1.6 实验一：探究小车速度随时间变化的规律 教学设计 -2026届高考物理一轮复习

课题 1.6实验一：探究小车速度随时间变化的规律 教 学 目 标 物理观念 1.系统掌握打点计时器的工作原理，理解电磁式与电火花式两种打点计时器的结构差异与工作方式，明确其在实验中的计时功能。 2.熟练掌握打点计时器的使用规范，包括电源连接、纸带安装、操作顺序等关键环节，形成规范实验操作的物理观念。 3.理解纸带上点迹所记录的时间与位移信息，建立“点迹—时间—位移—速度—加速度”之间的物理联系，形成完整的运动学数据分析框架。 科学思维 1.能通过对比分析电磁式与电火花式打点计时器的优缺点，发展比较与归纳的科学思维能力。 2.运用“平均速度代替瞬时速度”的极限思想处理实验数据，理解近似方法的适用条件与物理本质，提升理想化模型思维水平。 3.能根据实验现象（如点迹不清、间距异常）反向推理可能的操作失误或装置问题，增强逆向思维与问题诊断能力。 科学探究 1.能准确识别打点计时器各部件名称与功能，独立完成实验装置的规范搭建。 2.掌握“先通电、后释放；先断电、后取带”的标准操作流程，具备安全、规范进行实验的基本能力。 3.能从纸带点迹分布判断运动性质（匀速、加速、减速），并能初步分析实验误差来源，提升基于证据的科学探究素养。 科学态度与责任 1.在实验准备与操作过程中养成严谨细致的态度，尊重仪器使用规范，培养实事求是的科学精神。 2.认识到不同打点计时器对实验结果的影响，能在实际操作中选择更优方案，体现科学决策的责任意识。 3.通过小组协作完成装置搭建与问题排查，增强团队合作意识与沟通交流能力。 教学重点 1.掌握电磁式与电火花式打点计时器的结构组成、工作原理及使用注意事项。 2.熟练掌握打点计时器的规范操作流程，理解“两先两后”原则的重要性及其物理依据。 教学难点 1.理解电火花打点计时器无需复写纸、阻力更小的物理优势，明确其在减小系统误差方面的作用。 2.能根据实际点迹情况（如点迹模糊、间距突变）准确判断实验操作中的错误或装置故障，具备初步的实验诊断能力。 教学方法 讲授法、多媒体演示法、问答启发法、合作学习法 教具 电磁打点计时器实物、电火花打点计时器实物、纸带样本、多媒体课件、结构拆解图、操作视频 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 一、问题导入，激活旧知 一、设疑导入：如何“看见”时间？ （1）提出核心问题 教师提问：“在研究物体运动时，我们如何同时记录它在不同时刻的位置？有没有一种仪器可以自动在纸上留下时间和位移的‘痕迹’？” 引导学生思考：“如果我们用秒表和刻度尺配合测量，会遇到什么困难？”（答案：无法精确同步、操作复杂、数据点少） （2）引出打点计时器 教师总结：“为解决这一难题，物理学家发明了打点计时器——一种能自动在纸带上每隔相等时间打出一个点的仪器。今天我们就来系统复习它的原理与使用方法。” 板书课题：“1.6实验一：探究小车速度随时间变化的规律——打点计时器原理与使用复习” 1.思考测量运动物体位置与时间的困难。 2.回忆打点计时器的功能，明确其在实验中的作用。 3.明确本节课的学习任务：系统梳理打点计时器相关知识。 二、结构解析，原理剖析 二、深入解析打点计时器工作原理 （1）电磁打点计时器结构与原理 教师展示电磁打点计时器实物与结构图，逐一讲解： •线圈：接入50Hz低压交流电（4~6V），产生交变磁场； •振片与振针：在磁场作用下以50Hz频率上下振动； •复写纸与纸带：振针每次下压时通过复写纸在纸带上留下一个点迹； •限位孔：确保纸带沿直线运动，减少摩擦。 强调：“当f=50Hz时，每0.02s打一个点，这是实验计时的基础。” （2）电火花打点计时器结构与原理 教师切换至电火花打点计时器模型： •不需要复写纸，利用脉冲电流在墨粉纸盘与放电针之间产生电火花，在纸带上烧蚀出小孔； •纸带运动时阻力极小，几乎不影响小车运动； •使用220V交流电，打点更清晰稳定。 