運動快慢的描述——速度
整體設(shè)計
高中學(xué)習(xí)的速度概念較之初中所學(xué)的速度有了很大的提升，對學(xué)生來說是比較困難的，所以設(shè)計先通過說明如何用坐標(biāo)和坐標(biāo)的變化量來表示質(zhì)點的位置和位移，為速度概念的敘述作好準(zhǔn)備.速度的矢量性問題，是本節(jié)的重點，特別是對瞬時速度的理解，體現(xiàn)了一種極限的思想，對此要求引導(dǎo)學(xué)生逐步理解，不要急于求成.速度的定義是高中物理中第一次向?qū)W生 介紹比值定義物理量的方法，要求教師正確地加以引導(dǎo)，力求學(xué)生能理解.過程中，要多舉實例，通過具體的例子從大小和方向兩方面來強(qiáng)化對速度概念的認(rèn)識，在實際情景中達(dá)到建立速度概念的目的.教學(xué)設(shè)計最后說明速度的應(yīng)用，特別以“STS”形式從一個側(cè)面說明速度與社會發(fā)展的關(guān)系.
教學(xué)重點
速度概念的建立；速度的比值定義法的理解.
教學(xué)難點
速度矢量性的理解；瞬時速度的推導(dǎo).
時間安排
2課時
三維目標(biāo)
知識與技能
1.理解速度的概念.知道速度是表示物體運動快慢的物理量，知道它的含義、公式、符號和單位，知道它是矢量.
2.理解平均速度，知道瞬時速度的概念.
3.知道速度和速率以及它們的區(qū)別.
過程與方法
1.記住勻速直線運動中速度的計算公式，能用公式解決有關(guān)問題.
2.理解平均速度的物理含義,會求某段時間內(nèi)的平均速度.
情感態(tài)度 與價值觀
1.通過介紹或?qū)W習(xí)各種工具的速度，去感知科學(xué)的價值和應(yīng)用.
2.培養(yǎng)對科學(xué)的興趣，堅定學(xué)習(xí)思考探索的信念.
教學(xué)過程
導(dǎo)入新課
問題導(dǎo)入
為了推動我國田徑事業(yè)的發(fā)展，四川省曾舉辦過一次100 m飛人挑戰(zhàn)賽.有8名世界短跑名將參加角逐，其中包括我國的李雪梅和美國的瓊斯，最終瓊斯奪得冠軍.我們知道百米賽跑分為起跑、途中跑和沖刺三個階段，李雪梅的途中跑階段比瓊斯的起跑階段跑得快，但我們都說瓊斯比李雪梅跑得快，這是為什么？
通過本節(jié)課學(xué)習(xí)，我們就可以給出合理的評判標(biāo)準(zhǔn).
情景導(dǎo)入
課件展示各種物體的運動，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.
影片展示：大自然中，物體的運動有快有慢.天空中，日出日落；草原上，獵豹急馳；葡萄架上，蝸牛爬行.
飛奔的獵豹、夜空的流星在運動；房屋、橋梁、樹木，隨著地球的自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)也在運動.天上的恒星，看起來好像不動，其實它們也在飛快地運動，速度至少在幾十千米每秒以上，只是由于距離太遠(yuǎn)，在幾十年、幾百年的時間內(nèi)肉眼看不出它們位置的變化.
當(dāng)高臺跳雪運動員出現(xiàn)在賽道的頂端時，全場觀眾的目光都集中在他身上.運動員由高處急速滑下，在即將到達(dá)賽道底部時，他的速度已達(dá)到100 km/h.這時，他雙膝彎曲，使勁一蹬，順勢滑向空中.然后，為了減小空氣阻力的影響，他上身前傾，雙臂后擺，整個身體就像一架飛機(jī)，向前滑翔.刺骨的寒風(fēng)抽打著他的臉龐，兩邊的雪松飛快地向后掠過.最終，滑雪板穩(wěn)穩(wěn)地落在地面.
在以上的各種運動現(xiàn)象中，都有關(guān)于運動的描述，運動的快慢如何，要用一個新的物理量來描述，那就是速度.
