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，课堂导入通过回顾运动描述知识框架（质点、参考系、位移、速度等），结合小车牵引运动视频提问，衔接第一章打点计时器基础，为下一节匀变速规律学习搭建实验探究支架。 此资料以完整科学探究为主线，通过分组实验、计数点选取、v-t图像绘制培养科学探究能力，用平均速度近似瞬时速度和图像分析渗透科学思维，剪贴纸条法拓展数据处理方法。提升学生实验操作与数据分析能力，为教师提供规范教学流程与素养导向设计。

人教版高中物理必修一 第二章 匀变速直线运动的研究 2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律 教学设计 物理组：xxx 2026年9月 目录 一、教材分析 二、学情分析 三、指导思想 四、核心素养和三维教学目标 五、教学重难点 六、教学流程 七、教学方法 八、教学仪器及用具 九、课时安排 十、教学过程 十一、板书设计 十二、评价反思 一、教材分析 本节课是人教版高中物理必修一第二章“匀变速直线运动的研究”的第一节，是一节实验探究课。它是在第一章学习了质点、时间、位移、速度等描述运动的基本概念，并初步认识打点计时器的基础上，通过实验进一步研究小车在重物（槽码）牵引下速度随时间变化的规律。本节实验用打点计时器记录小车的运动信息，用“平均速度近似表示瞬时速度”的方法测量各时刻的速度，用v-t图像处理实验数据并分析运动规律，使学生第一次完整经历“提出问题—设计实验—进行实验—数据处理—得出结论”的科学探究过程。 本节课是学生第一次系统地用实验方法定量研究物体的运动规律，对培养学生的实验操作能力、数据分析能力和图像处理能力具有重要的奠基作用。实验中所用的纸带分析方法、平均速度近似代替瞬时速度的思想，以及用图像处理数据的科学方法，贯穿于后续匀变速直线运动规律、牛顿运动定律等实验探究之中。 从知识体系看，本节实验探究得到“小车速度随时间近似均匀变化”的规律，直接为下一节学习“匀变速直线运动的速度与时间的关系”提供了实验事实依据，具有承上启下的重要作用。 二、学情分析 本节课的教学对象是刚升入高一的新生，他们具有以下特点： 1. 知识基础：学生在第一章已经学习了质点、时间、位移、速度等描述运动的物理量，知道打点计时器可以记录时间和位移，会用刻度尺测量长度，具备一定的实验基础；但对“用平均速度近似表示瞬时速度”的近似思想理解不透彻，对实验数据的处理规范不熟悉。 2. 思维特点：学生习惯直接读取数据，对用图像法处理数据、从图像中提取物理规律的优越性认识不足；容易把v-t图像与物体的运动轨迹混淆，需要教师引导建立“图像是描述物理规律的数学工具”的观念。 3. 实验能力：这是学生第一次完整地进行分组实验探究，对实验操作规范（先通电后释放、纸带选取、计数点选取等）不熟悉，操作中容易出现步骤颠倒、数据处理粗糙等问题，需要教师演示示范和巡视指导。 4. 学习动机：高一新生对动手实验有较高的兴趣和热情，愿意参与实验探究，教师应充分利用这一心理特点，引导学生动手动脑、在做中学、在探究中理解物理规律。 三、指导思想 本节课以物理学科核心素养为导向，坚持“以实验为基础、以探究为主线”的教学理念。依据《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，把本节课设计为完整的科学探究过程，让学生亲历实验探究的全过程，在探究中获取知识、发展能力。 教学中突出“实验探究”和“图像思维”两条主线：通过实验方案的设计与交流，培养学生的科学思维；通过规范的分组实验操作，培养学生的科学探究能力；通过数据的记录、处理和v-t图像的绘制分析，让学生体会用数学工具描述和揭示物理规律的方法。 注重实验规范和安全教育，让学生在亲历实验的过程中养成严谨认真、实事求是的科学态度，感受科学探究的乐趣，为后续学习奠定良好基础。 四、核心素养目标 1. 物理观念：理解“用平均速度近似表示瞬时速度”的实验方法，知道v-t图像可以直观描述速度随时间变化的规律，理解图线倾斜程度（斜率）表示加速度的物理意义，初步形成用图像描述运动规律的观念。 2. 科学思维：经历实验方案的设计与交流，体会等效近似、控制变量等思想方法；通过数据处理和图像分析，培养从实验数据中获取规律、进行科学推理的思维能力。 3. 科学探究：能根据实验目的设计实验方案、选择实验器材，会正确安装和使用打点计时器，规范完成实验操作；会选取计数点、计算瞬时速度、绘制v-t图像并分析得出实验结论，掌握科学探究的基本流程和方法。 4. 科学态度与责任：通过规范操作和数据处理的训练，培养严谨认真、实事求是的科学态度；通过小组合作实验，培养协作精神和安全意识，体验科学探究的乐趣。 五、教学重难点 教学重点： 1. 正确使用打点计时器测量并记录小车的运动信息； 2. 