高中物理必修一教案

目录第一章运动的描述21 质点 参考系和坐标系22 时间和位移73 运动快慢的描述速度124 实验：用打点计时器测速度175 速度改变快慢的描述加速度22第二章匀变速直线运动的研究261 实验：探究小车速度随时间变化的规律262 匀变速直线运动的速度与时间的关系303 匀变速直线运动的位移与时间的关系344 自由落体运动395 伽利略对自由落体运动的研究42第三章相互作用451 重力 基本相互作用452 弹力483.3摩擦力513.4力的合成545 力的分解586、受力分析627 共点力作用下物体的平衡65第四章 牛顿运动定律691 牛顿第一定律692 实验：探究加速度与力、质量的关系733 牛顿第二定律774 力学单位制815 牛顿第三定律846 用牛顿定律解决问题（一）887 用牛顿运动定律解决问题（二）92第一章运动的描述1 质点 参考系和坐标系知识与技能1.认识建立质点模型的意义和方法，能根据具体情况将物体简化为质点.知道它是一种科学的抽象，知道科学抽象是一种普遍的研究方法.2.理解参考系的选取在物理中的作用，会根据实际情况选定参考系.3.认识一维直线坐标系，掌握坐标系的简单应用.过程与方法1.体会物理模型在探索自然规律中的作用，初步掌握科学抽象理想化模型的方法.让学生将生活实际与物理概念相联系，通过具体事例引出质点的这个理想化的模型.通过几个具体的例子让学生自主讨论，在讨论与交流中自主升华为物理中的概念.2.通过参考系的学习，知道从不同角度研究问题的方法.让学生从熟悉的常见现象和已有的生活经验出发，体验不同参考系中运动的相对性，揭示参考系在确定物体运动时客观存在的必要性和合理性，促使学生形成勤于观察、勤于思考的习惯，提高学生自主获取知识的能力.3.体会用坐标方法描述物体位置的优越性，可用不同的方法设计实验并体会比较，增强学生发现问题并力求解决问题的意识和能力.情感态度与价值观1.认识运动是宇宙中的普遍现象，运动和静止的相对性.培养学生热爱自然、关心科技发展、勇于探索的精神.2.通过质点概念和参考系的学习，体会物理规律与生活的联系.3.渗透抓住主要因素，忽略次要因素的哲学思想.4.渗透具体问题具体分析的辩证唯物主义思想，帮助学生建立辩证唯物主义的世界观.5.通过本节学习，激发学生学习高中物理课程的兴趣.教学重点 1.理解质点概念以及初步建立质点概念所采用的抽象思维方法.2.在研究具体问题时，如何选取参考系.3.如何用数学上的坐标轴与实际的物理情景结合起来建立坐标系.教学难点 在什么情况下可以把物体看作质点，即将一个实际的物体抽象为质点的条件.教具准备 录像资料、多媒体课件课时安排 1课时教学过程 新课导入师：请同学们观看一段录像后思考问题（有关运动的话题）.（放映录像）选择有关反映物体运动的画面播放给学生看，如：雄鹰、小鸟在空中飞翔，飞机在天空中划过，行星、卫星在宇宙中运行，航天员杨利伟在宇航舱中给地球拍照，汽车在公路飞驰，轮船在海水中搏击海浪。教师总结，讲述机械运动.机械运动：简称“运动”.指物体与物体间或是物体的一部分和另一部分间相对位置随时间发生改变的过程，是最基本、最简单、最普遍的运动形式.机械运动是空间位置随时间变化的体现.这里涉及到空间和时间的问题.师：古希腊杰出的哲学家、科学家、圣贤亚里士多德曾说过“不了解运动，就不了解自然”，这句话向我们提出了严峻的挑战.我们要充满信心，迎接这一挑战.师：我们在刚才的录像片中看到：汽车在公路上飞驰，江水在咆哮着奔向远方，鸟儿在飞翔，树叶在摇动，高山上流水，瀑布直泻千尺，雪花在空中飞舞（放映录像）（播放“神舟”五号升空的录像片）“2003年10月15日，一个令人骄傲的日子，一个彪炳史册的日子，我国第一艘载人飞船满载着全国人民的希望成功升空.”师：飞船在茫茫太空中遨游，假如你是文学家，你如何描述它的运动呢？师：如果你是科学家，你又将如何描述呢？这就是我们今天要研究的课题认识运动.新课教学一、物体和质点针对上面看过的录像，老师提出问题：详细描述物体的运动有什么困难？我们需要了解物体各部分运动的区别吗？学生讨论：要准确描述物体的运动，特别是物体各部分的详细运动情况，并不是一件很容易的事.因为物体本身都有一定的大小和形状，物体各部分的运动情况一般并不一样.师：在刚才看过的录像片中，看到了“神舟”五号.据报道，“神舟”五号飞船载人舱长7.4 m，直径2.8 m，用长58 m、重达480 t的“长征”2号火箭发射.升空后，显示在指挥部荧光屏上的仅是一个小小的光点.科学家研究它在空中的位置、离开地面的高度、飞行的速度、运动轨道等问题时，需要考虑它本身的大小和形状吗？生：不需要，我们可以用荧光屏上的小光点代替这个“庞大”的飞船呀！引入质点：用来代替物体的有质量的点.根据所研究问题的性质和需要，抓住问题中的主要因素，忽略次要因素，建立一种理想化的模型，使复杂问题得到简化，这是一种重要的科学研究方法.