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#科学实验探究#+位置变化快慢的描述——速度
媛媛 媛媛 2020-08-03 10:07:35
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探究课题:位置变化快慢的描述——速度

(课题来自《高中物理课程标准》中的必修1必做实验 测量直线运动物体的瞬时速度),同时可以结合课本随堂实验 利用传感器测速度。当然后续也可以融入到测物体的加速度。

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科学原理:本实验主要是利用测量速度的仪器来测量物体的速度,原本教材中主要利用的是打点计时器来测速度,其实还可以通过超声波、激光、位置定位等多种形式来测量物体的速度。当然对于瞬时速度来讲,时间越短,位移越小,瞬时速度越精确。

 1>教学设计: 

学习目标:

【物理理念】1.理解速度的概念.知道速度是表示物体运动快慢的物理量

2.理解平均速度,知道瞬时速度的概念,知道两者之间的区别和联系

【科学探究】1.能利用传感器等多种手段来探究速度大小

2.培养学生的创新精神,了解一些现代的测量速度的方式

【教学重点】 速度,速率,平均速度,瞬时速度的概念及区别。

 【教学难点】 1、怎样由平均速度引出瞬时速度; 

2、瞬时速度与平均速度之间有什么区别和联系及在运动中瞬时速度是怎样确定的。 


 教学过程设计:

【新课导入】 生活和科学研究中经常需要知道物体运动的快慢和方向,你还记得初中是怎样描述物体运动快慢的吗?汽车在运动过程中,运动的快慢一样吗? 如何判断汽车运动的快慢?

【新课讲授】:

讨论1:路面上标注的80,指得是瞬时速度还是平均速度?

讨论2:如何判断汽车超速?

讨论3:如何测量汽车的瞬时速度(可以采用实验室小车模型)

学生可能会想到的一些方法:A:纸带法:利用打点计时器

         B: 超声波测距:利用超声波传感器

  C:激光测距:利用激光传感器

D:卫星定位法:利用

讨论4:如何采集数据 (教师可以简单介绍物联网)

实验探究:学生分组进行实验的探究,并汇报相关数据,指出自己的方法的优缺点


补充知识:汽车导航的速度是怎么来的。汽车导航实际上是GPS(北斗)导航。它利用手机之内的GPS导航模块(汽车)与天空之中的GPS卫星立即通信,确定你的位置,然后利用你在某个时间之内经过的距离来计算你的速度。应该说速度是比较精确的,但它并不代表瞬时速度,而是一定时期之内的平均速度

   2>实操验证:

  ● 准备工作:小车、轨道、带绳子的小桶、钩码 、笔记本电脑(每组一个,数据处理和编程用)         A组(打点计时器、纸带) B组(超声波传感器、掌控基础版) C组(激光传感器、掌控基础版) D组(通信模块 NB-IoT,uno及拓展板)

以下材料清单是涉及到的材料,可以根据学生分组情况进行数量的选择。

材料清单 材料清单
1x
超声波传感器
1x
高中信息技术掌控板基础版
1x
激光测距传感器
1x
DFRduino UNO R3(含USB线|传感器扩展板)
1x
NB-IoT & GNSS通信模块

  ● 实践过程:学生分组进行实验,A组是常规实验,这里就不展示了。BCD组要进行简单的编程,并且在编程过程中,要思考如何能够更为准确地测量小车的瞬时速度。同时要思考存在的一些问题,是否有解决的办法。

BC组.考虑到超声波传感器与激光传感器基本类似,这里只展示了激光传感器测距的方法

 

编程:先设置好网络等,这里采用本地物联网siot(具体可以参考https://mc.dfrobot.com.cn/thread-281102-1-1.html

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其次是将速度发送到物联网,这里考虑到数据的采集,按下按钮的前几个数据没用,所以主要采集后面的50个数据,大致测试了下,采集50个数据足够了。同时考虑到数据传输等,这里时间设置了0.1秒,大家也可以将时间适当设置小点。这里速度采用的是前后两个数据相减的方式,也可以进行修改。

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 安装调试:准备好小车,激光传感器与小车平行,建议最好有固定的装置(可采用3D打印)。按下小车,看看能不能顺利地发车。

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进行实验:等待物联网连接成功后,按下B键,看到数字超过5以后,按下小车进行实验数据的采集

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附件 附件

D组:D组实验是因为想到了汽车中导航显示的速度才想到了这种方法,但在实际操作过程中,却碰到了不少问题。关于NB-IOT可以参考https://wiki.dfrobot.com.cn/_SKU_TEL0130_Gravity_I2C_UART_BC20_NB-IoT_GNSS%E9%80%9A%E4%BF%A1%E6%A8%A1%E5%9D%97V1.0#target_27

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首先我尝试了定位(注意定位必须把天线放室外,室内好像很难获得数据),通过白光和紫光了解NB-IOT的工作状态,串口就可以获得我所在的纬度信息。

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但是编程改为对地速度,让天线运动起来,可能是运动速度不够快,数据一直显示是0,所以这种方法测速度失败了(其实如果在教室里测速度,这种方法估计也不行,因为定位需要在室外)。同时本来想通过物联网传输数据,但是也宣告失败(注意:如果单独传输数字、字符等是可以的,不知道是哪个地方出现了差错)

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附件 附件

  ● 教学解析:通过分组探究,能较好地锻炼学生的动手能力,以及解决问题的能力,同时通过各组的交流,也可以认识到瞬时速度和平均速度的区别和联系,能够更好地掌握本节课的教学内容。当然通过不同方法的实验,也能让学生更好地开拓眼界,能够更好地了解各种方法的优缺点。

C组实验:

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反思:本次实验前三种方法应该问题不大, 第四种方法还需要不断实践和探索,也希望更为大佬进行指点(目前第四种方法要解决的是室内可能进行速度的获得,其次最好是能够采用物联网的方式,因为串口数据受到数据线的限制,其次能否进行短时间的测量,当然在课堂教学中也可以作为大家讨论的一个话题,指出车载导航速度是否能避免超速的问题),我觉得作为对北斗定位等知识的普及还是有所帮助的, 能让学生了解导航系统是如何获取汽车的运动数据,与实际的关联性可能更大。

Makelog作者原创文章,未经授权禁止转载。
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