实验探究小车的速度随时间变化的规律学案.pdf

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1、1 / 18 2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律 知识与技能 会运用已学知识处理纸带，求各点瞬时速度 会用表格法处理数据，并合理猜想 巧用v-t 图象处理数据，观察规律 过程与方法 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 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 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 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。b5E2RGbCAP 在对实验数据的猜测过程中，提高学生合作探究能力。 通过经历实验探索过程

2、，体验运动规律探索的方法。 教案重点 图象法研究速度随时间变化的规律。 对运动的速度随时间变化规律的探究。 教案难点 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p1EanqFDPw 课时安排 课时 教案过程 (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？DXDiTa9E3d 如何探究一个物体速度随时间变化的规律

3、？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： A B C D E 7.5 27.6 60.3 105.6 cm 4 / 18 1.经历微元法推导位移公式和公式法推导速度位移关系,培养自己的动手能力. 2.体验成功的快乐和方法的意义,增强科学能力的价值观. 教案重点 1.理解匀变速直线运动的位移与时间的关系及其应用 . 2.理解匀变速直线运动的位移与速度的关系及其应用 . 教案难点 1.速度 时间图象与t轴所夹的面积表示物体在这段时间内的位移. 2.微元法推导位移时间关系式. 3.匀

4、变速直线运动的位移与时间的关系及其灵活运用. 教具准备 坐标纸 铅笔 刻度尺 多媒体课件 课时安排 2 课时 教案过程设计 【新课导入】 师:前面我们已经学过匀速直线运动,知道做匀速直线运动的物体其位移x,速度 v,时间 t 三者 之间存在着关系式.这也是我们计算匀速直线运动位移的方法.现在请同学们动手画出 匀速直线运动的速度时间图象 !6ewMyirQFL 生: 师:请同学们来计算一下初末时刻线与时间轴围成 图形的面积 (矩形 生:正好也是。 师总结 :看来在匀速直线运动中物体通过的位移x 刚好等于初末时刻线和时间轴所围成矩形 的面积 .在日常生活中我们经常会遇到物体做匀变速直线运动的情况,

5、怎样来计算做匀变速直 线运动物体在一段时间内通过的位移呢?它的位移与其速度时间图象是不是存在着类似的 关系呢 ?kavU42VRUs 匀变速直线运动的位移 请同学阅读课本40 页的“思考与讨论” 位置编号012345 时间 t/s00.10.20.30.40.5 速度 v/(m/s0.380.630.881.111.381.62 师:怎样根据表中给出的数据用最简单的方法估算出小车从0-5 时的位移 . 生:在估算的前提下,可以考虑用各个时刻的瞬时速度来代替各小段的平均速度然后用 = v 5 / 18 师:怎样把这种思想反映在速度时间图象上呢 ? 图 师:这种用估算的方法得出的位移比小车实际通过

6、的 位移是偏大还是偏小?请思考怎样做才能减小误差呢? 生:结果偏小 .可以仿照前面定义瞬时速度的思想通过 使时间间隔变小的方法来减小误差,比如把时间从 原来分成 5 份变为分成15 份 .当时间间隔越小时,各点 的瞬时速度就会越接近各小段的平均速度,因此我们 得出的位移就会越接近小车实际通过的位移. 表现在图上如右: 师总结 :当然上面的两次计算都有误差,但是思路是 正确的 .我们用很多细高的小矩形的面积和来代替 小车通过的位移会更加精确!可以想象当把整个运动 过程划分为更多很细高的小矩形求出面积之和就能 更加精确的表示小车的位移了.如果小矩形划分的非常 非常多 ,这样小矩形上方的锯齿形状就看