引子：乒乓球小而轻，直径仅4 cm，质量约2.7 g.运动员研究各种旋转球的打法时，要关注球的受力部位和受力方向对旋转的影响.这种情况下，必须考虑到球的大小和形状，不能把它简化为一个点.对质点小结：1.质点是一种科学抽象，是一种理想化的模型.2.质点是对实际物体的近似，这也是物理学中常用的一种重要的研究方法.3.一个物体能否看成质点，取决于它的形状和大小在所研究问题中是否可以忽略不计，而跟自身体积的大小、质量的多少和运动速度的大小无关.4.一个物体能否被看作质点，取决于所研究问题的性质.即使是同一个物体，在研究的问题不同时，有的情况下可以看作质点，而有的情况可能不可以看作质点.【课堂探究】亲自做一做、试一试，书本在下列情景中能否被看成质点.1.沿一个方向推动桌面上的书本，如果测量书本移动的距离，是否可以将书本视为质点，为什么？2.如果测定书本经过桌面上方某一定点所需要的时间，是否可以将书本视为质点，为什么？3.还有什么情况下书本可以被视为质点？什么情况下书本不能被视为质点？说明：将物体看作质点的条件：（1）平动的物体可以看作质点，一般研究物体的转动时不能把物体看作质点.（2）物体有转动，但物体的转动不是我们所要研究的主要问题时，物体本身的形状和大小已变成了次要因素.（3）物体本身的大小对所研究的问题不能忽略时，不能把物体看作质点，如研究火车过桥的时间时就不能把火车看作质点.二、参考系引子：请你设想一下，你和一位同伴正坐在火车中去旅行.铁路边的人看到火车中的乘客在飞快地离去，而乘客自己却认为自己是静止的.让学生自己分析，教师加以引导.生1：车中两个小孩都是静止的，他们都没动.生2：这两个小孩是运动的，因为在车窗玻璃上有几个线条表示“风”，这是画家描述运动时常用的手法.师：两个小孩和车都是运动的，这是相对地面来说的，而两个小孩之间是相对静止的，他们的相对位置没有改变.师：平时我们说树木、房屋是静止的，行驶的汽车是运动的，这是以地面作标准来说的.坐在行驶的火车里的乘客，认为自己是静止的，而在车厢里走动的乘务员在运动，他还认为路旁的树木在向后倒退，这些都是以车厢作标准来说的.在描述一个物体的运动时，选来作为标准的另外的物体参考系.参考系：任何运动都是相对于某个参照物而言的，这个选来作标准的参照物称为参考系.展示问题：1.电影闪闪的红星中有两句歌词：“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走.”这其中分别描述了两种运动情景，那么它们分别是以什么为参考系的？2.“月亮在莲花般的云朵里穿行.”3.坐在美丽的校园内学习毛泽东的诗句“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”时，我们感觉是静止不动的.这与诗句里的描述是否矛盾?说明理由.4.敦煌曲子词中有这样的诗句：“满眼风波多闪烁，看山恰似走来迎，仔细看山山不动，是船行.”其中“看山恰似走来迎”和“是船行”所选的参考系分别是什么?组织学生小结并作好适时适度的引导：（1）运动和静止都是相对于参考系的.（2）参考系的选取是任意的.（3）选择不同的参考系，观察的结果可能不一样，也可能一样.（4）选择参考系时，应使物体运动的描述尽可能简单、方便.（5）比较两个物体的运动情况，必须选择同一参考系才有意义.三、坐标系展示问题：有时需要准确地描述某个物体所在的位置，如地理上用纬度和经度来确定某个地点.在军事、大地测量等领域常采用全球卫星定位系统（GPS）来确定方位.要准确地描述物体的位置及位置变化需要建立坐标系.如果物体在一维空间运动，即沿一条直线运动，只需建立直线坐标系，就能准确表达物体的位置；如果物体在二维空间运动，即在同一平面运动，就需要建立平面直角坐标系来描述物体的位置；当物体在三维空间运动时，则需要建立三维直角坐标系来描述.【课堂探究】创设一个实例让学生思考，可以结合本地实际选取相应的例子.参考示例：如图111所示，一辆汽车从天安门沿长安街驶向西单、南菜园方向，思考汽车的位置随时间怎样变化？问题：1.如何选择坐标轴和正方向？2.如何选择坐标原点？3.如何确定坐标轴上的刻度值？图111师：对质点的直线运动，一般选质点的运动轨迹为坐标轴，质点运动的方向为坐标轴的正方向，选取质点经过坐标轴原点的时刻为时间的起点.师：画坐标系时，必须标上原点、正方向和单位长度.【课堂训练】一质点在x轴上运动，各个时刻的位置坐标如下表：t/s012345x/m054171（1）请在下面的x轴上标出质点在各时刻的位置.图112（2）哪个时刻离坐标原点最远？有多远？参考答案：（1）如图113标注：图113（2）在第4 s末的位置坐标是7 m，说明这一时刻质点离开坐标原点的距离为7 m，在x轴的负向上，为最远，而其他几个都不是最远的.