【人教版2019必修第一册】高一物理3位置变化快慢的描述-速度（教学设计）教案

第3节位置变化快慢的描述——速度（教学设计）年级高一年级学科物理教师课题第3节位置变化快慢的描述——速度教学目标物理观念能将速度的概念与生活中的相关现象联系起来,能从物理学的视角观察身边的运动现象；能通过纸带处理,正确辨析平均速度和瞬时速度。科学思维结合瞬时速度概念的建构,体会研究物理问题的极限方法和抽象思维的方法；理解v-t图像的含义,能用实验数据描绘v-t图像,能根据图像分析速度随时间的变化特点。科学探究通过比较平均速度与瞬时速度，了解瞬时速度的测量方法；会使用打点计时器测量物体的平均速度和瞬时速度,并知道二者的区别和联系。科学态度与责任知道物理学研究的很多问题就在身边，对自然界有好奇心,具有探索的兴趣;知道物理学能解决人们生产、生活中的一些问题；培养学生如实记录实验数据,实事求是的科学态度;通过介绍或了解各种工具的速度,感知科学的价值和应用，培养学生对物理的兴趣。教学重难点1.掌握速度的物理意义和定义,理解其矢量性(重点)。2.理解平均速度,能区分平均速度和平均速率并会进行相关计算(重难点)。3.理解瞬时速度,知道瞬时速度与平均速度的区别与联系,初步体会极限思想在研究物理问题中的应用和意义(重难点)。教学过程教师活动学生活动导入新课教师：请同学们阅读下面的表格,完成相关问题。

初位置/m经过时间/s末位置/m位移/m人在平直道路上跑步01050自行车沿平直道路行驶01080汽车沿平直道路行驶0580教师：在初中我们学习过匀速直线运动中速度的计算,根据初中所学的知识和生活常识,请大家比较表中各物体运动的快慢并排序。物理学中，我们要如何定量描述物体运动的快慢呢?学生完成表格填写，并回答问题。新课讲授一、速度教师：指导学生仔细阅读教材“速度”部分的内容,同时提出问题。(1)高中对于速度是如何定义的?它和我们初中学的速度的概念有什么不同?(2)速度是矢量,还是标量?表示速度的单位有哪些?学生：总结：(1)定义：位移与发生这段位移所用时间之比。(2)定义式：。(3)单位：国际单位制单位是米每秒，符号是m/s或m·s－1.常用单位：千米每时(km/h或km·h－1)、厘米每秒(cm/s或cm·s－1)等。1m/s＝3.6km/h.(4)物理意义：表示物体运动的快慢。教师：位移是矢量,有方向,速度是位移与时间的比值,速度是什么量?学生：速度是矢量,有方向。教师：速度是矢量,速度的方向就是物体运动的方向;速度是表示物体运动快慢的物理量。例1下列关于速度的说法正确的是()A.速度是描述物体运动快慢的物理量,速度大表示物体运动快B.速度描述物体的位置变化快慢,速度大表示物体位置变化大C.速度越大,位置变化越快,位移也就越大D.由可知,位移越大,则速度越大答案A解析根据速度的定义知,A正确;速度大表示物体的位置变化快,但在很短的时间内物体位置变化(即位移)不一定大,B、C错误;由于Δt不确定,位移Δx越大,v不一定越大,D错误。例2(多选)甲、乙两质点在同一直线上做匀速运动,取向右为正方向,甲的速度为2m/s,乙的速度为-4m/s,则可知()A.乙的速度大于甲的速度B.因为+2>-4,所以甲的速度大于乙的速度C.这里正、负号的物理意义是表示质点的运动方向D.若甲、乙两质点同时由同一点出发,则10s后甲、乙相距60m答案ACD解析速度是矢量,其正、负号表示质点的运动方向,比较速度大小只比较其绝对值,故A、C正确,B错误;甲、乙两质点在同一直线上由同一点出发,向相反方向运动,10s内甲运动了20m,乙运动了40m,故10s后甲、乙相距60m,D正确。学生带着仔细阅读教材,四人或两人一组交流讨论后回答问题并总结速度的有关知识。新课讲授二、平均速度与瞬时速度教师：对于同一个物体,在某一段时间内,运动的快慢也不是每时每刻都一样。我们用公式计算出的速度，能否精确地描述物体在任一时刻运动的快慢?学生：不能。因为,只能反应一段时间内物体运动的快慢。教师：总结：1.平均速度(1)定义：在变速直线运动中,位移Δx,Δt跟发生这段位移所用时间Δt的比值。