探究匀变速直线运动规律

1 / 18 探究匀变速直线运动规律 本资料为 WoRD文档，请点击下载地址下载全文下载地址探究匀变速直线运动规律总体规划 一 .本章概述 本章是在掌握了运动的描述中几个物理量的基础上，依据学生的认知规律和物理学的发展史实，从落体运动这一特殊运动情况出发，从学生中常见的现象提出思考和猜想，通过对自由落体运动轨迹的记录和分析，让学生经历对自由落体运动的实验探究、理论探究、逻辑推理等过程，自主探索自由落体运动的内在规律。同时让学生经历匀变速直线运动的实验研究过程，通过特殊规律推理到一般规律的推理过程，得到匀变速直 线运动的规律。这一章的基础性地位体现在方法和能力的培养方面用图象来分析物理问题是高中物理的重要数学方法之一，本章第一次让学生根据实验数据来拟画曲线，第一次根据图线的斜率来分析物理问题（由于斜率的概念在高一数学中还没学习到，所以讲的时候应当注意方法，使学生易懂），这些都是今后用图象分析物理问题所必须的 本章公式涉及五个物理量： v0、 a、 t、 vt、 s.对特定的匀变速直线运动来说， v0和 a 是常量， t、 vt、 s 是三个变量本章所讨论的匀变速直线运动中速度与时间的关系、位移与时间的关系、速度与位移的关系，就是匀 变速直线运动三组变2 / 18 量之间的函数关系，渗透有关的基本方法。第一节 “ 探究自由落体运动 ” 通过展示伽利略关于自由落体运动的研究历史素材，揭示科学方法和弘扬科学精神；第 4 节 “ 匀变速直线运动与汽车行驶安全 ” ，作为一个典型的实例，对匀变速直线运动进行一次个案研究，也是匀变速直线运动规律的具体应用本章教科书中关于伽利略建立在实验基础上的科学研究方法，更是学生进一步学习物理学不可缺少的基本素质 本章知识可分为两个单元，第一单元 (1 2 节 )探究自由落体运动的规律；第二单元 (3 4 节 )研究匀变速直线运动及匀变速直线运动的实 例分析。 二 .本章节教学重点及其在高考中的地位 1.本章节的重点知识与高考纲要求 本章节是高中物理学习过程中的重要内容，在历年高考命题中占有重要的地位，其命题特点是年年有、题型全、份量重。主要考查的热点为研究匀变速直线运动的实验（以实验题的形式出现）和利用匀变速直线运动的规律进行计算（主要在计算题某一环节中出现）等。本章节试题在高考力学部分中占 10%左右。 相关内容课标要求高考考纲要求 自由落体运动 知道自由落体运动的概念； 掌握自由落体运动的规律； 了解伽利略研究自由落体运动的方法。理解3 / 18 自由落体 运动的概念、掌握有关自由落体运动的计算公式 匀变速直线运动的规律及其应用 进一步理解位移、速度和加速度； 掌握匀变速直线运动的规律。 用匀变速直线运动规律解决问题。理解匀变速直线运动的有关公式、会用相关公式进行计算 实验：探究小车速度随时间变化的规律 经历匀变速直线运动研究过程； 体会实验在发现自然规律中的作用 利用实验打出纸带中的数据计算小车在某时刻的速度和其运动的加速度 2.重点知识的具体剖析 自由落体运动主要内容剖析 : (1)认识自由落体运动 :重点体会历史上科学家们对自由落体运动的思考 ,通过对一些现象的分析得出什么叫做自由落体运动 ,并且知道它是一个理想状态下的运动 . (2)自由落体运动的规律 :知道自由落体运动的两个公式 ,以及如何利用这两公式计算有关问题 ,这两个公式中所涉及到的时间和位移都必须从自由落体运动的起点开始计算 . 匀变速直线运动的规律主要内容剖析 : （ 1）弄清匀变速直线运动的定义：匀变速直线运动是指在任意相等的时间内，速度的变化都相等的直线运动，它的特征是速度均匀变化，加速度恒定。 