勻變速直線運動的實驗探究【三維目標】知識與技能簡要地知道打點計時器的構造和工作原理，能正確使用打點計時器。會分析打點計時器打出的紙帶，能根據紙帶正確判斷物體的運動情況，并計算平均速度、瞬時速度和加速度。過程與方法經歷勻變速直線運動的實驗探究過程。通過實驗，培養學生的動手能力，分析和處理實驗數據的能力。情感態度與價值觀通過對實驗的設計，培養積極主動思考問題的習慣，并鍛煉思維的全面性、準確性和邏輯性。通過對紙帶的處理過程培養學生獲取信息、處理信息的能力，體會處理問題的方法，領悟如何間接測一些不能直接測量的物理量的方法。培養學生在科學研究中尊重實驗事實的科學態度。通過共同探討和實驗，讓學生感受探究過程的開放性與協作性。【教學重點】1、啟發學生自主探究提出問題，分析問題，解決問題。2、打點計時器的使用。3、如何由紙帶判斷物體的運動狀態并計算物體運動的瞬時速度和加速度。【教學難點】1、利用打點計時器判斷小車是否做勻變速直線運動。2、利用打出的紙帶計算小車的加速度。3、引導學生在猜想的基礎上進行實驗設計，提出可行的實驗方案、完成實驗并得出實驗結果。【教學課時】2課時【教具安排】學生實驗器材打點計時器、電源、紙帶、光滑長木板、小車演示器材多媒體設備、課件。教學過程（一）引入新課教師在前面大家學習了直線運動，直線運動的形式多種多樣，有勻速、變速、勻變速等。我們著重分析了勻變速直線運動的規律，大家能不能舉幾個你生活中見到的勻變速直線運動的例子。在學生舉例的過程中引導學生對所舉的例子進行討論究竟是不是勻變速直線運動預測學生討論后舉出例子和結論的可能是例子汽車（火車、自行車等）在啟動加速（或緊急剎車）時物體在下落時小孩子在滑滑梯時結論上述物體是在作變速直線運動，但是還無法確定它們是否作勻變速直線運動。提出問題并進行初步分析我們要如何判斷一個作變速直線運動（加速或減速）的物體是否在作勻變速直線運動預測學生有代表性的回答可能有以下幾種（教師在學生分析的過程中板書歸納。）要看這個物體在運動過程中的加速度是否恒定不變（也就是在相同的時間內看速度的改變量是否相等）。由可知，我們必須多次測量出物體在不同間段內的初速度、末速度TVA00V以及所用的時間，算出加速度給予比較。初速度和末速度的測量方法我們可采用TV0VT瞬時速度約等于在很短的時間（位移）內的平均速度的方法，利用求出初速度TSV和末速度，因此就需要我們測量出物體在運動過程中較短時間內的位移和通過這段位0VT移所用的時間；由可知，我們如果讓運動的物體的初速度為0，則，即201ATS21ATS，因此只要測量出初速度為0的運動物體的位移和所用的時間后加予比較，看運2TA動物體的位移和所用的時間的平方是否成正比就行（或求出加速度）。根據教材38頁習題9的結論可知，只要比較運動物體在各個連續的相等的時間T內的位移差是否相等即可。說明這個過程著重于進行理論分析，是讓學生進行探究的起點，要讓學生有較充分的時間進行討論和思考；教師在這個過程中要積極引導學生進行反思，在反思中不斷地發現問題、解決問題；對于遇到的問題和困難如何進一步研究下去，這要讓學生自己體會，讓學生從中體驗成功與失敗的快樂。以下著重討論方法引導學生進行研究。（二）新課講授由公式可知只要測出這個各個連續相等的時間T以及相應的位移就21ATSN可以間接測出加速度，從而判斷物體是否在作勻變速直線運動。問題如何測出這個各個連續相等的時間T以及相應的位移教師啟發學生利用課本41頁迷你實驗室，模擬打點計時器。讓兩個學生表演一個學生用手拖動一條紙帶在水平桌面上向前移動，同時讓另一個同學用一枝筆（打包筆、位置固定）每05秒（全班同學一起喊數時）在紙帶上點一個點，在紙帶上面留下了一些點。讓學生討論后明確紙帶運動情況和手是一樣的，每相鄰的兩個點的時間間隔是05秒，間距代表手在05秒內運動的位移，通過分析點的情況，就可以了解拖動紙帶的手的運動情況。教師為了獲得更加均勻（更加短暫）的時間間隔T，我們可以利用一些儀器，如打點計時器（分為電磁打點計時器和火花打點計時器兩種）。說明讓學生在困惑中尋找出路，有利于培養學生克服困難的精神。