(2)表达式:。(3)物理意义:粗略地描述物体位置变化的快慢,与物体运动的路径无关。教师：平均速度有方向吗?如果有,指向哪个方向?学生：平均速度是矢量,有方向,其方向与一段时间Δt内发生的位移的方向相同。教师：总结:(4)平均速度是矢量,方向与一段时间Δt内发生的位移的方向相同。教师：平时生活中除了描述一段时间内的平均速度外,有时候还需要表示物体在某一时刻或经过某一个点的速度,又该怎么办呢?学生：把时间段Δt取得小一点,Δt取得越小就越接近某一时刻，这样就可以粗略地表示物体在某一时刻的速度大小。教师：我们把物体在某一时刻(或经过某一位置)的速度叫作瞬时速度。它能精确地述物体运动的快慢。教师：瞬时速度是什么量?有没有方向?方向表示什么?又如何确定?学生：瞬时速度也是矢量,既有大小,又有方向,大小表示物体经过某一位置或者某时刻的运动快慢,方向表示物体在该时刻或经过该位置的运动方向。教师：总结:2.瞬时速度(1)定义:物体在某一时刻(或经过某一位置)的速度叫作瞬时速度。(2)物理意义:精确地描述物体运动的快慢。教师：大家都乘坐过汽车，汽车表盘示数表示的又是什么呢?学生：汽车表盘的示数是汽车的速率。教师：我们日常生活中所说的速度一般都是指速度的大小,即物体的速率。教师：总结:(3)速率:瞬时速度的大小叫作速率,所以速率是标量,没有方向。教师：请大家总结平均速度与平均速率的区别,瞬时速度与瞬时速率的区别。学生：平均速度和瞬时速度是矢量,既有大小,又有方向,而平均速率和瞬时速率是标量。

教师：平均速度和速度的平均值是不是同一个值?它们如何区分?学生：平均速度≠速度的平均值。求平均速度,用位移与对应时间的比值,而速度的平均值是两个(或多个)速度和的平均值。如果物体沿同一方向做直线运动,两者可以相等。例1(多选)关于平均速度和瞬时速度,下列说法正确的是()A.匀速直线运动的平均速度等于瞬时速度B.只有瞬时速度可以精确描述运动的快慢C.瞬时速度和平均速度都可以精确描述运动的快慢D.平均速度v=ΔxΔt,当Δt答案ABD解析匀速直线运动任意时刻速度都相等,平均速度等于瞬时速度,故A正确;瞬时速度对应某一时刻或某一位置的速度,可以精确描述运动的快慢,平均速度只能粗略地描述运动的快慢,故B正确,C错误;平均速度v=ΔxΔt,当Δt充分小时,Δt可认为是一个时间点,此时平均速度可代表t时刻的瞬时速度,例2某物体由A点出发做直线运动,前5s向东行驶了30m到达B点,又向东行驶了5s前进了60m到达C点,在C点停了4s后又向西行驶,经历了6s运动了120m到达A点西侧的D点,如图所示,求:(1)最后6s内物体的平均速度;(2)全过程的平均速度;(3)全过程的平均速率。答案(1)20m/s,方向向西(2)1.5m/s,方向向西(3)10.5m/s解析(1)最后6s内物体从C点到D点的位移大小为Δx3=120m,则平均速度大小为v1=Δx3t4=120m(2)全程中物体初位置为A点,末位置为D点,其位移是AD,方向向西,大小Δx=Δx3-Δx1-Δx2=120m-30m-60m=30m,所用时间t总=5s+5s+4s+6s=20s,则平均速度大小为v2=Δxt总=30m20s(3)全过程的路程s=30m+60m+120m=210m,全过程的平均速率v=st总=10.5例3(多选)如图所示,用光电计时装置可以测出气垫导轨上滑块的瞬时速度。已知固定在滑块上的遮光条的宽度为Δx=3.0cm,遮光条经过光电门的遮光时间为Δt=0.11s,用ΔxΔtA.滑块经过光电门位置时的速度大小为0.27m/sB.滑块经过光电门位置时的速度大小为27m/sC.为使ΔxD.为使Δx答案AC解析用ΔxΔt近似代表滑块通过光电门时的瞬时速度,代入数据解得滑块经过光电门位置时的速度大小为0.27m/s,故A正确,B错误;从上述公式可知,Δt越小,v越接近滑块通过光电门时的瞬时速度,换用宽度更窄的遮光条能使通过光电门的时间Δt变小,但使滑块的释放点更靠近光电门不能使Δt变小,故C学生思考教师提出的问题,讨论后得出结论。学生思考，并独立完成例题解答。