7、不出来了. 这时小矩形就连成一个梯形.这个梯形的面积就能 表示小车通过的位移了. 注:在此之前梯形的面积是否可以代替小车通过的 位移还只是一个猜想,但矩形的面积可以代替匀速 运动的物体通过的位移已经是事实了.经过这种 微元的思想我们是证明了匀变速直线运动的物体 通过的位移可以用此梯形的面积计算! 师:如何求出图中梯形的面积呢? 图 生: 把各段表示的物理量带入,上式变为 这就是我们通过推导得出的用来计算匀加速直线运动的位移时间公式。 说明 :其实牛顿当初也是用刚才的思想推导出匀变速直线运动的位移公式的.这种思想同学们 也不陌生 ,初中时学习的圆周率也是古代数学家刘徽用类似的方法求出来的.y6v

8、3ALoS89 师:简单介绍刘徽的思想方法. 师生讨论： 师：在公式中我们来讨论一下并说明式中各物理量的意义以及应注意的问 题？式中有哪些量是矢量？ 学生讨论： 师：当物体的运动初速度为零时，上式有何变化？ 学生讨论： C O O O 6 / 18 师：这个式子是在小车做匀加速运动时得出来的，那么它是否适合匀减速运动的情况呢？ 学生讨论： 例题： 1 一个质点在沿竖直方向抛出，得到它的速度时间图象如图： 试求：它在2s内的位移和4s内的位移。 2 一质点沿直线运动，t=0 时位于坐标原点 右图为质点做直线运动的速度时间图象 由图可知： （1）该质点的位移随时间变化的关系式是_ （2）在时刻 t

9、=_s 时质点距坐标原点最近。 （3）从 t=0 到 t=20s 内质点的位移是_通过的路程是 _ 以上为第一节课内容。 第二节课 师：复习回顾上节课的重点内容 师：在小车做匀变速运动的情况下，我们能不能考虑求出小车运动的平均速度进而用 平均速度求出小车在时间t 内的位移呢？提示：可以画出小车做匀变速直线运动的速 度 时 间 图 象 ， 利 用 到 面 积 相 等 ， 采 用 割 补 的 方 法 来 尝 试 求 小 车 的 平 均 速 度 。 M2ub6vSTnP 生：求解过程: (面积相等 解得 同时从图上还可以看出 即等于 0-t 时间内中间时刻的瞬时速度。 师总结：在匀变速直线运动中，

10、一段时间内的平均速度等于这段时间 内的初速度与末速度的之和的一半， 还等于这段时间内中间时刻的瞬时速度。 O 5 例 1 2 4 O 例 2 -5 4 -4 O 7 / 18 例题： 一个质点从静止开始向前做匀加速直线运动。加速度为a。从开始运动每隔时间T 在 同一底片上拍一张照片。 求： 。lzq7IGf02E 教案难点 9 / 18 是演示实验的技巧及规律的得出，介绍伽利略的实验验证及巧妙的推理。 教具 牛顿管、硬币、小纸片、打点记时器、刻度尺、铁架台、纸带、重物等 课时安排 1 课时 教案内容 复习提问 s1s2s3=149sss 135 引入新课 演示：多种小物体的下落。我们都见过雨滴

11、、雪片从天而降，树叶飘落，苹果坠地以 及石子落入水井中，上述物体都是受到重力作用而竖直下落的。zvpgeqJ1hk 落体运动：指出在地面附近的任何物体，脱离支持物后，竖直落向地面的运动叫做落体运 动。 研究落体运动对我们的生产和生活有非常重要的意义。如：我们通过坠落的石子来测 量井口到水面的深度；飞机空投人员和货物时使用降落伞以减小着地速度等都用上了自由 落体运动的相关知识。引入新课NrpoJac3v1 历史回顾及实验 演示：取一枚硬币，一枚与硬币等大的纸片，让它们从同一高度同时下落，观察下落情 况。 结论：“物体越重，下落得越快”。 1亚里士多德(Aristotle 的认识 从公元前4世纪至