用“平均速度近似表示瞬时速度”的方法计算各计数点的瞬时速度； 3. 绘制v-t图像并根据图像分析小车速度随时间变化的规律。 教学难点： 1. 计数点的选取和瞬时速度的近似计算方法； 2. v-t图像的规范绘制（描点、拟合直线）与图像信息的解读； 3. 实验误差的主要来源分析及减小误差的方法。 六、教学流程 1. 课前导入：回顾描述运动的物理量，提出“如何探究小车速度随时间变化的规律”的问题，明确实验目的。 2. 实验思路：讨论设计实验方案，明确需要测量的物理量、选用的器材和实验原理。 3. 进行实验：按照实验步骤规范操作，完成三次实验，获取纸带。 4. 数据记录：选取计数点，测量位移、计算时间，用平均速度近似求瞬时速度并记录数据。 5. 数据分析：绘制v-t图像，分析点的分布规律，得出小车速度随时间变化的规律。 6. 方法扩展：思考“剪贴纸条法”绘制v-t图像的原理，体会处理数据方法的灵活多样。 7. 课堂小结：总结实验要点、数据处理方法和实验结论，布置作业。 七、教学方法 讲授法、实验探究法、讨论法、演示法、讲练结合法。 八、教学仪器及用具 多媒体课件、电脑及投影仪、打点计时器（电磁式或电火花式）、学生电源、纸带、复写纸（或墨粉纸盘）、小车、一端带有滑轮的长木板、细绳、槽码（钩码）、固定夹、刻度尺、电键、导线若干。 九、课时安排 1课时（45分钟）。课前导入约5分钟、实验思路约8分钟、进行实验约12分钟、数据记录约8分钟、数据分析约8分钟、课堂小结约4分钟。 十、教学过程 （一）课前导入（5分钟） 1. 教师展示课件中“运动的描述”知识框架图（质点、参考系两个基本概念；位移、速度、加速度三个物理量），回顾提问：“上一章我们学习了描述物体运动的物理量和研究方法，请你说说有哪些？我们如何科学地研究一种运动的特点和规律？” 知识框架图：运动的描述 2. 教师展示小车在重物（槽码）牵引下运动的图片或视频，提问：“小车在重物牵引下运动，它的速度是怎样随时间变化的？是越来越大还是越来越小？我们如何科学地探究这个问题？” 3. 学生思考讨论，教师引导：寻求一种运动的特点和规律，一般要从某个具体事例开始，通过实验测量数据、分析数据，从而得出结论。 4. 教师引出课题：今天我们通过实验来探究“小车速度随时间变化的规律”。 （二）实验思路（8分钟） 1. 教师提出问题：“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？”请学生把自己的实验方案写出来，并与同学交流。 2. 学生分组讨论交流实验方案，教师引导归纳，并展示“图2.1-1 小车在重物牵引下沿木板运动的实验装置图”： 图2.1-1 小车在重物牵引下沿木板运动的实验装置 ① 实验装置：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，另一端通过细绳绕过滑轮系上槽码； ② 实验方法：小车在槽码牵引下运动，通过研究纸带上的点迹信息，就可以知道小车运动的速度是怎样随时间变化的。 3. 教师展示实验器材实物图，逐一介绍器材：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。 实验器材 4. 教师讲解实验原理：以纸带上某点为中间时刻取一小段位移，用这段位移的平均速度表示该点的瞬时速度，再用描点法画出小车的v-t图像，图线的倾斜程度表示加速度的大小。 （三）进行实验（12分钟） 1. 教师演示并讲解实验步骤（可配合实验视频演示）： ① 把一端带有滑轮的长木板平放在实验桌上，使滑轮伸出桌面，打点计时器固定在长木板没有滑轮的一端，连接好电路； ② 让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，把小车停在靠近打点计时器的位置； ③ 先接通电源启动计时器，然后放开小车，让它拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打下一行小点，打完一条纸带后立即关闭电源； ④ 增减所挂的槽码（或在小车上放置重物），更换纸带，再做两次实验。 2. 教师强调实验注意事项： ① 开始释放小车的时候，小车应该靠近打点计时器； ② 先通电，后释放小车； ③ 打点完毕，马上关闭电源； ④ 钩码的质量要适中，不能质量太大，也不能质量太小； ⑤ 实验时要注意保护小车及滑轮，避免它们被碰坏或跌坏。 3. 教师播放实验视频辅助演示，学生分组进行实验，教师巡视指导，纠正不规范操作。 （四）数据记录（8分钟） 1. 教师展示实验得到的纸带图，引导学生思考：“实验得到纸带后，选取什么样的纸带？如何选取计数点？怎样计算速度？” 实验得到的纸带 2. 