高中物理必修1第二章-教案.docx

第二章 匀变速直线运动的研究2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律一、教学目标（1）巩固打点计时器的使用、纸带数据处理和测量瞬时速度的方法。（2）通过实验探究，体验如何从实验研究中获取数据，学会利用图象处理实验数据的科学方法。（3）知道小车在重物牵引下运动速度随时间变化的规律。二、重点、难点重点：图象法研究速度随时间变化的规律。难点：对纸带数据的处理。三、教具学生电源、导线、打点计时器、小车、钩码、一端带有滑轮的长木板、带小钩的细线、纸带、刻度尺、坐标纸、投影机、笔记本电脑。四、教学过程在我们的生活中有跳远助跑、驾车、高山滑雪等运动，在自然界中有雨点下落、鸽子飞翔、蜗牛爬行等运动，在这些运动中都有速度的变化，且变化规律不尽相同，我们怎样才能知道速度随时间变化的规律呢？如何探究一个物体速度随时间变化的规律？如何知道物体在不同时刻的速度？用什么仪器测？复习打点计时器的使用和注意事项，瞬时速度的测量方法（一）进行实验步骤：（1）把一端附有滑轮的长木板平放（一高一低可否？）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远离滑轮的一端，连接好电路。（2）把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，先接通电源，然后放开小车，让小车拖着纸带运动，打完一条后立即关闭电源。换上新纸带，重复操作三次。选择一条最清晰的来分析。（3）增减所挂的钩码数，再做两次实验。本实验特别要注意哪些事项？打点计时器的限位孔应与长木板纵轴位置对齐再固定在长木板上，使纸带、小车、拉线和定滑轮在一条直线上。应考虑复写纸与纸带的位置关系。钩码数量不能过多，以100g以内为宜，长木板两端高低相差不能太大。小车应由紧靠打点计时器处开始释放，在撞击长木板末端前应让小车停止运动,防止小车从板上掉下来。先接通电源，后让纸带运动。打点结束后立即关闭电源。问题一：怎样分析和选取纸带上的点？开头过于密集的点舍掉；若纸带上点与点之间的距离较小，可取多个间隔（可5）为一个计数间隔时间（间隔不再是0.02s）（但要看具体情况灵活选定）；给选取的点加标记。问题二：如何计算出所取点的速度？用求平均速度的方法来代替（用计算较准确的平均速度来代替），如何代替？（选择包括该点在内的一段位移（该点最好处在中间时刻位置）x，找出对应的时间t，用xt作为该点的瞬时速度）；对于选取的两个端点的速度暂时不计算（误差较大）；测量各个计数点之间的距离应考虑估位、单位。（二）作出速度时间图象问题三：如何处理计算出来的数据？1列表法。（注意列表要求）2图象法：根据所得数据，选择合适的标度建立坐标系（让图象尽量分布在坐标系平面的大部分面积）。描点：观察和思考点的分布规律。拟合：从点的分布可以有很大把握地说这些点应该在一条直线上，用直线拟合，让尽可能多的点处在直线上，不在直线上的点应对称地分布在直线两侧。思考：为什么要用直线拟合？若某个点明显偏离直线，可能是什么原因及怎样处理？从图上可以看出小车的速度随时间怎样变化？问题四：如何根据速度时间图象（ vt图象）求小车的加速度和初速度？取任意两组数据求出v和t，然后代入vt求解。在vt图象上取一段时间t（尽量取大一些），找出两个时刻对应的坐标值求出v，代入vt求解。哪一种方法更好？（画图时让不在直线上的点尽可能等量地分布在直线两侧，就是为了使偏大或偏小的误差尽可能地抵消，所以图象也是减小误差的一种手段，也就是说应该用图象上的点，而不是用实验所得到的数据）纸带上零时刻的速度和末速度如何求？