2000科学实验3代教学(科学小实验的教学目的)

课 题

§2.1实验：探究小车速度随时间的变化规律

课 型

探究型实验课（2课时）

教 学 目 标

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．

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的瞬时速度．

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．

5．通过实验探究过程，进一步熟练打点计时器的应用，体验瞬时速度的求解方法．

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．

3．在对实验数据的猜测过程中，提高学生合作探究能力．

4．在对现象规律的语言阐述中，提高了学生的语言表达能力，还体现了各学科之间的系，可引申到各事物间的关联性，使自己融入社会．

5．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

教学重点：

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

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

探究实验、讲授、讨论、练习

教学手段

教具准备

学生电源、导线、打点计时器、小车、4个25 g的钩码、一端带有滑轮的长木板、带小钩的细线、纸带、刻度尺、坐标纸、多媒体课件、计算机

教 学 活 动

[新课导入]

今天学习第二章：《匀变速直线运动的研究》。在学习之前，与大家分享德国物理学家、量子力学之父普朗克的一段话：物理定律不能单靠思维来获得，还应致力于观察和实验。在约2000年前，最早研究物理的其实并不是所谓的物理学家，那是什么样的人在研究物理呢？对！是哲学家，就是一些爱奇思妙想的人。目睹过神奇美丽的大自然多姿多彩的现象后，他们不禁心生了这样那样的问题：为什么会打雷下雨？为什么有春天夏天？但当时没有老师可以为他们解答。怎么办呢？这些问题盘踞在心中酝酿、发酵，经过琢磨，他们得出了很多问题的经典解释。如：春秋时代的曾参告诫人们天圆地方——天似穹庐笼盖四野，天是圆的而地呢？是方形的。所以那时人们出门不敢走太远，因为地是方形的，走的很远说不定就会掉下去！现在看起来是不是很滑稽呀；不仅中国有这样的空想家，西方的古希腊也有。如：古希腊的亚里士多德，认为重的物体应该比轻的物体下落的快，这是他经过长期的观察与思考得出的，看似符合实际但其实也有问题。

我们看到上述的哲学家在思考自然规律时基本上都是处于这种状态【思考者图片】对！基本上都是在思考，通过思考得出结论。这些结论在当时看来颇有些众人皆醉我独醒的意味，对社会的发展进步起到了一定积极意义。但是今天，当我们用科学的眼光对其再次审视时，却发现当时很多的金科玉律大多并不正确。为什么会这样呢？就是因为他们没有致力于观察和实验——没有使用科学的研究方法。

好！那么今天我们就要用一种科学的方法——实验来探究小车的速度随时间的变化规律。在此之前，先来了解这个实验的原理。

【课堂教学】

一、进行实验

实验所需器材：学生电源、导线、打点计时器、小车、4个25 g的钩码、一端带有滑轮的长木板、带小钩的细线、纸带、刻度尺、坐标纸、计算机。

这些器材的用途分别是什么呢？大家看课本P.31的图2.1-1。我们把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳绕过滑轮，下面挂上数量适当的钩码，小车就在钩码的牵引下运动。为了研究小车的速度随时间变化的规律，需要把打点计时器固定在长木板上，将纸带穿过打点计时器，连在小车后面。

注意事项（提问形式，每个大组提3个问题）：

把小车停在靠近打点计时器的位置？

目的：让小车有更大的运动空间，打出更多的点。以便广泛、准确地研究规律。（赛跑时赛程选5米好还是10米好？5米才刚起跑看不出实力）

小车运动时要保持纸带与打点计时器平面、木板平行。同时要注意调整滑轮高度，使拉车的线与木板平行。

目的：减小拉力的变化？（纸带不平行会有摩擦力阻碍运动；容易把纸带拉断：拉线不平行引起摩擦阻碍运动。）

在路由器刚刚开始被设计出来的时候，人们只知道拥有路由器就可以让手机，无线上网不消耗流量，但是却并不清楚路由器的其他功能，也不懂的什么是双频路由器。

滚筒洗衣机磨损率低，比较省水，适合洗涤高档衣物。但耗电量大，多数不能中途拿出或加入衣服。

牵引小车的钩码数要适当？以100g为宜。25g的钩码4个。

目的：钩码太多，小车加速度过大使纸带上点过少（西瓜拉钩码一下就过去了，留下点迹太少，不足以探究规律）；

钩码太少，小车加速度太小使一定时间内各段位移无太大差

别，致使误差增大（点太密集，不方便测量）。

实验时应该先开启打点计时器电源再释放小车？

为了：省电？国家的电力资源比较紧张？不是。可以使打点计时器均匀稳定，也为了记录下来小车运动的所有点（否则会造成有效数据的缺失）。

打完一条纸带后，应该先断电源后取纸带？

目的：打点计时器是不能连续工作的仪器，用完后要先断电。

释放小车后，用一只手在定滑轮一端准备接住小车？

为了：防止小车撞击定滑轮或者小车落地（实验室经常满地残骸，为了保护仪器）。

取下纸带后，将所用钩码质量标注在纸带上，并给纸带编号？

目的：便于比较不同速度下小车的运动情况。

测量长度时不要用短刻度尺分别测量相邻两个计数点的长度，最好用长刻度尺对齐各计数点（不要移动尺子）读出各计数点间长度的值。

目的：避免误差的累积（但凡测量都是有误差的。不要小看这些误差，千里之提毁于蚁穴，失之毫厘谬以千里。）

一般在纸带上每5个（隔4个）取一个计数点，即时间间隔T=0.02*5=0.1s长木板不能侧向倾斜，但是一端可以稍微高一些（一定注意度，人说过犹不及，稍微高一些可以平衡摩擦力；垫太高就和西瓜一样）。本实验不需要弹簧测力计，不需要测量拉力的大小。