推進(jìn)新課
一、坐標(biāo)與坐標(biāo)的變化量
復(fù)習(xí)舊知：在上一節(jié)的學(xué)習(xí)中，我們學(xué)習(xí)了位移這一較為重 要的矢量.大家回憶一下，位移的定義是什么？
學(xué)生積極思索并回答出位移的定義：從初位置指向末位置的有向線段.（復(fù)習(xí)此知識點，旨在為速度的引入奠定知識基礎(chǔ)，讓學(xué)生知道位移大小的關(guān)鍵在于初末位置.由位置到位置坐標(biāo)再到坐標(biāo)的變化量，使學(xué)生的認(rèn)知呈階梯狀上升）
教師引導(dǎo):既然位移是描述物體位置變化的物理量，所以物體的位移可以通過位置坐標(biāo)的變化量來表示.
問題展示：在訓(xùn)練場上，一輛實習(xí)車沿規(guī)定好的場地行駛，教練員想在車旁記錄汽車在各個時刻的位置情況，他該如何做？假設(shè)在每一秒汽車都在做單向直線運動.
問題啟發(fā)：對于物體位置的描述，我們往往需要建立坐標(biāo)系.該教練員如何建立坐標(biāo)系，才能方便地確定該車的位置？
點評：通過設(shè)問，發(fā)揮教 師的引導(dǎo)作用，“變教為誘”“變教為導(dǎo)”，實現(xiàn)學(xué)生的“變學(xué)為思”“變學(xué)為悟”，達(dá)到“以誘達(dá)思”的目標(biāo).
教師指導(dǎo)學(xué)生分組合作討論并總結(jié).
小結(jié)：直線運動是最簡單的運動，其表示方式也最簡單.如以出發(fā)點為起點，車行駛20 m，我們就很容易地確定車的位置.所以，應(yīng)該建立直線坐標(biāo)系來描述汽車的位置.
課堂訓(xùn)練
教練員以汽車的出發(fā)點為坐標(biāo)原點，以汽車開始行駛的方向為正方向，建立直線坐標(biāo)系，其對應(yīng)時刻的位置如下表所示：
時刻（s）01234
位置坐標(biāo)（m）010-8-2-14
根據(jù)教練員記錄的數(shù)據(jù)你能找出：
（1）幾秒內(nèi)位移最大？
（2）第幾秒內(nèi)的位移最大？
解析：汽車在0時刻的坐標(biāo)x0=0
汽車在1 s時刻的坐標(biāo)x1=10
汽車在第1 s內(nèi)的位置變 化為Δx=x1-x0=(10-0) m=10 m
所以，汽車在第1 s內(nèi)的位移為10 m.
同理可求，汽車在1 s內(nèi)、2 s內(nèi)、3 s內(nèi)、4 s內(nèi)的位移分別為10 m、-8 m、-2 m、-14 m.汽車在第1 s內(nèi)、第2 s內(nèi)、第3 s內(nèi)、第4 s內(nèi)的位移分別為10 m,-18 m,6 m,-12 m.
所以，第2 s內(nèi)的位移最大，4 s內(nèi)的位移最大.
答案：（1）4 s內(nèi) （2）第2 s內(nèi)
二、速度
以下有四個運動物體，請同學(xué)們來比較一下它們運動的快慢程度.
運動物體[來源:學(xué)*科*網(wǎng)Z*X*X*K]初始位置（m）經(jīng)過時間（s）末位置（m）
A.自行車沿平直道路行駛020100
B.公共汽車沿平直道路行駛010100
C.火車沿平直軌道行駛500301 250
D.飛機(jī)在天空直線飛行500102 500
如何比較A、B、C、D四個物體的運動快慢呢？
比較1:對A和B，它們經(jīng)過的位移相同（都是100 m），A用的時間長（20 s），B用的時間短（10 s）.在位移相等的情況下，時間短的運動得快，即汽車比自行車快.
比較2：對B和D，它們所用的時間相等（10 s），B行駛了100 m，D飛行了200 m，B行駛的距離比D短，在時間相等的情況下，位移大的運動得快，即飛機(jī)比汽車快.
提出問題
以上兩種比較都是可行的.位移相等比較時間，時間相等比較位移.如何比較B和C的快慢程度呢？它們的位移不相等，時間也不相等.
教師指導(dǎo)學(xué)生分小組討論，5分鐘后提出比較意見.
方法1：B和C的位移和時間都不相等，但可以計算它們每發(fā)生1 m的位移所用的時間，即用各自的時間t去除以位移Δx，數(shù)值大的運動得慢.
方法2:B和C的位移和時間都不相等,但可以計算它們平均每秒鐘位移的大小量,單位時間內(nèi)位移大的運動得快.
師生討論:兩種方法都可以用來比較物體運動的快慢,但方法2更能夠符合人們的思維習(xí)慣.