小结：本节学习的参考系和质点的概念是运动学甚至整个力学的最基本、最重要的概念，并且还提供了重要的科学思维方法.了解参考系的概念，对于观察、比较、研究物体的运动有实际的意义.同学们要明白，严格意义上的“有质量的点”实际上是不存在的，是一种理想化模型，是对实际物体的近似，是一种科学抽象.布置作业板书设计 1 质点 参考系和坐标系机械运动：简称“运动”，指物体与物体间或是物体的一部分和另一部分间相对位置随时间发生改变的过程，是最基本、最简单、最普遍的运动形式.物体和质点参考系坐标系概念用来代替物体的有质量的点.描述物体的运动时，选择用来作参考的物体称为参考系.为了定量地描述物体的位置及位置的变化，而需要在参考系上建立适当的坐标系.说明（1）质点是一种科学抽象，是一种理想化的模型. （2）质点是对实际物体的近似，这也是物理学中常用的一种重要的研究方法.（3）一个物体能否看成质点，取决于它的形状和大小在所研究问题中是否可以忽略不计，而跟自身体积的大小、质量的多少和运动速度的大小无关. （1）运动和静止都是相对于参考系的.（2）参考系的选取是任意的.（3）选择不同的参考系，观察的结果可能不一样，也可能一样.（4）选择参考系时，应使物体运动的描述尽可能简单、方便.（5）比较两个物体的运动情况，必须选择同一参考系才有意义.（1）描述直线运动的物体的位置变化，可以建立一维直线坐标系.（2）描述平面上运动的物体的位置变化，可以建立二维平面直角坐标系.（3）描述立体空间内运动的物体的位置变化，可以建立三维立体空间坐标系.反思：自然界中任何一种事物及其运动变化，都是比较复杂的，研究问题，要暂时撇开起作用很小的因素，抓住主要因素.如果在我们研究的问题中，物体的形状、大小，以及物体上各部分运动的差异是次要的或不起作用的，就可以把它看成质点.2 时间和位移知识与技能1.知道时间和时刻的区别和联系.2.理解位移的概念，了解路程与位移的区别.3.知道标量和矢量，知道位移是矢量，时间、时刻和路程是标量.4.能用数轴或一维直线坐标表示时刻和时间、位置和位移.5.知道时刻与位置、时间与位移的对应关系.过程与方法1.围绕问题进行充分的讨论与交流，联系实际引出时间、时刻、位移、路程等，要使学生学会将抽象问题形象化的处理方法.2.会用坐标表示时刻与时间、位置和位移及相关方向.3.会用矢量表示和计算质点位移，用标量表示路程.情感态度与价值观1.通过时间位移的学习，要让学生了解生活与物理的关系，同时学会用科学的思维看待事实.2.通过用物理量表示质点不同时刻的不同位置，不同时间内的不同位移（或路程）的体验，领略物理方法的奥妙，体会科学的力量.3.养成良好的思考表述习惯和科学的价值观.4.从知识是相互关联、相互补充的思想中，培养同学们建立事物是相互联系的唯物主义观点.教学重点 1.时间和时刻的概念以及它们之间的区别和联系.2.位移的概念以及它与路程的区别.教学难点 1.帮助学生正确认识生活中的时间与时刻.2.理解位移的概念，会用有向线段表示位移.教具准备 多媒体课件课时安排 2课时教学过程 引入新课师：上节课我们学习了描述运动的几个概念，大家想一下是哪几个概念？生：质点、参考系、坐标系.师：大家想一下，如果仅用这几个概念，能不能全面描述物体的运动情况？生：不能.师：那么要准确、全面地描述物体的运动，我们还需要用到哪些物理概念？引言：宇宙万物都在时间和空间中存在和运动.我们每天按时上课、下课、用餐、休息.从幼儿园、小学、中学，经历一年又一年，我们在时间的长河里成长.对于时间这个名词，我们并不陌生，你能准确说出时间的含义吗？物体的任何机械运动都伴随着物体在空间中位置的改变，你们用什么来量度物体位置的改变呢？这就是我们今天要研究的课题时间和位移.新课教学一、时刻和时间间隔【讨论与交流】指导学生仔细阅读“时刻和时间间隔”一部分，然后用课件投影展示本校作息时间表.师：同时提出问题：1.在我校的作息时间表上，你能找出更多的时刻和时间间隔吗？2.结合教材，你能列举出哪些关于时间和时刻的说法？3.观察教材第14页图1.21，如何用数轴表示时间？学生在教师的指导下，自主阅读，积极思考，然后每四人一组展开讨论，每组选出代表，发表见解，提出问题.生：我们开始上课的“时间”：8：00就是指的时刻；下课的“时间”：8：45也是指的时刻.这样每个活动开始和结束的那一瞬间就是指时刻.生：我们上一堂课需要45分钟，做眼保健操需要5分钟，这些都是指时间间隔，每一个活动所经历的一段时间都是指时间间隔.师：根据以上讨论与交流，能否说出时刻与时间的概念.教师帮助总结并回答学生的提问.师：时刻是指某一瞬时，时间是时间间隔的简称，指一段持续的时间间隔.两个时刻的间隔表示一段时间.让学生再举出一些生活中能反映时间间隔和时刻的实例，并让他们讨论.教师利用课件展示某一列车时刻表，帮助学生分析列车运动情况.