教师结合“计数点选取示意图”讲解：为了便于测量，舍掉纸带开头一些过于密集的点，找一个适当的点作为计时起点0，后面每5个点取一个计数点（相邻计数点的时间间隔Δt=0.10s），并标出各计数点间的位移x₁、x₂、x₃…… 计数点的选取（Δt=0.10s） 3. 学生测量各计数点到起始点0的距离x，记录在表中（结合刻度尺测量纸带图，强调估读到0.1mm）；计算两相邻计数点间的位移Δx，同时记录对应的时间Δt。 用刻度尺测量纸带上的位移 4. 教师讲解瞬时速度的测量：利用第一章所学的方法，以某点为中间时刻取一小段位移，用这段位移的平均速度表示该点的瞬时速度，即v=Δx/Δt，将计算结果填入表格。 5. 教师出示测量案例，强调数据处理规范：估读到0.1，结果保留两位有效数字。 （五）数据分析（8分钟） 1. 教师提问：“根据你的实验表格中的数据，说一说小车速度随时间变化有什么规律？”学生回答：小车速度逐渐变大，做加速运动。 2. 教师再问：“如果不计算加速度，用什么方法可以形象地看出小车速度随时间变化的规律？”学生回答：可以绘制小车运动的v-t图像来分析。 3. 教师讲解绘制v-t图像的步骤： ① 以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系； ② 根据表格中的v、t数据，在坐标系中描点作出v-t图像； ③ 通过观察、思考，找出这些点的分布规律； ④ 让尽可能多的点处在直线上，不在直线上的点应对称地分布在直线两侧。 4. 学生绘制v-t图像，教师展示典型案例并分析：结合实验数据（t从0.00s到0.70s，v从0.27m/s到0.49m/s），小车的v-t图像大致为一条倾斜直线，说明小车的速度随时间近似均匀增加，即小车做匀加速运动。 小车运动的v-t图像 5. 教师介绍利用计算机绘制v-t图像的方法，并进行方法扩展：展示“剪贴纸条法”示意图——把实验得到的纸带每隔0.1s剪断，得到若干短纸条，再把这些纸条下端对齐并排贴在一张纸上，纸条的宽度方向作为时间坐标轴、长度方向作为速度坐标轴，最后将纸条上端中心连起来即得到小车的v-t图像。引导学生思考“这样做有道理吗”——纸条长度正比于该时间间隔内的平均速度，近似表示这段时间中间时刻的瞬时速度。 方法扩展：用剪贴纸条法绘制v-t图像 （六）课堂小结（4分钟） 1. 教师引导学生回顾本节内容： ① 实验注意事项：小车应靠近打点计时器释放；先通电，后释放小车；打点完毕立即关闭电源；钩码质量要适中； ② 计数点瞬时速度的求法：以纸带上某点为中间时刻取一小段位移，用这段位移的平均速度表示该点的瞬时速度； ③ v-t图像的做法：找出点的分布规律，让尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点应对称地分布在直线两侧； ④ 实验结论：小车在重物牵引下速度逐渐增大，v-t图像近似为一条倾斜直线，说明小车做匀加速运动，图线斜率表示加速度。 2. 布置作业：完成配套习题第二章第一节；预习下一节“匀变速直线运动的速度与时间的关系”。 十一、板书设计 2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律 一、实验目的 探究小车在重物牵引下速度随时间变化的规律 二、实验原理 1. 打点计时器记录时间与位移（T=0.02s） 2. 用平均速度近似表示瞬时速度：v=Δx/Δt 三、实验步骤（要点） 安装器材→小车靠近打点计时器→先通电后释放→打点完毕立即断电→重复实验 四、数据处理 1. 选取计数点：每5个点取一个计数点（Δt=0.1s） 2. 计算瞬时速度：v=Δx/Δt（估读0.1，保留两位有效数字） 3. 绘制v-t图像：描点→让点尽量落在直线上，其余点对称分布 五、实验结论 v-t图像为倾斜直线→小车做匀加速运动 图线斜率表示加速度 十二、评价反思 本节课作为学生第一次完整经历的实验探究课，教学设计有以下特点： 1. 探究主线清晰：以“提出问题—设计实验—进行实验—数据处理—得出结论”为主线，让学生亲历完整的科学探究过程，突出实验探究核心素养的培养。 2. 方法引导到位：通过“如何设计实验”“选取什么样的纸带”“怎样计算速度”“v-t图像如何画”等问题层层引导，让学生在思考与讨论中掌握实验方法，而不是被动接受结论。 3. 数据处理规范：强调估读到0.1、保留两位有效数字、描点拟合直线、误差分析等规范，培养学生严谨求实、实事求是的科学态度。 4. 方法拓展丰富：通过利用计算机绘制v-t图像和“剪贴纸条法”的拓展，让学生体会处理实验数据方法的多样性，激发创新思维。 不足之处：本节课1课时时间较紧，分组实验、数据处理和图像分析的完整完成需要较好的时间把控；部分学生因操作不熟练、纸带选取不当可能影响数据质量。建议课前布置预习任务，课中加强巡视和个别指导，对操作困难的小组适当延长数据处理时间，或利用课后时间完善。 1 学科网（北京）股份有限公司 $