12、公元17 世纪，这种观念统治了人们两千多年之久。 2伽利略 (Galileo 的贡献 (1638 年 两个物体mA mB分别由同一高度下落，重的物体比轻的物体下落的快，当把两物体捆 在一起仍从同一高度下落情况会是怎样呢？1nowfTG4KI 结论： 捆在一起时mC=mAmB，因为新组成的物体比上述两个物 体中的任一个都重从而下落的应最快。fjnFLDa5Zo 局部分析：A 物体下落的快，受到一个下落得慢的物体B 的作用，结果就像一个大 10 / 18 人拉着小孩向前跑，比单独大人跑要慢，比小孩单独跑要快一样，他们的共同速度应介于 A、B 两物体之间即vAvC vB。伽利略用归谬法巧妙地否定了亚

13、里斯多德的观点，从而 得出结论：重物体不比轻物体下落得快。tfnNhnE6e5 问题：到底是谁的观点对呢？我们可做个简易实验，试试看。 演示2：取一颗小石子，一张比小石子重的大纸片，让它们从同一高度同时下落，观察下 落情况。 结论：“观察出小石子先着地，得出物体越轻下落越快。” 演示3：取两张完全相同的大纸片，它们的重力是相同的，这样重力对下落的作用是相同 的 ，在空气阻力远小于物体的重力，空气阻力的作用可以忽略 不计时，落体运动可以近似看成是自由落体运动。2MiJTy0dTT 3推论：在没有空气阻力时，做自由落体运动的物体，在同一地点不同物体做自由落 体运动的情况都相同。 二自由落体运动的性

14、质： 在同一地点，不同物体作自由落体运动时的加速度相同，这个加速度叫自由落体加 速度，也叫做重力加速度，通常用g 表示。WwghWvVhPE 物体自由下落时速度变化的快慢都一样。我们平时看到轻重不同，密度不同的物体下 落时的快慢不同，加速度不同，那是因为它们受到的阻力不同的缘故。asfpsfpi4k (2不同的地理位置，重力加速度的大小不同，其大小与物体所在地球上的位置有关， 与离地面的高度也有关。在通常情况下，重力加速度取g=9.8m/s2，粗略计算时g 取 g=10m/s 2。 ooeyYZTjj1 (3重力加速度是矢量，它的方向总是竖直向下的，与重力方向相同。 由于自由落体运动是初速度为

15、零的匀加速直线运动，所以匀变速直线运动的基本规律 及其推论都适用于自由落体运动，只要把V0取零，并且用g 来代替加速度a 就行了。 BkeGuInkxI 三自由落体运动的规律： 1规律：速度变化规律 Vtgt 位移变化规律 Sgt2/2 2推论： Vt 22gs Vt/2Vt中 3特点： V1V2V3 123 S1 S2S3 1 2 2232 SSS 13 5 SSSS S gT 2 例 1。物体从离地h 高处下落，它在落地前的1s 内下落 35m，求物体下落时的高度及下落 12 / 18 时间。 解读：设下落时间为t ,则有： 最后 1s 内的位移便是ts 内的位移与 (t-1s 内的位移之

16、差： s=gt 2- g(t-1 2 代入数据： 35=5t2-t(t-1 2 得 t =4s 下落时的高度h=gt2=80m 例 2：长为 L 的细杆 AB，从静步开始竖直落下，求它全部通过距下端h 处的 p 点所用时间 是多少？ 解读：由于细杆上各点运动状态完全相同，可以将整个杆转化为一个点，例如只研究 A 点的运动。 B 下落 h 时，杆开始过P点， A 点下落 h+L 时，杆完全过P点。 从 A 点开始下落至杆全部通过P点所用时间为 t1 = A 点下落 h 所用时间， t2 = 杆通过 P点所用的时间， t=t1 t 2 = 通过草图分清各阶段运动，然后用自由落体运动公式求解。 巩固

17、应用 1做一做：测定反应时间 14 / 18 图象的意义： 斜率的意义： A 点的意义： AB 表示： BC 表示： CD 表示： D 点的意义： DE 表示： 例探究学习 35页 10. 在一条宽马路上某处A、 B 两车同时开始运动，取开始运动时刻为计时零点，它们的 v-t 图象如图所示，在0t4这段时间内 A、 B 两车的运 动情况是 10 -10 4 15 / 18 解法三、用数学极值方法求解v2做匀速运动，司机立即以加速度 a紧急刹车。要使两车不相撞，a应满足 什么条件？ O 2 4 t/s 6 12 16 / 18 甲 乙 A.质点加速度越大,其速度越大 B.质点加速度越大,其速度变