（展示问题）根据下列“列车时刻表”中的数据，列车从广州到长沙、郑州和北京西站分别需要多长时间？T15站名T1618：19北京西14：5800：3500：41郑州08：4208：3605：4905：57武昌03：2803：2009：1509：21长沙23：5923：5116：25广州16：52参考答案：6小时59分、15小时50分、22小时零6分.（教师总结）师：平常所说的“时间”，有时指时刻，有时指时间间隔，如有人问你：“你们什么时间上课啊？”这里的时间是指时间间隔吗？生：不是，实际上这里的时间就是指的时刻.师：我们可以用数轴形象地表示出时刻和时间间隔.教师课件投放教材图1.21所显示的问题，将其做成Flash动画.学生分组讨论，然后说说怎样用时间轴表示时间和时刻.生：时刻：在时间坐标轴上用一点来表示时刻.时间：两个时刻的间隔表示一段时间.一段时间在时间坐标轴上用一线段表示.师：为了用具体数字说明时间，必须选择某一时刻作为计时起点，计时起点的选择是人为的.单位秒（s）.师：下图121给出了时间轴，请你说出第3秒，前3秒，第3秒初第3秒末，第n秒的意义.图121生：如图122所示.图122二、路程和位移（情景展示）中国西部的塔克拉玛干沙漠是我国最大的沙漠，在沙漠中，远眺不见边际，抬头不见飞鸟.沙漠中布满了100200 m高的沙丘，像大海的巨浪，人们把它称为“死亡之海”.许多穿越这个沙漠的勇士常常迷路，甚至因此而丧生.归结他们失败的原因都是因为在沙漠中搞不清这样三个问题：我在哪里？我要去哪里？选哪条路线最佳？而这三个问题涉及三个描述物体运动的物理量：位置、位移、路程.师：（投影中国地图）让学生思考：从北京到重庆，观察地图，你有哪些不同的选择？这些选择有何相同或不同之处？生：从北京到重庆，可以乘汽车，也可以乘火车或飞机，还可以中途改变交通工具.选择的路线不同，运动轨迹不同，但就位置变动而言，都是从北京来到了重庆.师：根据上面的学习，你能给出位移及路程的定义吗？生：位移：从物体运动的起点指向运动的终点的有向线段.位移是表示物体位置变化的物理量.国际单位为米（m）.路程：路程是质点实际运动轨迹的长度.在坐标系中，我们也可以用数学的方法表示出位移.实例：质点从A点运动到B点，我们可以用有方向的线段来表示位移，从初始位置A向末位置B画有向线段，展示教材图1.23.【讨论与思考】1.（用课件展示中国地图）在地图上查找上海到乌鲁木齐的铁路.请根据地图中的比例尺估算一下，坐火车从上海到乌鲁木齐的位移和经过的路程分别是多少？阅读下面的对话：甲：请问到市图书馆怎么走？乙：从你所在的市中心向南走400 m到一个十字路口，再向东走300 m就到了.甲：谢谢！乙：不用客气.请在图123上把甲要经过的路程和位移表示出来.图123教师总结师：只有在单向直线运动中，位移的大小才等于路程，在其他情况中，路程要大于位移的大小.三、矢量和标量师：像位移这样的物理量，既有大小又有方向，我们以前学过的物理量很多都只有大小，没有方向，请同学们回忆并说给大家听听.学生讨论后回答生：温度、质量、体积、长度、时间、路程.对于讨论中学生可能提出这样的问题，像电流、压强这两个学生学过的物理量，它们是有方向的，但它们仍然是标量.这在以后的学习中会更进一步加深对矢量和标量的认识.学生阅读课文后，说说矢量和标量的算法有什么不同.生：两个标量相加遵从算术加法的法则.【讨论与思考】一位同学从操场中心A出发，向北走了40 m，到达C点，然后又向东走了30 m，到达B点.用有向线段表明他第一次、第二次的位移和两次行走的合位移（即代表他的位置变化的最后结果的位移）.三个位移的大小各是多少？你能通过这个实例总结出矢量相加的法则吗？解析：画图如图124所示.矢量相加的法则是平行四边形法则.图124四、直线运动的位置和位移提出问题：我们怎样用数学的方法描述直线运动的位置和位移？如果物体做的是直线运动，运动中的某一时刻对应的是物体处在某一位置，如果是一段时间，对应的是这段时间内物体的位移.如图126所示，物体在时刻t1处于“位置”x1，在时刻t2运动到“位置”x2，那么，（x2x1）就是物体的“位移”，记为x=x2x1.图126可见，要描述直线运动的位置和位移，只需建立一维坐标系，用坐标表示位置，用位置坐标的变化量表示物体位移.在一维坐标系中，用正、负表示运动物体位移的方向.如图127所示汽车A的位移为负值，B的位移则为正值.表明汽车B的位移方向为x轴正向，汽车A的位移方向为x轴负向.图127小结时间和时刻这两个概念是同学们很容易混淆的，同学们要掌握时间坐标轴.在时间轴上，用点表示时刻，用线段表示一段时间间隔.位移和路程是两个不同的物理量，位移是用来表示质点变动的，它的大小等于运动物体初、末位置间的距离，它的方向是从初位置指向末位置，是矢量；而路程是物体实际运动路径的长度，是标量.只有物体做单向直线运动时，其位移大小才和路程相等，除此以外，物体的位移的大小总是小于路程.