利用課本41頁迷你實驗室，模擬打點計時器，可以讓學生較為快捷、簡要地理解地打點計時器的原理，有利于減少學生理解上的難度，從而把更多的時間和精力用來進行實驗探究。一、打點計時器及其使用1、中學實驗室的兩種打點計時器（1）電磁打點計時器電磁打點計時器是一種記錄運動物體在一定時間間隔內位移的儀器（本質上它是一種使用交流電源的計時儀器）。它使用交流電源，工作電壓46V，電源頻率是50HZ時，每隔002S打一個點。構造如圖原理。J0203型電磁打點計時器為磁電式結構，其構造如上圖。當線圈通以50HZ的交流電時，線圈產生的交變磁場使振動片（由彈簧鋼制成）磁化，振動片的一端位于永久磁鐵的磁場中。由于振動片的磁極隨著電流方向的改變而不斷變化，在永久磁鐵的磁場作用下，振動片將上下振動，其振動周期與線圈中的電流變化周期一致，即為002S。如下圖所示，振動片的一端裝有打點針，當紙帶（通電以前，把紙帶穿過限位孔，再把套在軸上的復寫紙壓在紙帶的上面）從針尖下通過時。便打上一系列點，相鄰點之間對應的時間為002S。5個間距對應的時間為010S。這樣，如果把紙帶跟運動的物體連在一起，即由物體帶動紙帶一起運動，紙帶上各點間的距離就表示相應時間間隔中物體的位移。使用如果把紙帶跟運動的物體連在一起，即由物體帶動紙帶一起運動，紙帶上各點之間的距離就表示相應時間間隔中物體的位移。測量點的位置，我們就能了解物體的運動情況。（2）電火花打點計時器其原理與電磁打點計時器相同，不過在紙帶上打點的不是振針和復寫紙，而是電火花和墨粉。使用時接通電源、按下脈沖輸出開關時，計時器發出的脈沖電流經放電針、墨粉紙盤軸，產生火花放電，于是在運動的紙帶上就打出一行點跡。當電源頻率是50HZ時，每隔002S打一次點。2、打點計時器的使用實驗器材電磁打點計時器（或電火花計時器）及紙帶、刻度尺、電源、導線等。學生動手練習使用打點計時器，打出幾條紙帶，討論怎樣獲取數據，并用列表格的形式把數據列出。思考怎樣根據紙帶上的點跡計算紙帶的平均速度如果紙帶上的點跡分布不均，那么，點跡密集的地方表示運動的速度較大還是較小注意事項（1）電源電壓要符合要求，電磁打點計時器應使用10V以下的交流電源；電火花計時器要使用220V交流電源。（2）實驗前要檢查打點的穩定性和清晰程度，必要時要進行調節或更換器材。（3）使用打點計時器應先接通電源，待打點計時器穩定后再用手拉紙帶。（4）手拉紙帶時，速度應快一些，以防點跡太密集。（5）斷開電源，取下紙帶二、使用打點計時器研究勻變速運動1、實驗目的1掌握利用打點計時器判斷小車是否做運變速直線運動的方法。2利用SAT2求小車的加速度。2、實驗設計1）接通電源后，打點計時器每隔002S打一個點，當紙帶在小車的帶動下運動時，振針的上下振動就會通過復寫紙在紙帶上留下一行小點（稱為計時點）。相鄰的計時點間的時間間隔為002S，相鄰的兩點間的距離可用刻度尺測量。利用這些時間和我位移的信息就可以對小車的運動進行探究。2）利用逐差法求小車的加速度。3利用中間時刻的瞬時速度等于這段時間的平均速度求小車在某一點的速度。3、實驗過程4、數據處理對打出的紙帶或頻閃照片，常用的處理數據的方法1）利用相鄰的相等的時間間隔內的位移之差等于恒量，即S2S1AT2；如要求平均加速度，要用逐差法，以六組數據為例，2365149TSA2）求某點的瞬時速度常用某段時間的平均速度等于該段時間的中間時刻的瞬時速度的方法，即TSVT2/3）作圖法將求得的各點的速度和對應的時刻描在VT圖象中，通過斜率求得加速度也可剪裁后粘貼在ST圖象中進行處理三、頻閃照相法及其應用的介紹1、頻閃燈每個一定的時間閃光一次，每閃光一次記錄物體的一個影像。拍攝運動的物體可以研究物體的運動特征。2、拍出照片后，按處理紙帶的方法對小球的運動進行探究【小結】本節學習我們了解了兩種打點計時器的構造及其使用方法，并通過實驗研究了勻變速直線運動。這里同學們務必要清楚打點計時器紙帶的選取和測量方法即如何處理紙帶勻變速直線運動的平均速度、瞬時速度及加速度的求法。尤其是逐差法這樣一種數學方法是比較難的，一定要弄清其中的原理。【板書設計】一、打點計時器及其使用1、中學實驗室的兩種打點計時器（1）電磁打點計時器構造原理使用（2）電火花打點計時器2、