2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律 教学设计-2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

该高中物理教学设计聚焦“探究小车速度随时间变化的规律”实验，通过问题引导学生自主设计方案，承接第一章打点计时器测速、v-t图像等知识，搭建从运动描述到匀变速直线运动概念的学习支架。 此资料以完整科学探究流程为特色，结合分组实操与分层数据处理（手工描点+软件拟合），培养科学探究与科学思维能力，通过误差分析和规范操作渗透科学态度，助力学生掌握实验方法，为教师提供可落地的实验教学方案。

教学设计 课程名称 实验：探究小车速度随时间变化的规律 选用教材 高中物理人教版必修一 教学章节 第二章第一节 授课对象 高一学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本节课是必修一第二章第一节学生分组探究实验，承接第一章打点计时器测速、平均速度近似瞬时速度、v-t 图像等知识，完整呈现 “实验方案设计 — 器材组装规范操作 — 纸带数据采集计算 — 表格与图像双重分析规律” 的完整物理探究流程，通过手工描点拟合直线、计算机软件拟合两种方式处理实验数据，利用 v-t 图像斜率求解加速度，解释实验误差来源，总结小车速度均匀变化的运动特征，为匀变速直线运动概念、公式推导提供实验事实支撑，是连接运动描述与匀变速定量计算的核心实验课。 二、学情分析 1.知识基础： 学生在前一章已经认识打点计时器，掌握利用纸带、相邻计数点时间间隔计算瞬时速度的方法，了解 v-t 坐标轴基本含义，学习了加速度概念，但没有完整自主设计力学实验的经验，不清楚规范的实验操作细节，不会通过离散实验点拟合最优直线，对实验误差的产生原因与处理方法认知空白。 2.能力基础： 学生具备基础刻度尺读数、简单速度计算能力，能独立绘制基础坐标图像，但自主设计完整实验方案的能力薄弱，实验操作规范性不足，处理多组纸带数据、根据离散数据拟合趋势线、结合图像斜率计算加速度的综合数据处理能力欠缺。 3.思维基础： 学生习惯于单一数值计算思维，缺乏数形结合分析运动规律的思维，不理解离散测量点存在实验误差，难以接受 “穿过数据点中间画拟合直线” 的处理思路，尚未建立由实验现象归纳运动模型的科学推理思维。 三、教学目标 1.物理观念 通过纸带实验直观感知匀变速直线运动的运动特征，理解 v-t 图像斜率表示加速度，建立 “速度均匀变化” 的运动物理观念，能用图像定量描述变速运动。 2.科学思维 掌握利用图像法处理实验数据的数形结合思维；学会在存在误差的数据中拟合最优趋势线，区分偶然误差与理想规律，提升由实验数据归纳物理规律的推理能力。 3.科学探究 完整经历提出探究目标、自主设计实验方案、规范组装器材操作、采集纸带数据、手工 / 软件处理数据、分析图像得出结论的全套科学探究流程，熟练打点计时器测速实验操作与数据计算方法。 4.科学态度与责任 实验操作严谨规范，重视有效数字规范书写；客观看待实验误差，不篡改实验数据；体会计算机软件在现代科研数据处理中的价值，养成实事求是、严谨求真的实验素养。 四、教学重难点 重点： 实验方案设计、器材规范操作、纸带速度计算； 绘制 v-t 图像，根据图像分析小车速度变化规律。 难点： 存在实验误差时，绘制贴合数据点群的最优拟合直线； 理解 v-t 图像斜率代表加速度，结合图像定量分析运动变化规律。 五、教学方法 1. 问题引导探究法：抛出 “如何探究小车速度变化” 核心问题，引导学生自主思考实验器材、操作流程，自主设计完整实验方案。 2. 演示示范法：播放标准实验操作视频，教师演示器材组装、纸带安装、通电释放小车完整流程，强调操作规范与减摩擦细节。 3. 分组实操实验法：学生分组动手完成实验，多次更换槽码获取多条纸带，自主采集位移数据。 4. 分层数据分析法：先通过表格定性对比速度变化，再手工描点绘制 v-t 图像，最后介绍计算机软件拟合图像的现代化处理方法。 5. 图像讲授法：讲解离散数据点拟合最优直线的方法，解读 v-t 图像斜率、截距物理意义，分析实验误差成因。 6. 归纳总结法：课堂收尾梳理完整实验探究思路，提炼研究直线运动通用步骤。 六、教学资源 打点计时器整套实验器材、纸带、刻度尺；标准实验操作视频；坐标方格纸；v-t 图像示范图；多媒体电脑（数据拟合软件）；实验数据记录表。 八、教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 实 验 思 路 实验设计引导: 要研究小车在重物牵引下速度随时间变化的规律，你认为如何设计此实 验？需要测量哪些物理量？选用什么器材？请你把自己研究的方案写出来，并和同学交流。 