2.1 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

探索“未来交通”的加速密码——探究小车速度随时间变化的规律

教材版本：人教版高中物理必修第一册 第二章 第1节

课时安排：2课时（90分钟）

教学工具：传统打点计时器、光电门传感器、Tracker软件、智能手机（慢动作摄影）

一、 课程标准与核心素养目标

 

1. 物理观念：通过实验，建构匀变速直线运动的物理模型，理解“速度均匀变化”这一核心物理观念。

2. 科学探究：经历“问题→猜想→实验设计→数据采集→规律发现”的科学探究过程，体会从实验数据中寻找物理规律的一般方法。

3. 科学思维：掌握数形结合（v-t图像）处理数据的方法，能利用图像斜率求解加速度，具备质疑与创新的意识。

4. 科学态度与责任：通过数字化手段与传统实验的对比，感受科技发展对物理研究的推动作用，养成严谨客观、实事求是的科学态度。

 

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二、 教学重难点

 

· 教学重点：设计实验方案，测量并计算各时刻的瞬时速度；通过v-t图像分析速度随时间的变化规律。

· 教学难点：如何用物理方法和数学工具（拟合）处理实验误差，得出“速度随时间均匀变化”这一结论；利用现代技术（如Tracker）验证传统实验结论的创新思维。

 

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三、 教学过程设计（含创新点与师生互动）

 

环节一：新课导入 —— “上海磁悬浮的启停之谜”（5分钟）

 

【创新点】：不再采用课本的“小车重物”直接引入，而是通过真实的高科技情境引发认知冲突。

 

· 教师活动：播放一段上海磁悬浮列车启动加速的视频，展示其速度从0加速到最高时速430公里/小时的仪表盘变化。提问：“磁悬浮列车在启动阶段的加速过程非常复杂，它是一个速度均匀增加的运动吗？如果不是，我们如何通过简单的实验来验证一种最理想的加速运动——匀加速运动？ ”

· 师生互动：引导学生回顾第一章学习的速度概念。提问：“要研究速度随时间的变化，我们需要测量什么物理量？用哪些仪器？”

· 学生回应：学生回答需要测时间和速度，引出打点计时器或光电门。

· 设计意图：用大国重器引入，激发民族自豪感与求知欲，将实际问题转化为物理模型（小

车加速）。

 

环节二：方案制定与创新改进 —— “传统vs数字化”（12分钟）

 

【创新点】：对比实验。将学生分为A组（传统打点计时器组）和B组（数字化光电门/DIS组），引入竞争与合作。

 

· 教师活动：展示实验器材（小车、长木板、打点计时器、纸带、光电门、数字计时器、手机）。不直接给出步骤，而是抛出任务：“给你这些器材，请各小组讨论，设计出测量小车速度随时间变化的方案，并画出实验装置草图。 ”

· 师生互动（难点突破）：

  · 追问1：“打点计时器打的点密集，不方便直接看速度，我们如何处理纸带？”（引导学生学会选计数点，舍去开头密集点）。

  · 追问2：“B组同学，光电门测的是瞬时速度还是平均速度？如何通过挡光片宽度和挡光时间近似表示瞬时速度？”（引导极限思想）。

  · 追问3：“为了实验更精确，木板倾斜角度和定滑轮位置有何要求？”（引导思考平衡摩擦力或减小误差）。

 

环节三：分组实验与数据采集 —— “物理实验的‘慢镜头’”（20分钟）

 

· A组（传统组）：操作打点计时器，获取纸带，使用刻度尺测量位移，计算各计数点速度（利用平均速度代替瞬时速度）。

· B组（创新组）：使用光电门传感器配合计算机，直接采集不同位置的瞬时速度，实时显示在电脑表格中。（如果条件有限，改为使用手机慢动作拍摄小车运动，课后用Tracker软件分析） 。

· 教师巡视：指导个别操作不规范的小组（如先通电再释放小车），并拍摄学生实验场景准备投屏。

 

环节四：数据处理与图像拟合 —— “谁是卧底？”（20分钟）

 

【创新点】：引入Excel/WPS自动拟合与手工作图对比，分析误差来源。

 

· 教师活动：

  1. 传统方法：请A组同学在黑板上绘制传统的v-t图像，描点连线。

  2. 数字方法：将B组数据投屏，利用WPS表格直接生成散点图，并添加趋势线（线性拟合）。

  3. 核心互动——“寻找最合适的直线”：

     · 教师展示学生手工作图中常见的错误（如将点连成折线）。提问：“实验数据点并不完全在一条直线上，我们是‘照单全收’连成折线，还是‘忽略误差’画一条直线？为什么这条直线必须是直线？ ”。

     · 引导学生讨论误差来源（摩擦、读数、计数点选取），理解拟合的意义。

· 结论得出：通过对比，无论传统还是数字化，v-t图像都是一条倾斜的直线。总结规律：小车的速度随时间均匀增加（即加速度恒定）。