对比强调：“电火花式无接触打点，避免了振针与纸带的摩擦，减小了系统误差，是更优选择。” （3）两种打点计时器对比总结 教师用表格对比： •电源：电磁式用4~6V交流，电火花用220V交流； •打点方式：电磁式机械撞击，电火花式电火花烧蚀； •阻力：电磁式有摩擦，电火花几乎无摩擦； •点迹清晰度：电火花更清晰，不易堵塞。 1.观察实物与结构图，识别各部件名称与功能。 2.理解两种打点计时器的工作原理差异。 3.对比优缺点，理解电火花式为何更精确。 三、操作规范，流程梳理 三、规范操作流程与注意事项 （1）实验装置搭建要点 教师结合多媒体动画演示： •将打点计时器固定在长木板一端，确保稳固； •纸带穿过限位孔，一端固定在小车尾部，保持纸带与木板平行； •细绳一端系小车，另一端跨过滑轮挂槽码提供拉力； •调节滑轮高度，使细绳与木板平行，避免侧向拉力。 强调：“小车应靠近打点计时器放置，以便记录更多点迹。” （2）“两先两后”操作原则 教师重点讲解： •先接通电源，待打点稳定（听到均匀“哒哒”声）后再释放小车； •实验结束后先断开电源，再取下纸带。 播放错误操作视频：若先放车后通电，则起始点迹缺失，无法确定初速度；若先取带后断电，可能损坏振针。 （3）常见问题与排查 教师提问：“如果纸带上点迹不清或缺失，可能是什么原因？” 引导学生分析： •电压不足（电磁式）或电源未接（电火花式）； •复写纸老化（电磁式）或墨粉纸盘未装好（电火花式）； •纸带未压紧或限位孔卡住； •振针过高或过低（电磁式）。 1.观看动画演示，理解装置搭建的关键细节。 2.牢记“两先两后”操作流程，理解其物理意义。 3.参与问题讨论，掌握常见故障的排查方法。 四、数据分析，得出结论 四、数据处理：从纸带中提取物理规律 【例1】某班同学利用如图甲所示装置“探究小车速度随时间变化的规律”，电火花打点计时器使用的是频率为50Hz的交流电源。 (1)电火花打点计时器的工作电压为　　　　(选填“4~6V”或“220V”)。安装纸带时，需要将纸带置于　　　　　　　　(选填“复写纸”或“墨粉纸盘”)的　　　　(选填“上方”或“下方”)。 (2)下列说法中正确的是　　　　。 A.实验时，先释放纸带，再接通电源 B.实验时，先接通电源，待打点稳定后，再释放纸带 C.实验时，先接通电源或先释放纸带都可以 D.纸带上打点越密集说明纸带运动速度越大 (3)第1个实验小组所得纸带上打出部分计数点如图乙所示(每相邻两个计数点间有4个点，图中未画出)。s1=3.59cm，s2=4.41cm，s3=5.19cm，s4=5.97cm，s5=6.78cm，s6=7.64cm。则小车的加速度a=　　　m/s2(要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B点时小车的速度vB＝　　　　m/s(结果均保留两位有效数字)。 (4)第2个实验小组计算出所得纸带上各计数点对应的速度后，在坐标系中描出的点如图丙所示，请根据这些点在图丙中作出v－t图像，并根据图像计算出小车运动的加速度a＝　　　　m/s2(结果保留三位有效数字)。 （1）讲解瞬时速度的求解方法 教师以某组学生的纸带为例，展示数据：s₁=3.59cm,s₂=4.41cm,s₃=5.19cm,s₄=5.97cm,s₅=6.78cm,s₆=7.64cm，时间间隔T=0.1s。 教师讲解：“我们无法直接测量瞬时速度，但可以用‘中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度’来近似求解。” 例如，B点（第2个计数点）的瞬时速度=0.40m/s。教师板书计算过程，强调单位换算和有效数字保留。 （2）引导学生判断匀变速运动 教师提问：“如何判断小车是否做匀变速直线运动？”引导学生回忆：若连续相等时间内的位移差Δs=s₂-s₁,s₃-s₂,...近似相等，则说明加速度恒定。 教师计算Δs₁=4.41-3.59=0.82cm,Δs₂=5.19-4.41=0.78cm,Δs₃=5.97-5.19=0.78cm，发现Δs基本恒定，初步判断为匀变速运动。 （3）教授逐差法求加速度 教师讲解逐差法原理：“为充分利用数据并减小误差，采用逐差法： 代入数据：a≈0.80m/s²。 （4）指导绘制v-t图像 教师引导学生将各计数点对应的时间（0.1s,0.2s...）和求得的速度（vB,vC...）填入表格，在坐标纸上描点，作v-t图像。 教师强调：“若图像为一条倾斜直线，则说明速度随时间均匀变化，即做匀加速直线运动。直线斜率即为加速度a。” 教师展示例题中第2组学生的v-t图像（图丙），引导学生用直尺拟合直线，计算斜率得a≈1.53m/s²，与逐差法结果对比分析误差来源。 1.根据教师指导，计算各计数点的瞬时速度，填写数据表格。 2.计算连续位移差Δs，判断小车是否做匀变速直线运动。 3.运用逐差法计算加速度，并与v-t图像斜率法结果进行比较。 4.小组讨论实验误差来源，如摩擦、测量误差、打点不稳定等。 五、例题巩固，迁移应用 五、典型例题与应用分析 （1）例题1：实验装置创新 【例2】小明同学在家自主开展实验探究。用手机拍摄物体自由下落的视频，得到分帧图片，利用图片中小球的位置来测量当地的重力加速度，实验装置如图甲所示。 (1)家中有乒乓球、小塑料球和小钢球，其中最适合用作实验中下落物体的是　　　　。 (2)下列主要操作步骤的正确顺序是　　。(填写各步骤前的序号) ①把刻度尺竖直固定在墙上 ②捏住小球，从刻度尺旁静止释放 ③手机固定在三脚架上，调整好手机镜头的位置 ④打开手机摄像功能，开始摄像 (3)停止摄像，从视频中截取三帧图片，图片中的小球和刻度如图乙所示。已知所截取的图片相邻两帧之间的时间间隔为 s，刻度尺的分度值是1 mm，由此测得重力加速度为　　　　m/s2。 (4)在某次实验中，小明释放小球时手稍有晃动，视频显示小球下落时偏离了竖直方向。从该视频中截取图片，　　　　(填“仍能”或“不能”)用(3)问中的方法测出重力加速度。 （2）例题2：实验处理创新 【例3】某同学利用如图(a)所示的实验装置探究物体做直线运动时平均速度与时间的关系。让小车左端和纸带相连。右端用细绳跨过定滑轮和钩码相连。钩码下落，带动小车运动，打点计时器打出纸带。某次实验得到的纸带和相关数据如图(b)所示。 (1)已知打出图(b)中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1 s。以打出A点时小车位置为初始位置，将打出B、C、D、E、F各点时小车的位移Δx填到表中，小车发生相应位移所用时间和平均速度分别为Δt和，表中ΔxAD＝　　　cm，＝　　　　cm/s。 位移区间 AB AC AD AE AF Δx(cm) 6.60 14.60 ΔxAD 34.90 47.30 (cm/s) 66.0 73.0 87.3 94.6 (2)根据表中数据得到小车平均速度随时间Δt的变化关系，如图(c)所示。在图中补全实验点。 (3)从实验结果可知，小车运动的－Δt图线可视为一条直线，此直线用方程＝kΔt+b表示，其中k＝　　cm/s2，b＝　　cm/s(结果均保留3位有效数字)。 (4)根据(3)中直线方程可以判定小车做匀加速直线运动，得到打出A点时小车速度大小vA＝　　，小车的加速度大小a＝　　(结果用字母k、b表示)。 1.观察纸带特征，区分两种打点计时器。 2.判断操作正误，理解规范操作的重要性。 3.分析异常点迹，提升实验诊断能力。 板书设计 教学反思 1.本节课聚焦打点计时器原理与使用的系统复习，通过实物展示、动画演示、对比分析等多种方式，帮助学生深入理解两种打点计时器的结构与工作原理。学生能准确区分电磁式与电火花式的差异，并理解后者在减小系统误差方面的优势，达到了知识梳理的教学目标。 2.在操作规范讲解中，通过播放错误操作视频，直观呈现“先放车后通电”等错误行为的后果，强化了学生的规范意识。但部分学生对“为何电火花式用220V而电磁式用6V”仍存在困惑，今后可补充说明脉冲高压产生电火花的原理，增强理解深度。 3.例题设计贴近实验实际，尤其是点迹异常分析题有效提升了学生的实验诊断能力。建议后续可增加学生动手检查打点计时器的实践环节，进一步巩固所学知识，实现从“知”到“行”的转化。 学科网（北京）股份有限公司 $$