资源简介

主题一 运动和力
第六节 学生实验：测量运动物体的速度和加速度 教学设计案例
课程内容 第六节 学生实验：测量运动物体的速度和加速度
课程类型 实验课 课时 2 学时
教材内容分析 本节主要让学生练习使用气垫导轨测量物体运动的平均速度、瞬时速度和加速度。通过本实验，养成细心观察、规范操作、主动探索的学习习惯，增强对实验过程和结果进行分析、判断、交流与反思的能力。
学情分析 学生在初中没有使用过气垫导轨，本实验可以在学生学习完“第二节匀变速直线运动”的内容后进行，增加学生对加速度概念、匀变速直线运动规律的认识，增强应用所学知识解决实际问题的能力，也为后面学习牛顿运动定律打下基础。
教学目标 1．形成沿光滑斜面下滑的物体做匀加速直线运动、匀变速直线运动的位移可以用位移公式计算、在某位置附近利用一段小位移计算出平均速度可近似作为该点的瞬时速度等物理观念。
2．可以将沿光滑斜面下滑物体的运动看作匀加速直线运动物理模型。运用匀变速直线运动的位移变形公式可以计算出加速度。努力提高质疑创新的能力和意识。
3．可以精细地安装和调节光电门等实验装置，能精准地进行放置滑块等实验操作，能客观准确地记录实验数据，能灵活有效地处理数据，得出正确的实验结论。
4．能与同学分工协作，顺利完成实验任务。发展精益求精的工匠精神、实事求是的科学态度和勇于探索的科学精神，提高爱护公共财物的责任感，养成保持实验室环境卫生等良好习惯。
教学重点 了解本实验的实验原理，练习分工协作，提高合作交流能力。
教学难点 分工协作的安排、实验数据的处理。
教学策略 让学生通过合作交流、分工协作，巩固运动与相互作用观念，提高实践操作技能和实验观察能力，增强工匠精神。
主要教法 启发、指导、巡视、监督
主要学法 动手实验操作、小组合作探究
教学资源 多媒体课件展示系统一套，气垫导轨、气泵、光电门、数字计时器、挡光片、滑块、垫片、直尺等6套。
课堂实施
教学 环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图
课前 准备 1. 滑块在气垫导轨上运动时，受到的主要阻力是什么？ 2. 数字计时器的作用是什么？ 3. 光电门的作用是什么？ 4. 如何计算滑块经过光电门时的瞬时速度？ 5. 如何计算滑块在两个光电门之间的加速度？ 6. 为什么要让导轨形成一个斜面？ 7. 为什么不能用手触摸导轨表面？ 8. 为什么将滑块从导轨较高一端的固定位置由静止开始释放？ 9. 你认为滑块加速度的大小主要是什么因素决定的？ 10. 还有其他测量滑块加速度的方法吗？ 1. 安排学生进行预习（阅读教材、观看老师提供的微课视频）。 2. 就学生提出的问题进行有针对性地备课，准备在课堂上学生讨论时给予指导。 对教材和教学视频进行学习和思考，并与同学讨论其中发现的问题，将疑问反馈给老师。 让学生通过课前自主学习，发现自己不理解的问题，准备到课堂上与同学讨论，与老师交流，解决疑问。
课堂 实施 新课引入 实验原理与方法：本实验使用的气垫导轨是一种力学实验仪器，它利用气泵产生压缩空气，使滑块在导轨上悬浮起来，从而大大减小了滑块在导轨上运动时的阻力。 展示图片、提问： 滑块在导轨上运动时，与导轨表面有接触吗？主要阻力是什么？ 观察、思考、回答： 没有。 主要阻力是空气阻力。 了解滑块在气垫导轨上运动时的受力状态。
新课教学 数字计时器与气垫导轨上的两个光电门相连，当滑块上的挡光片经过光电门时，数字计时器的显示窗口可以自动显示出挡光片的挡光时间，由于它可以测出0.001 s的时间，并且能直接以数字显示，所以又叫数字毫秒计。 讲述数字计时器与光电门的工作原理。 倾听、记忆 让学生了解数字计时器与光电门的工作原理。
通过让滑块在倾斜的气垫导轨上做匀加速直线运动，利用数字计时器分别测量出挡光片经过两个光电门时的挡光时间，进而计算出滑块的瞬时速度和加速度。 选择数字计时器上“计时1”的功能，当滑块上的挡光片经过光电门时，数字计时器的显示窗口可以自动显示出挡光片经过两个光电门的挡光时间Δt1和Δt2。结合挡光片的宽度l可分别计算出两个平均速度： ， 由于这两个挡光时间都很短，因此可近似认为这两个速度分别是滑块经过两个光电门时的瞬时速度。 再利用两个光电门之间的距离s，根据匀变速直线运动的公式：即可求出滑块在两光电门之间的加速度a： 展示图片、讲述实验原理 倾听、理解、记忆 让学生了解实验原理。