找位移的最好办法是从初位置到末位置间画有向线段.有向线段的方向就是位移的方向，有向线段的长度就是位移的大小.时刻对应位置，时间对应位移.在位置坐标轴上，用点来表示位置，用有向线段来表示位移.布置作业教材第16页问题与练习.板书设计 2 时间和位移时 间在时间坐标轴上对应于一段时 刻在时间坐标轴上对应于一点位 移初位置指向末位置的有向线段表示位移，描述物体位置的改变，是矢量，与运动路径无关，只由初末位置决定路 程质点运动轨迹的长度，是标量，取决于物体运动路径矢 量矢量既有大小，又有方向标 量只有大小，没有方向，标量相加遵从算术加法的法则位 置用坐标表示位置位 移用位置坐标的变化量表示物体位移反思：本节课用到的数学知识和方法：用数轴来表示时间轴和位移轴，在时间轴上，点表示时刻，线段表示时间间隔.要选计时起点（零时刻），计时起点前的时刻为负，计时起点后的时刻为正；在位移轴上，点表示某一时刻的位置，线段表示某段时间内的位移.要选位置参考点（位置零点），直线运动中，可选某一单一方向作为正方向，朝正方向离开参考点的位置都为正，朝负方向离开参考点的位置都为负.位移方向与规定方向相同时为正，相反时为负.标量遵从算术加法的法则，矢量遵从三角形定则（或平行四边形定则，以后会学到，可不让学生知道）.3 运动快慢的描述速度知识与技能1.理解物体运动的速度.知道速度的意义、公式、符号、单位、矢量性.2.理解平均速度的意义，会用公式计算物体运动的平均速度，认识各种仪表中的速度.3.理解瞬时速度的意义.4.能区别质点的平均速度和瞬时速度等概念.5.知道速度和速率以及它们的区别.过程与方法1.通过描述方法的探索，体会如何描述一个有特点的物理量，体会科学的方法，体验用比值定义物理量的方法.2.同时通过实际体验感知速度的意义和应用.3.让学生在活动中加深对平均速度的理解.通过生活中的实例说明平均速度的局限性.4.让学生在相互交流中逐渐领会瞬时速度与平均速度的关系，同时初步领略极限的思想并初步领会数学与物理相结合的方法，进而直接给出瞬时速度的定义.5.会通过仪表读数，判断不同速度或变速度.情感态度与价值观1.通过介绍或学习各种工具的速度，去感知科学的价值和应用.2.了解从平均速度求瞬时速度的思想方法，体会数学与物理间的关系.3.培养学生认识事物的规律：由简单到复杂.培养学生抽象思维能力.4.培养对科学的兴趣，坚定学习思考探索的信念.教学重点 速度、瞬时速度、平均速度三个概念，及三个概念之间的联系.教学难点 对瞬时速度的理解.教具准备 多媒体课件课时安排 2课时教学过程 新课导入师：为了描述物体的运动，我们已经进行了两节课的学习，学习了描述运动的几个概念，大家还记得是哪几个概念？生：质点、参考系、坐标系；时间、时刻、位移和路程.师：当物体做直线运动时，我们是用什么方法描述物体位移的？生：用坐标系.在坐标系中，与某一时刻t1对应的点x1表示t1时刻物体的位置，与另一时刻t2对应的点x2表示t2时刻物体的位置，则x=x2x1，就表示从t1到t2这段时间内的位移.师：我们已经知道位移是描述物体位置变化的物理量，能不能说，物体的位移越大，物体运动得就越快？学生讨论后回答，不能.因为物体的运动快慢与运动的时间有关.师：那么，如何来描述物体运动的快慢？教师指导学生快速阅读教材中的黑体字标题，提出问题：要描述物体运动的快慢，本节课将会学到哪些概念（物理量）？学生通过阅读、思考，对本节涉及的概念有个总体印象，知道这些概念都是为了描述物体运动的快慢而引入的，要研究物体运动的快慢还要学好这些基本概念.新课教学一、坐标与坐标的变化量教师指导学生仔细阅读“坐标与坐标的变化量”一部分.教师帮助总结并回答学生的提问.生：汽车在沿x轴正方向运动，图示汽车从坐标x1=10 m，在经过一段时间之后，到达坐标x2=30 m处，则x=x2x1=30 m10 m=20 m，位移x0，表示位移的方向沿x轴正方向.师：我们的这种数学表述是与实际的物理情景相一致的，比如，汽车沿笔直的公路向东行驶，我们可以规定向东作为x轴的正方向，来讨论汽车的位置和位移.二、速度展示问题（播放比赛片段）：北京时间8月28日凌晨2点40分，雅典奥林匹克体育场，这是一个值得所有中国人铭记的日子，21岁的上海小伙刘翔像闪电一样，挟着狂风与雷鸣般的怒吼冲过终点，以明显的不可撼动的优势获得奥运会男子110米栏冠军，12秒91的成绩平了由英国名将科林约翰逊1993年8月20日在德国斯图加特创造的世界纪录，改写了奥运会纪录.师：那么请问我们怎样比较哪位运动员跑得快呢?有几种方法呢?试举例说明.学生讨论、思考并回答.生：同样的位移，比较所用时间的长短，时间短的，运动得快.例如刘翔在110米栏比赛中所用的时间最短，跑得最快，所以他夺得了金牌.生2：也可以用相同的时间，比较通过的位移，位移大的，运动得快.