（根据图象来求，这样可以减小误差）练习：1关于用打点计时器研究小车在重物牵引下运动的实验操作，下列说法中正确的是（）长木板不能侧向倾斜，也不能一端高一端低在释放小车前，小车应紧靠在打点计时器处应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小车要在小车到达定滑轮前使小车停止运动，再断开电源2在用打点计时器研究小车在重物牵引下运动的实验中，某同学有如下操作步骤，其中错误的步骤是，遗漏的步骤是。拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，松开纸带后再接通电源将打点计时器固定在平板上，并接好电路把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮下面悬挂适当的钩码取下纸带放手，使小车在平板上做加速运动将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔将以上步骤完善后按合理序号排列。3用打点计时器拉动通过计时器的纸带来分析物体运动速度和加速度的实验中，可以分析的运动应该是（）速度恒为正值，加速度亦为正值的运动速度恒为负值，加速度亦为负值的运动速度由正值变负值，加速度为负值的运动速度由负值变正值，加速度为正值的运动ABCDE7.527.660.3105.6cm4在探究小车速度随时间变化规律的实验中，得到一条记录小车运动情况的纸带，如图所示，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点的时间间隔为T=0.1s。（）根据纸带上的数据，计算B、C、D各点的速度，填入表中。（）在坐标纸上作出小车的v-t图象。位置编号ABCDE时间t/s00.10.20.30.4瞬时速度v/(ms-1)2.2 匀变速直线运动的速度与时间的关系一、教学目标（1）知道什么是匀变速直线运动。（2）知道匀变速直线运动的v-t图象特点，知道直线的倾斜程度反应匀变速直线运动的加速度。（3）理解匀变速直线运动的速度随时间变化的关系式v=v0+at ，会用v=v0+at解简单的匀变速直线运动问题。二、重点、难点重点：理解匀变速直线运动的意义； 匀变速直线运动的速度与时间的关系式的推导过程及应用。难点：灵活运用速度公式解决实际问题。三、设计思路科学的探究总是从简单到复杂，研究运动是从匀速直线运动开始，由匀速直线运动的 图象入手，先分析匀速直线运动的速度特点，再分析匀变速直线运动，图象中斜率不变，得到加速度不变，得出匀变速直线运动的概念，并通过推理或数形结合两种途径得出匀变速直线运动的速度与时间关系的公式v = v0 + at。最后通过两道例题的教学巩固对速度与时间的关系式理解。四、教学过程第一课时（一）引入新课上节课，同学们通过实验研究了小车速度与时间的关系，并画出了小车运动的t图象。设问：小车运动的t图象是怎样的图线？（让学生画一下）（ms-1）t/st00学生画出小车运动的t图象，并能表达出小车运动的t图象是一条倾斜的直线。速度和时间的这种关系称为线性关系。并强调，纵坐标取速度，横坐标取时间。学生坐标轴画反的要更正。设问：在小车运动的t图象上的一个点P（t1,v1）表示什么？学生回答：t1时刻，小车的速度为v1 ；（二）匀变速直线运动1概念的引入（ms-1）t/st000向学生展现问题：提问：这个t图象有什么特点？它表示物体运动的速度有什么特点？物体运动的加速度又有什么特点？学生分小组讨论，每一小组由一位同学陈述小组讨论的结果。学生回答：图象是一条平行于时间轴的直线。物体的速度不随时间变化，即物体作匀速直线运动。作匀速直线运动的物体，v = 0，= 0，所以加速度为零。向学生展现问题：提问：在上节的实验中，小车在重物牵引下运动的v-t图象是一条倾斜的直线，物体的加速度有什么特点？直线的倾斜程度与加速度有什么关系？它表示小车在做什么样的运动？老师引导：从图可以看出，由于v-t图象是一条倾斜的直线，速度随着时间逐渐变大，在时间轴上取取两点t1，t2,则t1，t2间的距离表示时间间隔t=t2t1，t1时刻的速度为v1，t2时刻的速度为v2，则v2v1= v，v即为间间隔t内的速度的变化量。