點評：問題由教師提出，明確猜想和探究的方向，教師引導(dǎo)學(xué)生利用已有的知識和現(xiàn)象，鼓勵大膽猜想討論.通過這個開放性的問題，創(chuàng)設(shè)一種情境，把學(xué)生帶進(jìn)一個主動探究學(xué)習(xí)的空間.
引子:大自然中,物體的運動有快有慢.天空,日出日落;草原,駿馬奔馳;樹叢,蝸牛爬行.仔細(xì)觀察物體的運動，我們發(fā)現(xiàn),在許多情況下,物體運動快慢各不相等且發(fā)生變化,在長期對運動的思索、探索過程中,為了比較準(zhǔn)確地描述運動,人們逐步建立起速度的概念.
提出問題
如何對速度進(jìn)行定義?
學(xué)生閱讀課本并回答.
1.速度的定義:位移與發(fā)生這個位移所用時間的比值.
2.速度的定義式:v=
3.速度的單位:m/s 常用單位:km/h,cm/s.
提示：速度是矢量,其大小在數(shù)值上等于單位時間內(nèi)物體位移的大小,其方向就是物體運動的方向.
再次呈現(xiàn):四個物體A、B、C、D快慢比較的表格,讓學(xué)生分別計算它們的速度.
A.5 m/s B.10 m/s
C.25 m/s D.200 m/s
對比以上A、B、C、D的速度就很容易比較它們的快慢程度了.
課堂訓(xùn)練
汽車以36 km/h的速度從甲地勻速運動到乙地用了2 h，如果汽車從乙地返回甲地仍做勻速直線運動用了2.5 h,那么汽車返回時的速度為（設(shè)甲、乙兩地在同一直線上）（ ）
A.-8 m/s B.8 m/s
C.-28.8 km/h D.28.8 km/h
解析：速度和力、位移一樣都是矢量，即速度有正方向、負(fù)方向，分別用“+”“-”號表示.當(dāng)為正方向時，一般不帶“+”號.速度的正方向可以根據(jù)具體問題自己規(guī)定.有時也隱含在題目之中.例如該題中汽車從甲地到乙地的速度為36 km/h，為正值，隱含著從甲地到乙的方向為正,所以返回速度為負(fù)值，故淘汰B、D.
依據(jù)甲、乙兩地距離為36×2 km=72 km，所以返回速度為 =-28.8 km/h=-28.8× m/s=-8 m/s.
答案：A
方法提煉：速度是一個矢量，有大小也有方向.在我們選擇了正方向以后，當(dāng)速度為正值時，說明質(zhì)點沿正方向運動，當(dāng)速度為負(fù)值 時，說明質(zhì)點沿負(fù)方向運動，在物理學(xué)上，對矢量而言“負(fù)號”也有意義，說明它的方向與所選正方向相反.
三、平均速度和瞬時速度
坐在汽車駕駛員的旁邊，觀察汽車上的速度計，在汽車行駛的過程中，速度計指示的數(shù)值是時常變化的，如啟動時，速度計的數(shù)值增大，剎車時速度計的數(shù)值減小.可見物體運動快慢程度是在變化的.這時我們說的汽車的“速度”是指什么？
提出問題
其實，我們?nèi)粘Ｋ�看到的直線運動，有許多都是變速運動.由于這種運動的快慢是時刻變化的，沒有恒定的速度，我們怎么來描述它的快慢呢？
課件展示：北京至香港的京九鐵路，就像一條長長的直線，把祖國首都與香港連接起來.京九線全長2 400 km，特快列車從北京到香港只需30 h，那么列車在整個過程的運動快慢如何表示？
學(xué)生解答：已知s=2 400 km,t=30 h,所以v=80 km/h
問題追蹤：計算出的結(jié)果是否表示列車單位時間的位移都是80 km呢？教師在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識此速度的平均效果.既然列車是做變速運動，那么怎么看列車的速度是80 km/h?
學(xué)生總結(jié)：如果將列車的變速直線運動看作勻速直線運動來處理 的話，列車平均每小時的位移是80 km.
教師設(shè)疑：為了描述變速直線運動的快慢程度，我們可以用一種平均的思考方式，即引入平均速度的概念.平均速度應(yīng)如何定義？
師生總結(jié)：1.平均速度：運動物體的位移和時間的比值叫做這段時間的平均速度.
2.定義式： =
知識拓展：課件展示某些物體運動的平均速度，加深對平均速度的概念理解.