4 / 18 （ 2）匀变速直线运动的两个基本规律和两个基本推论： a、速度公式： vt=v0+at b、位 移公式： s=v0t+at2； c、； d、 以上四式适用于匀变速直线运动；这四个式子中只有两个式子是独立的，即由任意两式可推出另外两式。四个公式中有五个物理量，而两个独立方程只能解出两个未知量，所以解题时一般需要三个已知条件；式中 v0、 vt、 a 和 s 均为矢量，应用时要规定正方向，凡是与正方向相同者取正值，相反者取负值（通常将 v0的方向规定为正方向），所求矢量为正值表示与正方向相同，为负者表示与正方向相反。 另外这一章还有两个非常有用的推论：（ a） s=aT2 ，意义：做匀变速直线运动的物体，在任何两个连续相等的 时间里的位移的差是一个恒量。（ b），意义：做匀变速直线运动的物体，在某段时间内的平均速度，等于该段时间中间时刻的瞬时速度。这两个推论在本章实验的数据处理中需要用到，所以也要求学生理解并记忆。 （ 3）注意匀变速直线运动规律与现实生活、生产实际密切相结合的问题例如：追击与相遇等问题；汽车刹车及飞机降落后在跑道上滑行等问题，其最长的运动时间为： 总之，在本章的学习中要把握好对基本概念、基本规律的理解本章规律、公式和推论多，学习中切实注意不要去死记硬背这些规律和公式，重要的是领会概念的实质，把握公式5 / 18 的来龙去 脉，要通过一些具体的实例，通过实际物理现象的分析、物理过程的认识，构建正确的物理情景，逐步形成良好的思维习惯 “ 探究小车速度随时间变化的规律 ” 主要内容剖析 : （ 1）弄清该实验的实验步骤： a、把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路 b、把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上钩码，把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面 c、把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一列 小点 d、换上新的纸带，重复实验两次 e、增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验 （ 2）数据处理的方法： a、选取纸带、确定计数点并进行测量； b、在三条纸带中选择一条最清晰的纸带； c、为了便于测量，一般舍掉开头一些过于密集的点迹，找一个适当的点作计时起点 (0点 )； d、每 5 个点 (相隔 )取 1 个计数点进行测量 (相邻两点中间还有 4 个点未画出 )； e、在某段时间内的平均速度，等于该段时间的中间时刻的瞬时速度； f、作出小车运动的 v t 图象 ,分析小车运动的 v t 图象，描述小车的运动速度随时间的变化规律如果画出的 v t图象是一条倾斜的直线，说明小车做速度均匀变化的直线运6 / 18 动图象和纵坐标的交点表示开始计时时小车的速度 初速度 （ 3）注意事项： a、开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器 b、先接通电源，等打点稳定后，再释放小车 c、取下纸带前，先断开电源 d、要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，当小车到达滑轮前及时用手按住它 e、牵引小车的钩码个数要适当，以免加速度过大而使纸带上的点太少，或者加速度太小，而使各段位移无多大差别，从而使测量误差增大，加速度的大小以能在 50cm长的纸带上清楚地取得六、七个计数点为宜 三 .本章 节的课程标准和对课程标准的解读 课程标准在目标上注重提高全体学生的科学素养，在课程结构上注重共同基础，体现课程的选择性，内容上体现课程的时代性、基础性和选择性，实施上注重自主学习，提倡教学方式多样化，评价上强调更新观念，促进学生发展。 