提问：v与t是什么关系？每一小组由一位同学陈述小组讨论的结果。v-t图象是一条倾斜的直线，由作图可知无论t选在什么区间，对应的速度v的变化量v与时间t的变化量t之比都是一样的，等于直线的斜率，即加速度不变。所以v-t图象是一条倾斜的直线的运动，是加速度不变的运动。知识总结：沿着一条直线，且加速度不变的运动，叫做匀变速直线运动。(uniform variable rectilinear motion)。匀变速直线运动的v-t图象是一条倾斜的直线。物体做匀变速直线运动的条件：沿着一条直线运动 加速度不变2对匀变速直线运动的理解：要注意以下几点：加速度是矢量，既有大小又有方向。加速度不变，指的是加速度的大小和方向都不变。若物体虽然沿直线运动，且加速度的大小不变，但加速度的方向发生了变化，从总体上讲，物体做的并不是匀变速直线运动。沿一条直线运动这一条件不可少，因为物体尽管加速度不变，但还可能沿曲线运动。例如我们在模块“物理2”中将要讨论的平抛运动，就是一种匀变速曲线运动。加速度不变，即速度是均匀变化的，运动物体在任意相等的时间内速度的变化都相等。因此，匀变速直线运动的定义还可以表述为：物体在一条直线上运动，如果在任意相等的时间内速度的变化量都相等，这种运动就叫做匀变速直线运动。展示以下两个v-t图象，请同学们观察，并比较这两个v-t图象。vto甲vto乙学生回答v-t图线与纵坐标的交点表示t = 0 时刻的速度，即初速度v0。v-t图线的斜率在数值上等于速度v的变化量v与时间t的变化量t之比，表示速度的变化量与所用时间的比值，即加速度。由作图可得甲乙两个v-t图象表示的运动都是匀变速直线运动，但甲图的速度随时间均匀增加，乙图的速度随着时间均匀减小。知识总结：在匀变速直线运动中，如果物体的速度随着时间均匀增加，这个运动叫做匀加速直线运动；如果物体的速度随着时间均匀减小，这个运动叫做匀减速直线运动（三）速度与时间的关系式提问：除用图象表示物体运动的速度与时间的关系外，是否还可以用公式表达物体运动的速度与时间的关系？vtoV0VtVt教师引导，取t=0时为初状态，速度为初速度V0，取t时刻为末状态，速度为末速度V，从初态到末态，时间的变化量为t，则t = t0，速度的变化量为V,则V = VV0学生回答：因为加速度 a = ,所以V =a tVV0= a tVV0= a tV= V0 + a t知识总结：匀变速直线运动中，速度与时间的关系式是V= V0 + a t匀变速直线运动的速度与时间关系的公式：V= V0 + a t的理解：由于加速度a在数值上等于单位时间内速度的变化量，所以at是从0t这段时间内速度的变化量；再加上运动开始时物体的速度V0，就得到t时刻物体的速度V。公式说明，t时刻的速度v与初速度v0、加速度a和时间t有关。让学生明白该公式不仅可以应用在匀加速直线运动中，也可以应用在匀减速运动中对于匀加速直线运动，若取V0 方向为坐标轴的正方向（V0 0），a等于单位时间内速度的增加量，at是从0t这段时间内速度的增加量； t时刻物体的速度V等于初速V0加上at。即V= V0 + a t，这说明：对匀加速直线运动，初速V0 0时，加速度a0对于匀减速直线运动，若取V0 方向为坐标轴的正方向（V0 0），a等于单位时间内速度的减少量，at是从0t这段时间内速度的减少量； t时刻物体的速度V等于初速V0减去at。即V= V0 +（- a t），这说明：对匀加速直线运动，初速V0 0时，加速度ao，a0。对汽车刹车过程，在给定的时间内的汽车是否一直在做匀减速直线运动，还需要进行判断。让学生感受到一题多解公式法、图象法和逆向思维法。）2通过物理情景1的分析，让学生寻找匀变速直线运动中位移与速度的关系。【情景1】射击时，火药在枪筒中燃烧。燃气膨胀，推动弹头做加速运动。