实验操作： 实验前，教师应对导轨底部的三个螺丝进行调节，使导轨达到水平状态。 各小组在组长的安排下明确分工：如负责在固定位置释放滑块的、负责在滑块通过两个光电门后抓住滑块的、负责观察第一个挡光时间的、负责观察第二个挡光时间的、负责记录数据的等。 实验时，学生应先将导轨调节成一个斜面，打开数字计时器的“计时1”功能，调节两光电门之间的距离s = 0.60 m，测量挡光片的宽度，将挡光片安装在滑块上，给导轨送气，把滑块放在导轨上，尝试让它通过光电门，调节光电门的高度。 巡视、指导、答疑、监督。 分工、协作、观察、实验。 指导学生分工协作，调整实验装置。
将滑块从导轨较高一端的固定位置由静止开始释放，当滑块通过两个光电门后，将滑块拦住，防止其撞击导轨末端、跌落或弹回。要及时记下数字记时器的显示窗口显示的挡光时间Δt1和Δt2，将数据填入实验表中。重复上一步操作，再测两次。 在组长的统一指挥下，进行实验，完成测量任务，将数据填入表格中。 将滑块从导轨上取下，关闭气泵开关，关闭数字计时器的开关。 巡视、指导、答疑、监督。 分工、协作、观察、实验。 指导学生完成测量、记录等任务。
各小组的学生共同合作，一起处理数据，计算出两个挡光时间的平均值。再计算出滑块经过两个光电门时的瞬时速度，最后计算出滑块的加速度。 巡视、指导、答疑、监督。 分工、协作、观察、实验。 指导学生完成数据处理。
让学生通过讨论，了解本实验是在假设下滑物体做匀加速直线运动的前提下，进而计算出它的加速度的数值，但不知它在真实的下滑过程中是否做匀加速直线运动。要想证明下滑物体做的是匀加速直线运动，应根据匀加速直线运动的定义，保持斜面不变，选择不同的测量位置，测量出物体在任意一段位移中的加速度都相等才行。 组织学生进行讨论。 思考、讨论 让学生对实验结果展开讨论。
让学生通过交流，可以发现在实验第一个步骤中，没有说明将几个垫片垫在单脚螺丝下面，因此不同学习小组的斜面倾角可能不同。再通过比较可以发现，斜面倾角大的学习小组测得的加速度数值较大，从而猜测出物体沿斜面下滑的加速度的大小主要与斜面的倾角有关。 组织学生交流学习 小组间进行交流、讨论 引导学生通过交流，综合归纳出滑块加速度的决定因素。
实验任务完成后，整理实验仪器，将其恢复初始位置，摆放整齐，整理卫生。 组织学生整理仪器，打扫卫生。 整理仪器，打扫卫生。 对学生进行养成教育。
自由讨论 了解本实验装置的其他操作方法（如数字计时器上“计时2”、“a” 等功能按钮），或使用其他实验仪器测量速度和加速度的方法，写出自己在本实验中的体验和收获等。这些内容可以写入实验报告中，由教师评价赋分。 组织学生自由讨论、反思提升。 巡视、答疑。 反思、提升，撰写实验报告等。 让学生探究其他测量加速度的方法。
归纳总结 总结各小组实验的完成情况，是否都成功测量出了滑块的加速度，是否通过交流合作发现了影响加速度大小的主要因素，各小组分工协作情况是否理想，操作技能是否得到增强等。 归纳总结本节所学内容。 倾听、反思 帮助学生巩固、反思、提高。
课后 提升 书面作业 撰写完整的实验报告，独立完成。
板书 设计 略。
评价 反馈 将学生在实验过程中讨论、分工、操作、计算、交流、合作等方面的表现，以及对其撰写实验报告的批改评语等及时反馈给学生。
教学 反思 反思本节课是否让学生通过自主学习进行了预习？实验前是否对每位学生的预习效果进行了检查？每个学习小组的分工是否合理，做到了人人都有任务？实验过程中学生的操作是否精细，是否有损坏实验仪器的现象？实验过程中是否对学生给予了及时的、有针对性的指导？每个学习小组是否全部顺利地完成了测量任务？每个学习小组是否全部正确地处理了数据，得出了正确的实验结果？学生的实验观察能力、操作技能是否得到加强？学生的合作意识、工匠精神是否得到加强？学生是否提出了创新性的问题或体现了创新精神？学生实验完毕，是否整理了仪器，打扫了环境卫生？

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