1.课程标准的具体内容 本章教材依据学生的认知规律和物理的发展史实，从落体运动这一特殊运动情况出发，从生活中常见现象提出思考和猜想，通过对自由落体运动轨迹的记录和分析，让学生经历对落体运动的实验探究、理论探究、逻辑推理等过程，自主探索自由落体运动的内在规律。同时让学生经 历匀变速直线运动的实验研究过程，通过对特殊规律推理到一般现象的过7 / 18 程，得到匀变速直线运动的规律。 课程标准对本章的具体要求：（ 1）初步了解近代实验科学产生的背景，亲身经历了简易实验、逻辑推理、观察实验；（ 2）经历匀变速直线运动的实验研究过程，进一步理解位移、速度和加速度的概念；（ 3）了解匀变速直线运动的规律，认识实验对物理学发展的推动作用，体会实验在发现自然规律中的作用；（ 4）能用公式和图像描述匀变速直线运动，体会数学在研究物理问题中的重要性。 2.对课程标准的解读 对知识和技能的要求 本章重点：匀变 速直线运动的规律。 本章难点：匀变速直线运动的位移公式的推导。 （ 1）认识自由落体运动，知道影响物体下落快慢的因素，理解自由落体运动是在理想条件下的运动；能用打点计时器或其他实验仪器得到相关的运动轨迹并能分析纸带上记录的位移与时间等运动信息；初步了解探索自然规律的科学方法，培养学生观察、概括的能力。 （ 2）理解什么叫做自由落体运动，知道它是初速度为零的匀加速直线运动；理解自由落体运动的方向，知道在地球的不同地方，重力加速度大小的不同；掌握自由落体运动的规律。 （ 3）理解、掌握匀变速运动的速度、位移公 式，会应用公8 / 18 式进行简单的分析和计算。 对过程与方法的要求 （ 1）通过对落体运动的实验探究，初步学习使用控制变量法； （ 2）通过对自由落体运动纸带的研究，学会分析和处理纸带上记录的运动信息；通过学习与自由落体运动相关的物理变化规律，培养分析、推理能力； （ 3）经历由特殊到一般的推理过程，体会科学研究方法； （ 4）通过解决实际问题，培养学生运用物理规律对实际生活中的现象进行合理分析、解决问题和实际分析结果的能力。 四 .本章学情分析 1.对学生知识的分析 学生通过对前一章基本概念的学习，掌握了加速 度和匀变速直线运动的概念，弄清了如何用 v t 图象代表匀变速直线运动。有了这个基础，学生再来学习这一章并不感到特别吃力，而且本章让学生有更多的机会感受研究物理的过程和方法， “ 实验探究 ” 理念渗透在本章各个教学环节中，尽管实验结果最终是由教材直接告知，但这一切均是通过学生自主探究之后自然而得出的结论，学生能充分体验自主学习后形成结论的喜悦。同时本章教材体现了物理与生活贴近的原则，让学生在解决实际问题的过程中学习物理，大大激发他9 / 18 们的学习热情。 2.学生的思维分析： 高中生学习物理常常感到困难，其原因也是多方面的 ，既有学科特点和学科内容上的原因，也有教学方法和学习方法上的原因。从心理分析角度来看，可以认为是由于在思维过程中某个环节上出了障碍。因此，从心理倾向和思维规律入手进行具体分析，摸清思维障碍的具体表现及原因，对于提高物理教学质量是十分重要的。根据对中学物理教学的多年观察和进行一些心理检测，我觉得主要有以下几方面的障碍。 1先入为主，错误的生活经验在起作用。学生是从初二开始学习中学物理的，但在他们学习物理之前，已经接触到了大量的物理现象，形成了一些初步的观念，而其中不少并不反映事物的本质，但却形成了一种强烈的心理倾向，这种心理倾向妨碍了正确物理概念的建立。 2隐蔽因素的忽视和干扰。一个物理问题的解决，往往是多因素相互作用的结果，其中有些因素在起着明显的作用，而有些因素在起着隐蔽的指导或干扰作用。当隐蔽的指导因素被忽视或隐蔽的干扰因素在起作用时都会形成思维障碍。