本实验不需要秒表，要不打点计时器都感觉很尴尬，瞧不起谁呢。

二、处理数据

注意事项：

目的：减少测量误差和便于计算

起点：舍弃纸带开头一些过于密集的点迹，找一个适当的点作为计时起点。选点：选择相隔0.1s的若干计数点进行测量。

选点方式：每5个计时点或者每隔4个计时点选一个计数点。

为了让小车速度有所改变以探究规律？

增减所挂砝码或者在小车上放置重物。

处理数据的步骤：

打出纸带以后，我们就要处理纸带上的数据啦。怎么处理呢？我们知道最常见的数据处理方法是计算列表法。我们将纸带上各点的速度计算出来以后呢，填入课本P.31下面的表格之中。同学们在表格中记数据。但是，当数据间的数学关系比较复杂的时候，计算列表法就不容易找出各物理量之间的内在关系。这时可以采用图像法——做出两物理量关系的v-t图像（描点：将点群在图中表示，用×描点高大上）

三、做出速度-时间图像

以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系。在建系时：坐标轴单位长度选取合适，使图像分布在坐标平面的中央面积上。根据表中的v、t数据，在直角坐标系中描点。请9位同学在黑板上描点。

通过观察，我们可以看到：描出的点基本呈直线的情况，大致能在一条直线上。这时怎么办呢？同学们看书上P.32页有个小黄方框：在科学中，为了描述实验中测量量之间的关系，先将其在坐标系中描点，然后用一条平滑曲线（包括直线）拟合这些点。画图线时要使它两侧的点数大致相同。

这一段话的意思是让实验点尽量落在直线上或分布在直线两侧，使每个有意义的点都发挥作用，取点群的平均位置是为了减少测量的偶然误差，让多的和少的误差正好抵消。

现在请几位同学根据表格中的数据上黑板，把v-t图像中的点群补充完整。

描出这些点后，就要画出v-t图像来。怎么画呢？这里提供3种方式。①把所有点连接起来，形成一条折线，大家看行不行？不行啊，不符合我们的审美观；②有的同学为了好看，想描成一条直线，于是就把点篡改了一下，把本身画不到直线上的点往直线上挪了挪，那么这种方法也是不可取的，因为不尊重版权，作者很不高兴；③我们把各点拟合起来，什么叫拟合呢？这个说道挺多的，大家看书上P.32有个小黄框框。就是要把尽量多的点画在直线上，画不到直线上的点怎么办？把他们均匀地分布在直线的两侧，这样做是为了减小误差。我们不要强行把点画在直线上，毕竟强扭的瓜不甜。落单的点我们把它们画在直线两侧。

我们看到同学们描出来的点的趋势大致呈一条直线。也就是说这个图线的斜率是一定的。那么，在之前我们讲过v-t图像中图线的斜率代表的是物体运动的加速度。这里斜率一定，说明小车运动的加速度是恒定的，也就是说小车在做的是一个匀加速直线运动。（我们眼睛直观看出来v-t图线是一条直线；我们动脑经思考一下，知道直线的斜率是一定的，我们像成功迈出了一小步；那么在v-t图像中斜率一定意味着加速度是一定的，我们向成功迈出看一大步已经很接近成功了；最后我们说加速度一定的运动是什么样的运动呢？对！这章的标题是匀加速直线运动。）

创新方法：探究小车速度随时间变化的规律用转化法从每一个计数点处将纸带剪开分成五段(分别为a、b、c、d、e段)，将这五段纸带由短到长紧靠但不重叠地粘在xOy坐标系中。

这一章呢研究的是变速运动，那么匀变速直线运动就是最简单的变速运动，它将为我们认识其他更复杂的变速运动创造条件。

既然说到最简单了，我们就来多说两句：

其中s代表简单，大s是最简单，小s是次简单。

好，这就是贯穿我们运动学的家谱，一个结构图。

隔四取一法；

五点取样法。

类比

新冠病毒混检

尺规作图：

如果纯手工作图，纯不给分。

作 业

[布置作业]

教材第33页问题与练习1，2，3．

练习册47页自主测评、48页分层演练

板 书 设 计

2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律

进行实验 小车在重物作用下拖动纸带运动，打点计时器在纸带上打点

处理数据 用平均速度代替瞬时速度的方法得到各计数点的瞬时速度

作图象 描点连线作图后，得到的图象是一条倾斜的直线

教

学

后

记