某些物體運動的平均速度/（m?s-1）
真空中的光速c 3.0×108自行車行駛約5
太陽繞銀河系中心運動20×105人步行約1.3
地球繞太陽運動3.0×104蝸牛爬行約3×10-3
子彈發(fā)射9×102大陸板塊漂移約10×10-9
民航客機(jī)飛機(jī)2.5×102
例1斜面滾下時在不同時刻的位置，如圖1-3-1所示.可以從圖中觀察分析小球通過OA、OB、OC的過程中的運動快慢.
計算各段的平均速度.

圖1-3-1
學(xué)生認(rèn)真計算并公布結(jié)果： 段： =0.7 m/s, 段： =0.8 m/s. 段： =0.9 m/s.
總結(jié)歸納：計算結(jié)果表明，不同階段的平均速度一般是不相等的.計算一個具體的平均速度，必須指明是哪一段時間（或位移）內(nèi)的平均速度.
教師點評：由于小球運動快慢是在不斷變化的，平均速度不能具體地告訴我們小球在每一時刻的運動快慢.可見，平均速度只是粗略地描述物體在一段運動過程中的總體快慢程度.
教師設(shè)疑：那么，怎樣來描述物體在各個時刻的運動快慢呢？
學(xué)生通過課本預(yù)習(xí)知道，要精確地描述某一時刻的運動快慢必須引入瞬時速度這一物理量.
根據(jù)平均速度的定義可以知道： = ,對應(yīng)的是一段位移和一段時間，如何建立瞬時速度的概念呢？瞬時速度對應(yīng)的應(yīng)該是某一位置和某一時刻.
師生探究：我們 已經(jīng)知道平均速度對應(yīng)的是一段時間，為求瞬時速度我們可以采取無限取微、逐漸逼近的方法.
方法介紹：以質(zhì)點經(jīng)過某點起在后面取一小段位移，求出質(zhì)點在該段位移上的平均速度，從該點起取到的位移越小，質(zhì)點在該段時間內(nèi)的速度變化就越小，即質(zhì)點在該段時間內(nèi)的運動越趨于勻速直線運動.當(dāng)位移足夠�。ɑ驎r間足夠短）時，質(zhì)點在這段時間內(nèi)的運動可以認(rèn)為是勻速的，求得的平均速度就等于質(zhì)點通過該點時的瞬時速度.
教師演示：如圖1-3-2所示，讓滑塊沿傾斜的氣墊導(dǎo)軌做加速運動,利用擋光片的寬度Δx除以擋光的時間Δt，即可求得擋光片通過光電門的平均速度.

圖1-3-2
將滑塊放上不同寬度的遮光片，即Δx分別為1 cm、3 cm、5 cm、10 cm，若沒有成品擋光片，可用硬紙片自制成需要的寬度.
測出每 個遮光片通過光電門所用的一段時間間隔Δt.
遮光片越窄、Δt越小時， 描述通過該位置的運動快慢越精確，當(dāng)Δx小到一定程度，可認(rèn)為 是瞬時速度.
教師總結(jié)：瞬時速度：運動物體在某一時刻（或某一位置）的速度.準(zhǔn)確地講，瞬時速度是物體在某時刻前后無窮短時間 內(nèi)的平均速度，是矢量，其大小反映了物體此時刻的運動快慢，它的方向就是物體此時刻的運動方向，即物體運動軌跡在該點的切線方向.
四、速度和速率
速率：瞬時速度的大小叫做速率.平均速率：物體運動的路程與所用時間的比值.
例2如圖1-3-3，一質(zhì)點沿直線AB運動，先以速度v從A勻速運動到B， 接著以速度2v沿原路返回到A，已知A B間距為x,求整個過程的平均速度、平均速率.

圖1-3-3
解析：整個過程位移為0，所以整個過程的平均速度為0.
整個過程通過的總路程為2x，所用的總時間為t= .
所以平均速率為 = = x.
答案：0 x
要點總結(jié)：1.速度是矢量，既有大小，又有方向；速率是標(biāo)量，只有大小，沒有方向.
2.無論速度方向如何，瞬時速度的大小總等于該時刻的速率.
3.平均速度是矢量，其方向與對應(yīng)的位移方向相同；平均速率是標(biāo)量，沒有方向.
4.平均速度等于位移與所用時間的比值，平均速率等于路程與所用時間的比值，平均速度的大小不等于平均速率.