我们的学生在做物理习题时，长期以来习惯于题目给出的条件正好等于 解题时需要的条件，如果当题目给出的条件多于解题需要的条件时，应该说解题条件更充分了，但绝大多数学生却反而不会做了，究其原因就是由于多余因素干扰作用10 / 18 的结果。 3改变提问的方式造成的思维混乱。教学实践表明；当改变提问题角度的时候，其问题所涉及到的概念与规律并不超出原有的知识范围，但往往就会带来心理障碍。 4抓不住关键环节。物理问题的解决总是从初始状态出发，经过一些中间状态，最后达到目标状态。中间状态又叫问题空间，解决问题就是对问题空间进行搜索，而中间状态的搜索就必须抓住关键环节。 5.用数学方法代 替物理概念。由于物理概念中绝大部分是物理量，即可以定量表达，因而需要既明确物理意义又要掌握定量方法。由于历史上的原因，常常把物理量的重点放在定量方法上，很容易形成用定量方法代替物理意义。 五 .本章课时安排和主要课时的教学目标及其教学建议 1.本章课时安排 单元划分 本章可划分两个单元：第一单元第一节和第二节，讲述自由落体运动及其规律；第二单元第三节和第四节，讲述匀变速直线运动的规律及其与实际生活的应用。 课时安排： 本章共四节，总共用 7 课时，各节课时安排如下： 第一节探究自由落体运动 1 课时 第二节自由落体运动规律 1 课时 11 / 18 第三节从自由落体到匀变速直线运动 1 课时 第四节匀变速直线运动与汽车行驶安全 1 课时 实验探究小车速度随时间变化的规律 1 课时 复习及习题处理 2 课时 2.主要课时的教学目标及其教学建议 探究自由落体运动三维目标 知识与技能： （ 1）认识自由落体运动，知道影响物体下落快慢的因素，理解自由落体运动是在理想条件下的运动。 （ 2）了解自古至今人类探索落体运动规律的过程，培养想象力、逻辑思维能力、科学探究能力以及对知识的迁移运用能力。 （ 3）能运用打点计时器、 DIS 实验 系统、数字计时器及其他实验仪器得到相关的运动轨迹，并能自主分析运动信息，培养自主设计实验方案并用实验来解决问题的能力。 过程与方法： （ 1）运用科学哲学的认识论、方法论建构丰富多彩的不同科学探究模式，渗透学科思想、学科思维、学科方法，提升科学素养。 （ 2）通过对落体运动的自主实验探究，使学生对测量性探究方法，从实验有理、实验器材的选取和使用、实验步骤的设计、数据的采集与处理、得出结果、分析实验误差等，有12 / 18 初步认识和感受，学会使用控制变量法。 情感、态度与价值观： （ 1）调动学生积极参与讨论的兴趣，培 养逻辑思维能力及表述能力。 （ 2）渗透物理方法的教育，在研究物理规律的过程中抽象出一种物理模型 -自由落体。 （ 3）通过探究活动中实验方案设计的不断超越，培养学生敢于质疑权威，增强创新意识，形成科学的人生观和价值观。 教学重点： 引领学生学习探究物理问题的科学思想和研究方法，明确科学探索的一般步骤，同时掌握一定的实验方法，并在探究不同实验方案过程中提高科学素养。 教学难点： 1、理解伽利略研究自由落体运动的巧妙实验构思。 2、掌握用打点计时器、光电计数器、 DIS 传感实验系统、频闪照相、数 码摄像技术研究自由落体运动的实验方案。 教学建议： 1、由于学生受认知结构和日常生活经验的影响，对下落物体的运动可能存在着错误认识：重的物体下落得快，轻的物体下落得慢。所以在学习的过程中用好书上的两个相互对立的结论，是对学生头脑中错误概念的震撼，也是激发学生进一步学习的手段。 13 / 18 2、在教学中还可以增加新的实验，说明在特定的条件下，质量小的物体下落比质量大的快，充分说明物体的下落快慢不仅需要考虑重力，还必须考虑其他因素。 3、 “ 玻璃管 ” 实验建议由老师进行，实验准备要充分，确保一次成功，不能让学生产生疑问 。 