假如用相同的时间，刘翔将跑得更远，说明刘翔跑得更快.师：请同学们再多想一些比较快慢的例子，哪些是用相同位移比时间，哪些是用相同时间比位移的？生1：我们在校运动会上，百米赛跑就是相同位移比时间.生2：我亲身经历了，在校运动会前，我们班主任在选拔百米跑运动员的时候，他没有秒表，而是用目测的方法来估计哪位同学跑得最快.他让我们同时起跑，看谁跑得最远.我看这种方法就是相同时间比位移.师：由上分析可知，运动的快慢跟运动的时间及通过的位移都有关系.物理学中用速度来描述物体运动的快慢程度.【讨论与交流】师：以下有四个物体，请同学们来比较一下它们运动的快慢程度.初始位置（m）经过时间（s）末了位置（m）A.自行车沿平直道路行驶020100B.公共汽车沿平直道路行驶010100C.火车沿平直轨道行驶500301 250D.飞机在天空直线飞行500102 500师：如何比较A和B、B和D、B和C的运动快慢？生1：比较A和B：它们经过的位移相同（都是100 m），A用的时间长（20 s），B用的时间短（10 s）.在位移相等的情况下，时间短的运动得快，即汽车比自行车快.生2：比较B和D：它们所用的时间相同（都是10 s），B行驶了100 m，D飞行了2 000 m，B行驶的位移比D短，在时间相等的情况下，位移大的运动得快，即飞机比汽车快.生3：比较B和C：它们的位移不同，所用的时间也不同，要比较它们的运动快慢，只有计算它们平均每秒钟位移的大小量.单位时间内位移大的运动得快，由上列表可算出以上四个物体每秒钟位移大小分别为5 m、10 m、25 m、200 m，这说明飞机行驶得最快.师：我们为了比较物体的运动快慢，可以用位移跟发生这个位移所用时间的比值，表示物体运动的快慢，这就是速度.师：速度公式：v= 生：我们在初中也学过速度，不过那时是路程跟时间的比值.它们一样吗？师：那时那样讲是限于当时同学们的接受能力，大家想一下，什么条件下路程等于位移的大小呢？生：在单方向的直线运动中.师：初中我们学的速度是路程跟时间的比值.在单向直线运动中，它与位移跟时间的比值是相等的.现在我们学习的速度概念更严谨.路程与所用时间的比值是另一个物理量，它与这里的速度是不同的.师：位移是矢量，既有大小又有方向.那速度呢？学生看书后回答.生：也是矢量，速度的方向就是物体运动的方向.三、平均速度和瞬时速度师：大自然中，物体的运动有快有慢.天空，日出日落；草原，骏马奔驰；树丛，蜗牛爬行.仔细观察物体的运动，我们发现，在许多情况下，物体运动的快慢会发生改变：飞机的起飞，汽车的行驶，运动员的奔跑等.在自然界和人类生活中，物体的运动状态各不相同且不断变化.在长期对运动的思索、探究过程中，为了比较准确地描述运动，人们逐步建立了平均速度的概念，并用平均速度来描述物体运动的快慢.如何定义平均速度呢?请大家讨论并总结一下.生：平均速度：用位移和发生这段位移的时间来描述物体的运动，平均速度是指运动物体在某段时间内的位移与发生这段位移所用时间的比值.师：平均速度是矢量，它的方向由位移的方向决定，它的大小表示这段时间内运动的快慢.师：平均速度是在描述变速直线运动的情况下，能粗略描述物体运动快慢的物理量.【课堂训练】一辆汽车沿平直的公路行驶，第1 s内通过5 m的距离，第2 s内和第3 s内各通过20 m的距离，第4 s内又通过了15 m的距离.求汽车在最初2 s内的平均速度和这4 s内的平均速度各是多少？答案：汽车在最初2 s内的平均速度为12.5 m/s；这4 s内的平均速度为15 m/s.解析：所求问题是不同时间内的平均速度，要紧扣平均速度的定义，用位移除以发生这段位移所需的时间，并且必须注意时间和位移的对应关系.最初2 s内的时间为2 s，位移为（5+20） m=25 m；前4 s的时间间隔为4 s，位移为（5+20+20+15） m=60 m.根据平均速度的定义公式=得：最初2 s内的平均速度是= m/s=12.5 m/s4 s内的平均速度是= m/s=15 m/s.【讨论与交流】问题：在这些求出的速度中，哪一个能更准确地描述在起跑时的速度？生：取得的位移越接近最初起跑，越能准确描述他的运动快慢.师：美国田径运动员刘易斯，平均速度只能粗略地描述运动的快慢.而当我们把时间间隔或位移间隔取得越短时，越能更准确地描述在这一小段时间内的运动快慢，这就是瞬时速度.师：在质点从t到t+t时间内的平均速度中，t取值非常非常小时，这个值就可以认为是质点在时刻t的瞬时速度.师：瞬时速度：运动物体在某一时刻（或某一位置）的速度.准确地讲，瞬时速度是物体在某时刻前后无穷短时间内的平均速度.是矢量，大小反映了物体此时刻的运动快慢，它的方向就是物体此时刻的运动方向，即物体运动轨迹在该点的切线方向.瞬时速度的大小叫做瞬时速率.四、速度和速率学生阅读教材第18页相应部分的知识点，让学生总结.生：速度既有大小，又有方向，是矢量，速度的大小叫速率.