2019年全州物理实验创新大赛教案

2104年湘西州物理实验创新大赛教案。

测量瞬时速度。

吉首市第一中学覃彬指导老师：侯成刚江敏。

一、瞬时速度在教材中的地位与作用：

瞬时速度是精确反映物体在某一时刻或某一位置的运动快慢与方向的物理量。运动物体瞬时速度的测量是高中物理力学实验教学中的重点和难点。高中物理力学学生实验共八个，其中研究匀变速直线运动，验证机械能守恒定律，和验证动量守恒定律这几个实验的核心都是瞬时速度的测量。

我们只要测出了运动物体的瞬时速度，就能借助瞬时速度测定重力加速度、测定物体运动所受的阻力、验证牛顿第二定律等等。很多力学问题都得以解决，所以其是力学实验测量的重点。

二、实验原型及不足之处：

因为我们在力学实验中常涉及到力，质量，位移，时间，速度，加速度等的测量。其中力，质量，位移，时间可分别用弹簧秤，天平，刻度尺，秒表，打点计时器等仪器比较方便的直接测量。而瞬时速度则很难直接测量，故瞬时速度是力学实验测量中的难点。

人民教育出版社新课标版物理（必修1），用打点计时器测量瞬时速度时，课本上紧扣瞬时速度的定义，即当△t→0时，用这一小段时间内的平均速度来表示该点附近的瞬时速度。因此，课本就用计数点1到计数点3这段位移上的平均速度来代替2位置的瞬时速度，用2到4这段位移上的平均速度来代替3位置的瞬时速度，以此类推（见课本21页）。这种方法是按照瞬时速度的定义来处理的，在要求不是很精确的情况下也是可行的。

但教学过程中存在以下两个问题：一、学生会产生这样的疑惑：既然瞬时速度是指某时刻的速度，而某时刻物体的位置是一个确定值，它不是位移，怎么会有速度呢？

学生在理解瞬时速度的概念上的时候，就会陷入这样的误区；二、教师授课时，如何利用极限思想清晰直观阐明△t→0，v瞬时=v平均的合理性和实用性。

三、实验创新及改进之处：

瞬时速度是指物体在某一时刻或者某一位置的运动快慢，教材中利用极限的思想，当△t很小(或者△x很小)时，利用平均速度来表示△t内某个时刻，（或者△x内某个位置）的瞬时速度，学生在没有学习导数等数学知识时，在理解上是有一定的困难的。本实验通过气垫导轨、光电门、计时器等实验仪器求出挡光条通过光电门的时间，在给定挡光条宽度的情况下，可以求出挡光条通过光电门的平均速度，再不断改变挡光条的宽度，依次重复上述实验步骤，当挡光条宽度小于某一个值之后，再改变挡光条的宽度，发现平均速度几乎不变。从而实现对瞬时速度概念的理解从理论化转化为可视化，把物理抽象转化为形象可观，达到对瞬时速度的概念更为清晰的诠释，以及对极限思想的确实理解。

四、实验器材：

气垫导轨，光电门，计时器，不同宽度的挡光片，滑块，气源。

五、实验原理及装置说明：

实验装置如图1所示，将气垫导轨倾斜放置，使滑块从某一确定位置滑下，使物体在测量位置获得确定的速度，利用计时器测出挡光条通过光电门的挡光时间，根据公式计算出挡光条经过光电门的平均速度v平均。依次改变挡光条的的宽度，即控制△x的变化，求出不同大小位移内的平均速度，从而求出某时刻亦是运动轨迹上某点的瞬时速度。

图1六、实验过程：

1．将光电门固定在气垫导轨上，连接到计时器，平行放置在气垫导轨的一侧。

2．在滑块上安装好挡光条，调节光电门的高度，使挡光条能顺利挡光。

3．将气垫导轨一端调高，打开计时器，启动气源电源，将滑块从某一固定位置滑下，记录挡光条通过光电门的时间，并计入表2当中，重复三次。

4．改变挡光条的宽度，重复实验步骤3。

5．求出平均速度。

6．数据分析。

图2七、实验效果：

根据公式，控制△x的变化，利用游标卡尺测量挡光片的宽度，精度至少可达10-4m，时间的测量数据△t,精度可达10-5s。结果显示：当△x小于某一值时，可以发现平均速度几乎不变。

从而实现对瞬时速度的概念做出更为清晰的诠释。

八、自我评价：

本实验给学生介绍了一种更为准确测量瞬时速度的方法，更是从实验**的角度解决了学生在瞬时速度采用极限思想定义下难以理解的困难，从而实现概念的定义从理论化转化为可视化。同时，该实验的实验装置做进一步的改进可以有利于完成匀变速直线运动v-t图像的描述，验证机械能守恒定律等重要的力学实验。

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