若把子弹在枪筒中的运动看做匀加速直线运动，假设枪筒长0.64m，子弹的加速度5105m/s2，我们根据已知条件能否求出子弹射出枪口时的速度？问题1：能否根据题意，用前面的运动规律解决？学生活动用公式得出子弹离开枪口时的速度。问题2：速度公式和位移公式是匀变速直线运动的两条基本规律，公式中共有五个物理量，一般来说，已知其中的三个量就可以求出其余的一个或两个物理量。在这个问题中，已知条件和所求的结果都不涉及时间t，它只是一个中间量。能否根据前面学习的运动规律，得到位移x与速度v的关系呢？学生活动用公式进行推导。（请一位学生板演）教师活动通过以上分析可以看到，如果说问题的已知量和未知量都不涉及时间，利用求解，往往会使问题变得简单、方便。学生活动用公式求解上面的问题，并与前面的方法进行比较。（五）当堂检测例1通过测试得知某型号的卡车在某种路面上急刹车时加速度大小是5m/s2。如果要求它在这种路面上行驶时在22.5m内必须停下，它的行驶速度不能超过多少千米每小时？教师活动 分析问题，用公式求解问题，并注意匀减速直线运动中加速度取负值。通过板书提醒学生解题规范化。例2 美国“肯尼迪”号航空母舰上装有帮助飞机起飞的弹射系统。已知“F-A-15”型战斗机在跑道上加速时可产生的最大加速度为5. 0m/s2，起飞速度为50m/s。若要该飞机滑行100m后起飞，则：（1）弹射系统必须使飞机具有多大的初速度？（可保留根号）（2）假设某航空母舰不装弹射系统，但要求“F-A-15”型战斗机能在它上面正常起飞，则该跑道至少多长？教师活动分析题意，已知条件，求什么物理量，正确选取运动规律。学生活动用公式求解问题，同时注意具体问题具体分析。例3 驾驶手册规定具有良好刹车性能的汽车在以80km/h的速率行驶时，可以在56m的距离内刹住；在以48km/h的速率行驶时，可以在24m的距离内刹住。假设对这两种速率，驾驶员的反应时间（在反应时间内驾驶员来不及使用刹车，车速不变）与刹车产生的加速度都相同，则驾驶员的反应时间是多少？教师活动引导学生分析汽车在整个过程中运动规律，如何解决问题。学生活动根据题意的分析，正确选用运动规律求解。五、本课小结1通过 图象运用极限的思想这一科学思维方法来推导匀变直线运动的位移公式。2通过实例探究出匀变速直线运动的一个重要推论位移与速度的关系式。六、板书设计第三节 匀变速直线运动的位移与时间的关系一、匀速直线运动的位移1位移公式：x=t2匀速直线运动的位移对应着图象中的矩形面积二、匀变速直线运动的位移与时间关系的公式：当a0时，公式为当0时，公式为三、匀变速直线运动的位移与速度的关系式：当0时，公式为2.4 自由落体运动一、教学目标（1）知道物体做自由落体运动的条件。（2）通过实验探究自由落体运动加速度的大小，建立重力加速度的概念，知道重力加速度的方向、在地球上的不同地方重力加速度的大小不同，通常情况下g取9.8m/s2.（3）掌握自由落体运动的特点和规律。二、重点、难点重点：物体自由下落的快慢和所受重力无关及自由落体运动的特点和规律难点：自由落体运动的加速度。三、设计思路自由落体运动是匀变速直线运动的一种具体情形。此前，学生已经学习了匀变速直线运动的规律，也学习了研究匀变速直线运动的基本方法，对本课的学习，实际上是引导学生利用已有知识解决生活实际中的问题。组织学生进行探究活动，既有利于巩固所学的知识，培养学生解决实际问题、探求规律的能力，还能对学生进行科学方法和科学思想的教育。四、教学过程（一）情景导入教师两手分别拿一小球和纸片，从相同的高度释放两物体.提出问题：小球和纸片谁先落地呢？这说明什么问题呢？是不是说重的物体比轻的物体落地比较快呢？我们这节课就来研究这个问题.故事导入一位普通的妈妈，身体纤弱，轻声细语，几乎不爱好任何的体育运动.一天，她出门去买东西，孩子和保姆留在家里.保姆拉过一张桌子放在窗户前，让孩子自己趴在桌子上玩，自顾自地做其他事情去了.当妈妈的身影在远方出现的时候，孩子兴奋地手舞足蹈起来，他伸出小手想去拥抱那个熟悉的身影，大半个身体顿时悬在半空中.