新课讲授三、测量平均速度和瞬时速度教师：每个小组都有一个电火花打点计时器和配套的器材（教师提前给学生准备）,大家分组讨论一下:如何通过这些仪器测量物体的运动速度?设计出实验方案。学生：归纳总结:根据速度的定义,测量出物体运动的位移和对应时间,就可以计算出物体的速度了。故可以用物体连接纸带,通过打点计时器在纸带上打的点迹计算出物体的速度。教师：指导学生分组实验。指导学生阅读教材“实验”部分。教师：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?1.测量纸带的平均速度教师：展示一个（或几个）同学打出的一条点迹清晰的纸带,并提出问题:怎样根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度?学生：讨论回答。测出两个点的距离Δx,数出两个点之间有n段时间间隔,则Δt=0.02n,用公式v＝eq\f(Δx,Δt)即可计算出平均速度。如图所示,E点的瞬时速度可用D、F两点间的平均速度代表,即v＝eq\f(Δx,Δt)。教师：指导学生对打出的纸带进行测量、计算,把计算结果填入教材的表1中。2.测量纸带的瞬时速度教师：通过以上知识的学习,尤其是通过纸带的数据处理,我们可以计算出纸带上某段时间的平均速度,但是，如何来计算某点的瞬时速度呢?学生：在极短时间内,平均速度可近似地代替某点的瞬时算速度。教师：如果不要求很精确，可以用某段时间内的平均速度来粗略地代表这段时间内某点的瞬时速度,所取的时间间隔越短,计算出的瞬时速度就越精确。教师：根据下面这条纸带,如何求E点的瞬时速度?有三位同学分别选取了不同的范围来计算,哪个同学计算出的结果更准确?教师：v＝eq\f(Δx,Δt)可以大致地表示E点的瞬时速度，理论上,D、F两点离E点越近,算出的平均速度越接近E点的瞬时速度。然而D、F两点间距离过小,则测量误差增大。所以,应该根据实际情况选取这两个点。故第二个同学的方法更合理、准确。教师：指导学生对打出的纸带进行测量、计算,把计算结果填入教材表2中。教师：出示例题,并指导学生完成解答。例1如图所示，打点计时器所用电源的频率为50Hz，某次实验中得到的一条纸带，及毫米刻度尺测量情况如图所示，纸带在A、C间的平均速度为_____m/s，在A、D间的平均速度为_____m/s，B点的瞬时速度更接近于_____m/s。答案：0.350.420.35学生分组讨论,设计实验方案,派代表展示方案。学生分组进行实验,用手拉动纸带运动,或者用其他物体拉动纸带运动,打出对应的点迹。学生测量、计算、填表。学生思考、交流、讨论，得出结论:学生思考讨论,回答问题。学生测量、计算、填表。新课讲授四、速度—时间图像教师：图像是研究物理问题中经常使用的一种数据处理方式,图像法处理数据直观、方便,我们上一节也学习了位移—时间图像,请同学们回忆一下,位移—时间图像是如何描绘的?从图像中我们能看到什么有用的信息?教师：图像是寻找变化规律的好方法,我们也可以用图像来发现物体的速度变化情况。那么怎样用图像来表示物体运动的速度呢?指导学生自主阅读教材并思考。学生：在方格纸上建立直角坐标系,用纵坐标表示物体运动的速度,用横坐标表示时间,根据表中各时刻的速度,将(v,t)作为一组坐标在图像中描点,将点连线后得出的图像称为速度—时间图像(v-t图像)。教师：要求学生根据教材表2中的数据作出速度—时间图像。教师：指导学生画v-t图像时,横轴、纵轴单位长度的确定要根据实验数据的最大值、最小值合理选取，使描绘的v-t图像能充满坐标平面的大部分空间。教师：虽然可以根据所描的点的走向大致看出纸带速度的变化规律,但为了更加清晰地反映规律,可把这些点用一条平滑的曲线连起来。学生：在老师的提示和帮助下连线。教师：速度的变化是连续的,所以,用一条平滑的曲线来“拟合”这些点,曲线反映的规律与实际情况比较接近。教师：指导学生换用红色笔用平滑的曲线将刚才描过的点再重新描画一遍,并说出手拉纸带的速度变化情况。教师：出示例题并讲解。例1如图所示为一个物体沿某一条直线运动的v-t图像,至少从以下三个方面分别说明它的速度是怎样变化的?