教师引导学生看教材第18页图1.32.观察汽车的速度计，讨论后说出你从表盘上获取的有用信息.生：汽车的速率.指针指在相应数字的瞬间，就表示汽车在那一瞬时的速率是那个值.生：还可以从表盘上直接读出公里里程.师：日常生活中的“速度”有时指速度，也有时指速率，要看实际的物理情景.【讨论与交流】甲、乙两位同学用不同的时间围绕操场跑了一圈，都回到了出发点，他们的平均速度相同吗？怎样比较他们运动的快慢？学生讨论，体验平均速度的缺陷，引入平均速率.生1：位移都是零，平均速度等于位移跟发生这段位移所用时间的比值，所以他们的平均速度都是零.生2：即使一位同学站在原地不跑，他的平均速度也是零啊，可我们运动会上不是这样比快慢的，如果这样，那多不公平啊？师：平均速度v=，甲、乙的位移都为零，所以他们的平均速度也都等于零.在这里平均速度无法显示他们运动快慢的不同，要用到另一物理量：平均速率.平均速率等于物体运动通过的路程跟所用时间的比值.他们两人通过的路程相同且都不为零，但所用时间不同.显然用时短的运动得快，也就是平均速率大.生：这不是我们初中学过的速度吗？师：对！小结本节主要学习了速度的概念及其物理意义，平均速度和瞬时速度的概念及物理意义.知道了平均速度只能粗糙描述质点运动的快慢，而瞬时速度能更准确地描述质点运动的快慢.速度是矢量，方向就是物体运动的方向.平均速度中，速度方向也与位移方向相同.瞬时速度的方向就是质点在那一时刻的运动方向.速率是标量，是指速度的大小.平均速度与平均速率是不同的，前者跟位移相关，后者跟路程相关.布置作业教材第20页问题与练习.板书设计3 运动快慢的描述速度平均速度瞬时速度定 义运动物体在某段时间内的位移与发生这段位移所用的时间的比值.运动物体在某一时刻（或某一位置）的速度.准确地讲，瞬时速度是物体在某时刻前后无穷短时间内的平均速度.公 式=v=（t0）物理意义表示物体运动的平均快慢程度描述物体在某一时刻或某一位置的运动快慢矢量性方向与位移x方向相同，就是物体的运动方向与物体此时刻的运动方向相同，即物体运动轨迹在该点的切线方向反思：瞬间无长短，位置无大小，除了用速度计外，还可以用光电门测瞬时速度.实验装置如图134所示，使一辆小车从一端垫高的木板上滑下，木板旁有光电门，其中A管发出光线，B管接收光线.当固定在车上的遮光板通过光电门时，光线被阻挡，记录仪上可以直接读出光线被阻挡的时间.这段时间就是遮光板通过光电门的时间.根据遮光板的宽度x和测出的时间t，就可以算出遮光板通过光电门的平均速度v=.由于遮光板的宽度x很小，因此可以认为，这个平均速度就是小车通过光电门的瞬时速度.4 实验：用打点计时器测速度知识与技能1.了解打点计时器的计时原理，理解纸带中包含的物体运动的信息（时间、位移）.2.会安装并使用打点计时器，理解根据纸带测量速度的原理并测量瞬时速度.3.明确速度时间图象的物理意义，描点法画图象的方法，并画出该实验中的速度时间图象，能从图象中获取有用的信息.过程与方法1.通过学生自己看打点计时器的说明书，培养学生独立学习的能力.2.通过实验得出物体的运动信息，用数学方法表述出来.培养学生获取信息、处理信息的能力，体会处理问题的方法，领悟如何间接测一些不能直接测量的物理量的方法.3.通过画速度时间图象培养学生用图象法处理数据的能力，体验数学工具在物理发展中的作用.4.体验实验中理性思维的重要，既要动手，更要动脑.5.经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物体运动.情感态度与价值观1.感受打点计时器的巧妙设计思路，体会物理原理在解决实际问题中的指导作用，增强将物理知识应用于生活实际的意识.2.经历实验过程，体验科学实验过程的艰辛与喜悦，并乐于探索自然界的奥妙.3.体验用图象的方法描述物理现象的乐趣.培养学生用数学方法处理物理问题的意识.培养学生敢于创新和实事求是的科学态度和科学精神.4.培养学生合作与交流的精神，有将自己的见解与他人交流的愿望，养成在合作中既坚持原则又尊重他人的习惯.教学重点 1.学会使用打点计时器.2.能根据纸带计算物体运动的瞬时速度.3.会用描点法描绘物体的速度时间图象，并从中获取物理信息.教学难点 处理纸带的方法，用描点法画图象的能力.教具准备 多媒体课件、电磁打点计时器、电火花计时器、学生电源、导线、纸带、刻度尺、坐标纸.课时安排 2课时教学过程 新课导入当物体沿直线运动时，其位移在不断变化，要研究物体的运动，我们首先要准确记录物体运动的信息.直接测量物体运动的速度在技术上是比较复杂的，我们在测量时可以尝试通过测量物体运动的时间和位移，再经过计算或作图来判断物体的运动情况.在实验中，我们可以使用秒表和尺子，直接测量物体运动的时间和位移，但当物体运动速度太快时，采用这种方法的测量误差较大.