5.只有單向直線運動時，平均速度的大小等于平均速率，其他情況下，平均速度均小于速率，二者的關(guān)系類似于位移和路程.
課堂小結(jié)
定義物理意義注意問題
速度位移與發(fā)生這個位移所用時間的比值描述物體的快慢程度和運動方向v和s及t是對應(yīng)關(guān)系.是矢量，方向就是物體運動的方向
平均速度物體在時間間隔Δt內(nèi)運動的平均快慢描述在一段時間內(nèi)物體運動的快慢和方向只能粗略地描述物體的運動快慢.大小和所研究的時間間隔Δt有關(guān)；是矢量，方向和運動方向相同
瞬時速度物體在某時刻或某位置的速度描述物體在某時刻的運動快慢和方向精確地描述物體的運動快慢.矢量，方向沿物體運動軌跡的切線方向
速率瞬時速度的大小叫做速率描述物體的運動快慢是標(biāo)量，只考慮其大小不考慮其方向
布置作業(yè)
1.教材第18頁“問題與練習(xí)”，第1、2題.
2.觀察生活中各種物體的運動快慢，選取一定的對象，測量它們的速度，并說明是平均速度還是瞬時速度，并把測量的數(shù)據(jù)與同學(xué)交流討論.
板書設(shè)計
3 運動快慢的描述 速度

活動與探究
課題：用光電門測瞬時速度
請你找老師配合，找齊所用儀器，根據(jù)說明書，自己親自體驗用光電門測瞬時速度，并寫一實驗報告.
步驟學(xué)生活動教師指導(dǎo)目的
1根據(jù)查閱的資料，確定實驗方案介紹相關(guān)書籍資料1.讓學(xué)生了解光電門測瞬時速度的原理
2.培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和獨立思考能力
2進(jìn)行實驗和收集數(shù)據(jù)解答學(xué)生提出的具體問題
3相互交流活動的感受對優(yōu)秀實驗成果進(jìn)行點評
參考資料：
瞬間無長短，位置無大小，除了用速度計外，還可以用光電門測瞬時速度.實驗裝置如圖1-3-4所示，使一輛小車從一端墊高的木板上滑下，木板旁有光電門，其中A管發(fā)出光線，B管接收光線.當(dāng)固定在車上的遮光板通過光電門時，光線被阻擋，記錄儀上可以直接讀出光線被阻擋的時間.這段時間就是遮光板通過光電門的時間.根據(jù)遮光板的寬度Δx和測出的時間Δt,就可以算出遮光板通過光電門的平均速度 = .由于遮光板的寬度Δx很小， 因此可以認(rèn)為，這個平均速度就是小車通過光電門的瞬時速度.

圖1-3-4
習(xí)題詳解
1.解答：（1）1光年=365×24×3 600×3.0×108 m=9.5×1015 m.
（ 2）需要時間為 s=4.2年.
2.解答：（1）前1 s平均速度v1=9 m/s
前2 s平均速度v2=8 m/s
前3 s平均速度v3=7 m/s
前4 s平均速度v4=6 m/s
全程的平均速度v5=5 m/s
v1最接近汽車關(guān)閉油門時的瞬時速度，v1小于關(guān)閉油門時的瞬時速度.
(2)1 m/s,0
說明:本題要求學(xué)生理解平均速度與所選取的一段時間有關(guān)，還要求學(xué)生聯(lián)系實際區(qū)別平均速度和（瞬時）速度.
3.解答：（1）24.9 m/s (2)36.6 m/s (3)0
說明：本題說的是平均速度是路程與時間的比，這不是教材說的平均速度，實際是平均速率.應(yīng)該讓學(xué)生明確教材說的平均速度是矢量，是位移與時間的比，平均速率是標(biāo)量，日常用語中把平均速率說成平均速度.
設(shè)計點評
本節(jié)內(nèi)容是在坐標(biāo)和坐標(biāo)的變化基礎(chǔ)上，建立速度的概念.速度的建立采用了比值定義法，在教學(xué)中稍加說明，在以后的學(xué)習(xí)中還會有更加詳細(xì)的介紹.對速度的引用，本設(shè)計采用了“單位時間的位移”與“單位位移的時間”進(jìn)行對比，體會速度引入的方便性.以京九鐵路為情景，既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情又培養(yǎng)了愛國之情.在瞬時速度的理解上，本設(shè)計利用了光電門的裝置進(jìn)行說明，起到了良好的效果
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