孩子不会理解自己身处的险境，希望妈妈立刻把他抱进怀里.于是，五楼的窗口上，小男孩变得像小鸟一样轻盈，他张着翅膀向着妈妈飞过去.周围的人们都目睹了这一幕：远处的妈妈只感觉自己变成了一支箭飞快地奔向一栋大楼，然后准确地接住了从楼上掉下来的一个小男孩.闻讯赶来的消防队员对这一幕的发生简直难以置信，按照他们的计算，用那么短的时间从女人当时所处的位置跑到楼下是不可思议的，连最优秀的消防员也无法达到那样的速度.你能根据当时的情景测出这位伟大母亲的奔跑速度吗？需要知道哪些物理量呢？复习导入复习旧知：1.匀变速直线运动的规律2.推论vt2=v02+2as；=；v0=0我们今天应用这些知识研究一种常见的运动自由落体运动.演示：硬币和纸片分别从同一高度由静止开始同时下落，观察下落速度，从表面上看得到结论：“物体越重，下落得越快”.是这样吗？（二）推进新课一、自由落体运动在现实生活中，不同物体的下落快慢在不少情况下是不同的.从苹果树上落下的苹果和飘下的树叶能一起同时下落吗？教师设疑：重的物体一定下落得快吗？你能否证明自己的观点？猜想：物体下落过程的运动情况与哪些因素有关，质量大的物体下落速度比质量小的快吗？合作探究取两枚相同的硬币和两张与硬币表面面积相同的纸片，把其中一张纸片揉成纸团，在下述几种情况下，都让它们从同一高度自由下落，观察下落快慢情况.1.从同一高度同时释放一枚硬币和一个与硬币面积相同的纸片，可以看到硬币比纸片下落得快，说明质量大的下落得快.2.两张完全相同的纸片，将其中一张卷紧后从同一高度同时释放，观察到卷紧的纸团比纸片下落得快，说明质量相同时体积小的下落得快.3.将一枚硬币与已经粘贴了纸片的硬币从同一高度同时释放，观察到一样快，说明体积相同质量不同时下落一样快.4.一块面积较大的硬纸板、一个小软木塞，分别放到已调平的托盘天平的两个盘中，可以看出纸板比软木塞重，从同一高度同时释放它们，软木塞比纸板下落得快，说明在特定的条件下，质量小的物体下落得会比质量大的物体还快.结论：物体下落过程的快慢与物体质量（轻重）无关. “牛顿管”的实验（播放视频）将羽毛和金属片放入有空气的玻璃管中，让它们同时下落，观察到的现象是金属片下落得快，羽毛下落得慢.将羽毛和金属片放入抽去空气的玻璃管中，让它们同时下落，观察到的现象是金属片和羽毛下落的快慢相同.做牛顿管对比实验要注意：1.抽气达到一定的真空度时，应先关闭钱毛管阀门，然后再停止泵的运转.2.先让学生观察羽毛、软木塞或金属片在已抽成真空的牛顿管中同时下落，它们几乎同时落到管底.3.打开进气阀，让学生注意听到进气的声音，看羽毛被气流吹起的现象，再让学生观察羽毛、软木塞或金属在有空气的牛顿管中同时下落，它们的下落快慢差别很大.4.实验时，勿使金属片压在羽毛上，以免不抽气时出现同时下落的现象.结论：影响落体运动快慢的因素是空气阻力的作用，没有空气阻力时，只在重力作用下轻重不同的物体下落快慢相同.【课堂训练】图2-5-1所示是课题研究小组进行自由落体运动实验时，用频闪连续拍照的方法获得的两张照片A和B，任选其中的一张，回答下列几个问题： A.质量相等的纸片和纸团 B.体积相等的铅球和木球图2-5-1（1）我选图_；（2）我从图中观察到的现象是:_；（3）请对你所观察到的现象进行解释.参考解答1:（1）图A（2）质量相等的纸片和纸团同时释放，纸片比纸团下落得慢.（3）如图2-5-2，质量相等的纸片和纸团，它们的重力相等.由于空气的阻力对纸片的影响较大，不能忽略，所以纸片下落加速度较小.如果把纸片揉成纸团，空气阻力对纸团的影响较小，纸团下落加速度较大，所以质量相等的纸片和纸团同时放手，纸片比纸团下落得慢.图2-5-2参考解答2:（1）图B（2）体积相等的铅球和木球同时释放，几乎是同时落地的.（3）如图2-5-3，阻力对它们的影响很小，几乎可以忽略，虽然G铅大于G木，但是由于m铅也大于m木，即铅球的惯性比木球大，所