中計(jì)算加速度的兩種方法 (1)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(gè)間隔較遠(yuǎn)的點(diǎn)(這兩個(gè)點(diǎn)不是我們表格中已測得的點(diǎn)),找出它們的坐標(biāo)

6、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(jì)算出的瞬時(shí)速度有誤差. 3.作v-t圖象時(shí)單位選擇不合適或人為作圖不準(zhǔn)確帶來誤差. ★實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1.開始釋放小車時(shí),應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。 2.先接通電源,計(jì)時(shí)器工作后,再放開小車,當(dāng)小車停止運(yùn)動(dòng)時(shí)及時(shí)斷開電源。 3.要防止鉤碼落地和小車跟滑輪相撞,當(dāng)小車到達(dá)滑輪前及時(shí)用手按住它。 4.牽引小車的鉤碼個(gè)數(shù)要適當(dāng),以免加速度過大而使紙帶上的點(diǎn)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

7、小以能在50cm長的紙帶上清楚地取得六、七個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜。 5.要區(qū)別計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)與人為選取的計(jì)數(shù)點(diǎn),一般在紙帶上每隔四個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),即時(shí)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(jì)數(shù)點(diǎn)到計(jì)數(shù)起點(diǎn)O之間的距離)。讀數(shù)時(shí)應(yīng)估讀到毫米的下一位。 7.描點(diǎn)時(shí)最好用坐標(biāo)紙,在縱、橫軸上選取合適的單位,用細(xì)鉛筆認(rèn)真描點(diǎn)。 特別提醒 處理紙帶六大注意 本實(shí)驗(yàn)很重要的一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菍W(xué)會(huì)用打上點(diǎn)的紙帶研究物體的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律.紙帶上各點(diǎn)表示和紙帶相連的物體在不同時(shí)刻的位置,通過研究紙帶上各點(diǎn)之間的間隔,可以判斷物體的運(yùn)動(dòng)情況.

8、因此,會(huì)處理紙帶是一項(xiàng)基本功,處理紙帶需注意以下幾點(diǎn): 1.區(qū)別打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)與人為選取的計(jì)數(shù)點(diǎn). 2.區(qū)別打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期(即兩個(gè)相鄰實(shí)際點(diǎn)的時(shí)間間隔)與兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔. 3.為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,應(yīng)舍掉開頭比較密集的點(diǎn),從間距較大的點(diǎn)開始進(jìn)行測量. 4.為了方便測量,可以用每打5個(gè)點(diǎn)間隔的時(shí)間作為計(jì)時(shí)單位,這樣,在兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T=5×0.02 s=0.1 s. 5.以能在50 cm長的紙帶上清楚地取到7~8個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜,必須注意,計(jì)數(shù)點(diǎn)不能少于6個(gè). 6.在測量各段位移時(shí),不要逐段測量各段的位移,應(yīng)該用長刻度尺一次測量分段讀數(shù),以避免多次移動(dòng)刻度尺造成累

9、積誤差;還應(yīng)注意,讀數(shù)時(shí)應(yīng)讀到毫米的下一位. 【典型例題】如圖是“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶,從O點(diǎn)開始每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率是50Hz),依照打點(diǎn)的先后依次編為1、2、3、4、5、6,量得1=2.21cm, 2=3.00cm,3=3.81cm,4=4.63cm,5=5.45cm,6=6.28cm。 (1)該打點(diǎn)計(jì)時(shí)器依次打出各計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為T= s (2)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí),小車的速度大小是v 5= m/s。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (3)為了盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差,利用該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出小車的加速度大小為a = m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。 【答案】(1) 0.10 (2) 0.59 (3) 0.82

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