4、通过实验可以使学生认识如何找出掩盖在表面现象下的规律的方法，要注意体现突出主要因素，忽略或排除次要因素的研究思想，加强学生对自由落体这一理想化运动特点的认识，为后面进一步研究作好铺垫。 5、教师在教学中要让学生初步体会抽象思维、提出假说、科学实验是进行科学研究的重要思路和方法，实验后的思考不急于得出结论，而是提供学生进一步探究思路和实验过程的分析，有关结论在后面的学习中会与学生共同得出。 自由落体运动规律三维目标 知识与技能： （ 1）理解什么是自由落体运动，知道它是初速度为零的匀加速直 线运动。 （ 2）理解自由落体运动的方向，知道在地球的不同地方，重力加速度大小不同。 （ 3）掌握自由落体运动的规律。 过程与方法： （ 1）通过对自由落体运动纸带的研究，学会分析和处理纸14 / 18 带上记录的运动信息。 （ 2）通过学习与自由落体运动相关的物理变化规律，培养分析与推理能力。 情感、态度与价值观： （ 1）经历对自由落体运动的探究过程，体会人类对客观世界发现之旅的乐趣。 （ 2）经历对自由落体运动的研究过程，体会数学在研究物理问题中的重要性。 教学重点： 自由落体运动规律 教学难点： 自由落 体运动是匀加速直线运动 教学建议： 1、在处理信息的过程中，要引导学生从已有的知识出发去思考问题，如用平均速度的概念，分析纸带给出的信息：物体沿着直线运动，自由落体运动的速度方向始终不变；相同时间内的位移越来越大，运动速度越来越大的直观结论。然后鼓励学生大胆地进行猜想：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。 2、在验证的过程中可以根据前一章第六节例题所得的公式为依据，用平均速度乘以时间，推导出自由落体的位移公式。 3、在交流与讨论 1 中，第 1 题的目地是让学生进一步体验15 / 18 “ 理论探究 ” 的方法在验证猜想的 过程中的作用，最好在课堂上与学生一起共同处理教材中所提供的纸带，使他们体会自主探究的乐趣，同时体会科学探究的方法；第 2 题涉及进一步的理论探究，对初学者有一定的难度，教学中可不要求学生真正得到结论，以鼓励学生运用理论探究进一步进行相关的研究学习为出发点，为后面得出匀变速直线运动规律打好基础。 4、关于重力加速度，教学中教师主要强调 g 是一个常量，它的大小不仅与位置有关，还与当地的地质结构、高度有关，可适当进行介绍。教师可直接告诉学生 g 值的大小，同时应指出，粗略计算时取 g=10m/s2 的目地是为了方便计算，是一 种简化计算采用的近似研究的处理。 5、在交流与讨论 2 中，教师可让学生计算在不计空气阻力的情况下，雨滴从高空落到地面瞬间的速度 ,再引导学生讨论分析计算结果 ,并交流各自的看法 ,通过分析荒谬的计算结果 ,促使学生思考在实际情况中自由落体运动规律的适用条件 . 从自由落体到匀变速直线运动三维目标 知识与技能： （ 1）理解匀变速直线运动的速度、位移公式。 （ 2）会应用公式进行简单的分析和计算。 过程与方法： 16 / 18 （ 1）经历由特殊到一般的推理过程，体会科学研究方法。 （ 2）结合图象的方法，让学生直观地理解公 式的物理意义。 （ 3）让学生自主探讨公式的归类，发现公式特点，并总结公式的应用技巧。 情感、态度与价值观： （ 1）了解伽利略的研究过程，体会科学研究方法。 （ 2）在探究过程中，培养学生良好的分析问题、解决问题的习惯。 教学重点： 1、在教学中培养学生通过自主观察发现问题、解决问题的习惯。 2、培养学生多角度、多途经解决问题，开拓学生多元化解题思路。 教学难点： 掌握各公式的优点和不足，灵活运用适当的公式解决适当的问题。 教学建议： 1、匀变速直线运动包括速度和位移公式，这两个公式要由老 师和学生共同得出。教学中要充分体现教材的设计