打点计时器就是一种记录物体运动位移和时间信息的仪器，我们可以通过测量位移和时间来计算物体运动的速度以及速度的变化快慢.【课堂活动】师：在以上的活动中，同学们认识到了打点和漏沙可以体现物体运动的快慢.今天我们就来学习用打点计时器测定物体运动速度的方法，并用图象把这些速度形象地表示出来.一、电磁打点计时器教师布置学生对照仪器看说明书，引导学生注意其重点：观察打点计时器并阅读其使用说明书，明确电磁打点计时器的结构、各部分的名称、工作原理及使用方法.电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，如图141所示.工作电压为4 V6 V.当电源的频率是50 Hz时，它每隔0.02 s打一次点.通电以前，把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面.当接通电源时，线圈产生的交变磁场使振动片（由弹簧钢制成）磁化，振动片的一端位于永久磁铁的磁场中.由于振动片的磁极随着电流方向的改变而不断变化，在永久磁铁的磁场作用下，振动片将上下振动，其振动周期与线圈中的电流变化周期一致，即为0.02 s.位于振片一端的振针就跟着上下振动起来.这时，如果纸带运动，振针就在纸带上打出一系列小点.图141 电磁打点计时器【交流与讨论】电磁打点计时器使用低压交流电源工作，大家想一想能不能使用直流电源，为什么？生：工作原理中是靠电流方向的改变来改变磁铁的磁场方向，从而促使振动片上下振动，并且振动片的振动周期与电源的电流变化周期一致.若使用50 Hz的交流电，打点的时间间隔为0.02 s.这个值正好是电源频率的倒数.二、电火花计时器教师布置学生对照仪器看说明书，引导学生注意其重点：观察打点计时器并阅读说明书，明确两种打点计时器的结构、各部分的名称、工作原理及使用方法.电火花计时器电火花计时器它可以代替电磁打点计时器使用，也可以与简易电火花描迹仪配套使用.使用时电源插头直接插在交流220 V插座内，将裁成圆片（直径约38 mm）的墨粉纸盘的中心孔套在纸盘轴上，将剪切整齐的两条普通有光白纸带（20 mm700 mm）从弹性卡和纸盘轴之间的限位槽中穿过，并且要让墨粉纸盘夹在两条纸带之间.这样当两条纸带运动时，也能带动墨粉纸盘运动，当按下脉冲输出开关时，放电火花不至于始终在墨粉纸盘的同一位置而影响到点迹的清晰度.也可以用上述尺寸的白纸带和墨粉纸带（位于下面）做实验，还可以用两条白纸带夹着一条墨粉纸带做实验；墨粉纸可以使用比较长的时间，一条白纸带也可以重复使用，应注意降低实验成本.【交流与讨论】从原理上考虑，电火花计时器跟电磁打点计时器相比，哪个更好些，误差可能会更小？生：电火花计时器可能会更好些，因为电磁打点计时器中振针和纸带间的摩擦会更大些.教师评论并系统总结.师：电火花计时器使用中运动阻力极小，这种极小阻力来自于纸带运动的本身，而不是打点产生的，因而系统误差小，计时精度与交流电源频率的稳定程度一致（脉冲周期不大于50 s，这一方面也远优于电磁打点计时器），同时它的操作简易，使用安全可靠（脉冲放电电流平均值不大于5 A）.师：打点计时器能记录哪些信息？生：时间和位移.三、练习使用打点计时器学生自主阅读教材中的实验步骤提示.指导学生动手练习使用打点计时器，并引导学生思考：纸带上的点与小车的位移和时间是如何对应的，怎样将纸带上的点变成相关的数据？【交流与讨论】针对问题，学生讨论实践后回答.问题1.电磁打点计时器中怎样安放复写纸和纸带的位置？生：将复写纸套在复写纸定位销上，推动调节片，可调节复写纸位置.将纸带从复写纸圆片下穿过.问题2.振针打的点不清晰或打不出点可能是哪些原因?怎样调整？生1：可检查压纸框的位置是否升高，而阻碍了振动片，振针打不到纸带上，可将压纸框向下压恢复其原来位置.生2：可能是复写纸该换新的了.生3：可能是振动片的振幅太小，可调整振动片的位置.生4：可能是振针的位置太高，调整振针的位置，直到打出点为止.生5：我选的电压在4 V和6 V的情况下，打点的清晰度有点差别，电压高的时候稍清晰，所以可调高一点电压.问题3.开启电源打点完毕后要及时关闭电源，这样做有什么好处？生：因打点计时器是按间歇工作设计的，故长期工作可能会因线圈发热而损坏.投影展示：电火花计时器的纸带安装方法（让学生阅读）：使用电火花计时器在纸带上打点，安装纸带的方法有两种：一种是用一条纸带从墨粉盘下穿过，打点时墨粉盘不随纸带转动，电火花只将墨粉盘上某一位置的墨粉蒸发到纸带上，打出的点迹颜色较淡，打过一条纸带后要将墨粉盘转一角度再打另一条纸带.学生实验时可采用这一方法.另一种是用两条纸带，将墨粉盘夹在中间，拖动纸带时由于两条纸带的摩擦作用，墨粉盘会随纸带转动，电火花将墨粉盘上不同位置的墨粉蒸发到纸带上，所以打出的点迹颜色较重.墨粉盘上面的一条纸带没有点迹，可重复使用.用一条纸带打点时，纸带