实验方案的要点： 要研究小车速度随时间变化的规律，就要想办法测量小车在不同时刻的 瞬时速度，而打点计时器具有此功能。 把一端带有滑轮的长木板平放在实验桌上，木板上放一个可以左右移动 的小车，小车一端连接穿过打点计时器的纸带，另一端连接绕过滑轮系 有槽码的细绳。小车在槽码的牵引下运动，通过研究纸带上的信息，就 可以知道小车运动的速度是怎样随时间变化的。 所用实验器材总结: 小车，一端带有滑轮的长木板，细绳，槽码； 打点计时器，固定夹，电源，电键，导线，纸带。 学生自主构思小车变速实验方案，梳理待测物理量、实验器材后书写设计思路，小组交流完善实验装置搭建流程。 进 行 实 验 实验步骤：（强调操作的规范） 1.把小车停靠在靠近打点计时器的位置，连接电路，安装纸带，放置质量合适的槽码。 2.接通电路，待打点计时器稳定以后松开小车，让小车带着纸带一起运动，打点计时器在纸带上打下一行小点，随即关闭电源。 3.增减所挂的槽码，更换纸带，再做两次实验。 用视频向学生展示实验过程。 强调实验的注意事项： 1.安装打点计时器时，要使打点计时器的限位孔沿长木板的纵轴中心线方向。 2.摆放小车时，要使小车能沿木板中心线运动；纸带穿过限位孔后应该展平，以减小纸带和限位孔的摩擦。 学生观看实验演示视频，熟记规范操作步骤与注意事项，同桌互说操作要点，梳理实验操作易错点。 数 据 记 录 和 处 理 1.复习和使用第一章所学速度测量的方法计算数据，包括计数点的选取，位移的计算，速度的计算，并结合图像说明。 2.强调实验数据的有效数字。 学生选取纸带计数点，测量计算位移、瞬时速度，规范书写有效数字，绘制v-t图像分析小车运动规律并交流推导过程。 数据分析 基本的处理方法：（强调不同的分析方法，强调数学方法和物理概念的结合） 1.表格定性分析。 a)从数据上，可以比较直接看出小车的运动有什么规律？（速度越 来越大，越来越快）。 b)运动速度的变化有什么规律？（基本是均匀变化，但是会有一定 误差） c)如何比较形象的看出小车速度的变化规律？（图像） 2.图像分析。 a)请同学们自己建立坐标系，对坐标轴进行合理标度，描出实验数 据点，并分析数据点的分布有什么特点。 b)根据图像求小车运动的加速度。 c)理解实验误差：数据点接近于在一条直线上，但是并不完全是， 这是因为实验存在各种误差。 d)如何在有误差的情况下找出“最合适”的直线？直线的斜率和截 距分别有什么物理意义？ e)从三条纸带的共同规律，总结出小车速度随时间均匀变化的特 点。 3.借助计算机进行图像绘制 a)计算机数据分析和处理是科学研究中的重要手段。 b)介绍如何用计算机软件快速获得数据处理结果。 c)通过计算机软件数据处理，让学生体验这种方式的便捷和准确， 鼓励学生掌握这种方法，培养学生动手绘制、拟合图像和寻找规 律的科学研究方法的能力。 学生整理纸带数据填入表格观察速度变化规律，手动建立坐标系描点拟合v-t图像、计算斜率求加速度并分析误差，再学习软件绘图处理数据，对比两种图像分析法总结匀变速运动特征。 练 习 与 思 考 课后练习第1题，用剪纸带然后拼贴的方法得到运动的v-t图像，通过 动画的演示和实验方法的讲解，帮助学生完成纸带信息的解读，理解v-t 图像的物理意义。 学生裁剪纸带分段粘贴构建v-t图像，结合动画演示解读纸带数据，小组交流分析图像斜率、截距对应的物理含义。 小结 1.上一章运动的描述的基础上，学习如何运用实验探究的方法对小 车的运动进行研究。 2.复习使用打点计时器测量速度的方法，并用它测量了小车运动的 速度。 3.用v-t图像分析了小车运动的特点和规律。 通过这节课的学习，希望同学们理解和体会科学探究的实验与分析 方法，为将来我们深入学习和研究更复杂的运动规律做好准备。 学生回顾运动描述旧知，梳理打点计时器测速度、纸带数据处理、v-t图像分析全流程，同桌互述本节课实验探究思路与科学分析方法，总结本课学习收获。 九、板书设计 十、课程思政 通过规范完整的分组实验培养学生严谨求实、尊重原始数据、不人为修改实验结果的科研品德；介绍计算机软件拟合数据的现代科研手段，感受信息技术赋能物理实验研究，激发学生科学创新意识；小组合作组装器材、处理纸带，培养分工协作、互帮互助的团队探究精神。 十一、教学反思和修改 1. 教学反思： 本节课完整落实实验设计、实操、数据图像分析全流程，兼顾传统手工绘图与现代化软件处理两种方式，但分组实验耗材有限会导致部分学生操作时间不足，纸带数据计算耗时较长挤压图像拟合讲解时间，对 “最优拟合直线” 的作图方法示范不够细致，学生对误差来源的自主分析引导不足。 2. 修改措施： 课前提前裁剪好纸带、预填基础时间数据，减少课堂计算耗时；增加拟合直线分步绘图示范，发放简易坐标草稿纸；增设小组误差讨论任务，引导学生自主梳理纸带摩擦、刻度尺读数等误差来源；增加轮换操作机制，保证每位学生动手实操机会。 学科网（北京）股份有限公司 $