18、化越大 C.质点加速度越大,其速度的变化越快 D.质点运动速度变化越大,其加速度也一定越大 6.某物体沿直线运动的速度图象如图所示，则物体做 A.来回的往复运动 B. 匀变速直线运动 C.朝某一方向的直线运动 D.不能确定 7.一小球自45m 高塔顶自由下落,若取,则小球下落过程中最后1s 内发生的位 移是 A.15m B.20m C.25m D.28.9m S42ehLvE3M 8.长为 5m 的竖直杆的下端距离一竖直隧道口上沿为5m , 若这隧道长也是5m , 让这根杆自 由下落 ,杆能自由穿过隧道,则它通过隧道的时间为501nNvZFis A. B. C. D. 9.如图所示的是同时，同

19、地向同一方向做直线运动的甲，乙两物体 的图象 ,从图中可知 A.甲物体的加速度大于乙物体的加速度 B.在 10s末甲物体追上了乙物体 C.在 20s末甲物体追上了乙物体 D.甲追上乙物体时 , 两物体的速度相等 10.质点沿直线运动，在时间内通过的位移为x ，在它的中间位置 处速度为，在中间时刻时速度为,则，的关系是 jW1viftGw9 A.当质点做匀加速直线运动时， B.当质点做匀减速直线运动时， 请将选择题答案填在相应的题号下: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 二、填空题：xS0DOYWHLP 17 / 18 12.一物体由A 经 B 到 C 做匀加速直线运动, 前 2s从 A

20、 到 B 和后 2s从 B 到 C 的位移分别 为8m , 12m . 则 物 体 的 加 速 度_ 。 通 过A点 的 速 度 =_.LOZMkIqI0w 13.某市规定 ,卡车在市区内行驶速度不超过40km/h, 一次一卡车在市区路面紧急刹车后,经 1.5s停止 ,量得刹车痕迹长,问这车是否违章_,假定卡车刹车后做匀减速运 动,可知其行驶速度达_km/h.ZKZUQsUJed 14.一小球从斜面顶端由静止开始做匀加速直线运动 , 经过 2s到达斜面中点 , 那么物体滑到 斜面底端的总时间为_s.dGY2mcoKtT 15.甲,乙两车同时同地同向开始运动,它们的位移公式分别,则 两车再次相遇

21、前在_s末相距最远 ,此时两车的距离为_m. rCYbSWRLIA 16.质点做匀减速直线运动,第 1s内位移为10m,停止前的最后1s通过的位移为2m,则该质点 的初速度为 _m/s,加速度大小为_m/s 2.FyXjoFlMWh 17.某同学在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,得到的各个时刻的速度描绘在 坐标系内的点如图所示,请在图中描绘出小车的图线 .TuWrUpPObX 三、分析计算题：.试由纸带上数据求出:llVIWTNQFk (1.计数点 ” 4” 所对应时刻物体运动的速度 (2.物体运动的加速度 20.刹车后 2s内前进的距离及刹车过程中的加速度 (2刹车后前进9m 所用的时间 (3刹车后 8s内前进的距离 2210 分） .小汽车以120km/h 的速度在高速公路上行驶，前方汽车因故障停在路中， 司机从发觉情况时产生反应到立即刹车需时间，紧急刹车能获得的加速度大小为 ，汽车在刹车后的运动可视为匀减速直线运动。高速公路上随处有路牌提醒司机保 持车距，试按上述数据计算出这个距离。MdUZYnKS8I 申明： 所有资料为本人收集整理，仅限个人学习使用，勿做商业用 0 1 2 6 5 4 3 0 1.40 3.55 6.45 10.15 14.55 19.70 18 / 18 途。