(1)物体是从静止开始运动还是具有一定的初速度?物体在第2s末的速度大小为多少?(2)物体的速度大小变化吗?物体是加速运动还是减速运动?(3)物体运动的方向是否变化?哪个时刻发生变化?第3s末和第5s末的速度是否相同?答案(1)物体从静止开始运动;第2s末的速度大小为10m/s。(2)变化。0~1s是加速运动,1~3s是匀速运动,3~4s是减速运动,4~5s是反向加速运动。(3)变化。0~4s沿正方向运动,4~5s沿负方向运动;在第4s末运动方向发生改变。第3s末和第5s末的速度大小相等,但方向相反,故不相同。例2如图所示，为一物体做直线运动的速度－时间图像，在整个运动过程中，下列说法正确的是()A．BC段和CD段的运动方向相反B．CD段和DE段的运动方向相反C．物体在CE段做减速运动D．AB段物体静止答案B解析由题图可知，物体在BC段和CD段的速度均为正值，运动方向相同，物体在D点速度为零，此后运动方向改变，A错误，B正确；物体在CD段做减速运动，在DE段做加速运动，C错误；AB段物体的速度恒为5m/s，D错误．学生思考、翻阅教材,回答问题。学生通过自主学习归纳出用图像法表示物体运动的速度的方法。学生具体操作,纵坐标表示速度,横坐标表示时间,建立平面直角坐标系。课堂练习课堂练习1.下列关于速度的说法正确的是()A.速度是描述物体运动快慢的物理量,速度大表示物体运动快B.速度描述物体的位置变化快慢,速度大表示物体位置变化大C.速度越大,位置变化越快,位移也就越大D.由v=Δx答案A解析根据速度的定义知,A正确;速度大表示物体的位置变化快,但在很短的时间内物体位置变化(即位移)不一定大,B、C错误;由于Δt不确定,位移Δx越大,v不一定越大,D错误。2.(多选)下面列举的几种速度中,说法正确的是()A.某同学百米赛跑的速度是9m/s,指的是平均速度B.汽车以40km/h的速度通过飞云江大桥,指的是瞬时速度C.汽车经过路标时的速度是90km/h,指的是平均速度D.子弹在枪管里的速度是400m/s,指的是平均速度答案AD解析某同学百米赛跑的速度是9m/s,所指为位移与所用时间的比值,为一个过程中或一段时间内的速度,是平均速度,故A正确;汽车以40km/h的速度通过飞云江大桥,指的是一段时间内的速度,是平均速率,故B错误;汽车经过路标时的速度是90km/h,指的是某一位置(或某一时刻)的速度,是瞬时速度,故C错误;子弹在枪管里的速度是400m/s,指的是一个过程中的速度,为平均速度,故D正确。3.(多选)关于平均速度和瞬时速度,下列说法正确的是()A.匀速直线运动的平均速度等于瞬时速度B.只有瞬时速度可以精确描述运动的快慢C.瞬时速度和平均速度都可以精确描述运动的快慢D.平均速度v=ΔxΔt,当Δt答案ABD解析匀速直线运动任意时刻速度都相等,平均速度等于瞬时速度,故A正确;瞬时速度对应某一时刻或某一位置的速度,可以精确描述运动的快慢,平均速度只能粗略地描述运动的快慢,故B正确,C错误;平均速度v=ΔxΔt,当Δt充分小时,Δt可认为是一个时间点,此时平均速度可代表t时刻的瞬时速度,4.在“测量纸带的速度”的实验中,得到如图所示的纸带,其中A、B、C、D、E、F、G为计数点,相邻两计数点间的时间间隔为T,x1、x2、x3、x4、x5、x6分别为AB、BC、CD、DE、EF、FG的长度,下列用来计算打D点时纸带速度的表达式中误差最小的是()A.x3+xC.x2+x答案B解析某点的瞬时速度可以用该点为中间时刻的一段时间内的平均速度大小来代替,vn=xn+xn+125.一可视为质点的物体沿东西方向的水平线做直线运动,取向东为正方向,其速度—时间图像如图所示,下列说法正确的是()A.8s末,物体的速度为6m/sB.2~4s内,物体处于静止状态C.6~7s内,物体速度方向向西,做加速运动D.10~12s内,物体速度方向向东,做加速运动答案C解析由题图知,8s末,物体的速度为-6m/s,选项A错误;2~4s内,物体做匀速直线运动,速度不为零,选项B错误;取向东为正方向,6~7