人教版高中物理必修1第一章运动的描述第三节运动快慢的描述速度教案3Word下载.docx
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大自然中,物体的运动有快有慢.天空中,日出日落;
草原上,猎豹急驰;
葡萄架上,蜗牛爬行.
飞奔的猎豹、夜空的流星在运动;
房屋、桥梁、树木,随着地球的自转、公转也在运动.天上的恒星,看起来好像不动,其实它们也在飞快地运动,速度至少在几十千米每秒以上,只是由于距离太远,在几十年、几百年的时间内肉眼看不出它们位置的变化.
当高台跳雪运动员出现在赛道的顶端时,全场观众的目光都集中在他身上.运动员由高处急速滑下,在即将到达赛道底部时,他的速度已达到100km/h.这时,他双膝弯曲,使劲一蹬,顺势滑向空中.然后,为了减小空气阻力的影响,他上身前倾,双臂后摆,整个身体就像一架飞机,向前滑翔.刺骨的寒风抽打着他的脸庞,两边的雪松飞快地向后掠过.最终,滑雪板稳稳地落在地面.
在以上的各种运动现象中,都有关于运动的描述,运动的快慢如何,要用一个新的物理量来描述,那就是速度.
推进新课
一、坐标与坐标的变化量
复习旧知:
在上一节的学习中,我们学习了位移这一较为重要的矢量.大家回忆一下,位移的定义是什么?
学生积极思索并回答出位移的定义:
从初位置指向末位置的有向线段.(复习此知识点,旨在为速度的引入奠定知识基础,让学生知道位移大小的关键在于初末位置.由位置到位置坐标再到坐标的变化量,使学生的认知呈阶梯状上升)
教师引导:
既然位移是描述物体位置变化的物理量,所以物体的位移可以通过位置坐标的变化量来表示.
问题展示:
在训练场上,一辆实习车沿规定好的场地行驶,教练员想在车旁记录汽车在各个时刻的位置情况,他该如何做?
假设在每一秒汽车都在做单向直线运动.
问题启发:
对于物体位置的描述,我们往往需要建立坐标系.该教练员如何建立坐标系,才能方便地确定该车的位置?
点评:
通过设问,发挥教师的引导作用,“变教为诱”“变教为导”,实现学生的“变学为思”“变学为悟”,达到“以诱达思”的目标.
教师指导学生分组合作讨论并总结.
小结:
直线运动是最简单的运动,其表示方式也最简单.如以出发点为起点,车行驶20m,我们就很容易地确定车的位置.所以,应该建立直线坐标系来描述汽车的位置.
课堂训练
教练员以汽车的出发点为坐标原点,以汽车开始行驶的方向为正方向,建立直线坐标系,其对应时刻的位置如下表所示:
时刻(s)
1
2
3
4
位置坐标(m)
10
-8
-2
-14
根据教练员记录的数据你能找出:
(1)几秒内位移最大?
(2)第几秒内的位移最大?
解析:
汽车在0时刻的坐标x0=0
汽车在1s时刻的坐标x1=10
汽车在第1s内的位置变化为Δx=x1-x0=(10-0)m=10m
所以,汽车在第1s内的位移为10m.
同理可求,汽车在1s内、2s内、3s内、4s内的位移分别为10m、-8m、-2m、-14m.汽车在第1s内、第2s内、第3s内、第4s内的位移分别为10m,-18m,6m,-12m.
所以,第2s内的位移最大,4s内的位移最大.
答案:
(1)4s内
(2)第2s内
二、速度
以下有四个运动物体,请同学们来比较一下它们运动的快慢程度.
运动物体
初始位置(m)
经过时间(s)
末位置(m)
A.自行车沿平直道路行驶
20
100
B.公共汽车沿平直道路行驶
C.火车沿平直轨道行驶
500
30
1250
D.飞机在天空直线飞行
2500
如何比较A、B、C、D四个物体的运动快慢呢?
比较1:
对A和B,它们经过的位移相同(都是100m),A用的时间长(20s),B用的时间短(10s).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.
比较2:
对B和D,它们所用的时间相等(10s),B行驶了100m,D飞行了200m,B行驶的距离比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.
提出问题
以上两种比较都是可行的.位移相等比较时间,时间相等比较位移.如何比较B和C的快慢程度呢?
它们的位移不相等,时间也不相等.
教师指导学生分小组讨论,5分钟后提出比较意见.
方法1:
B和C的位移和时间都不相等,但可以计算它们每发生1m的位移所用的时间,即用各自的时间t去除以位移Δx,数值大的运动得慢.
方法2:
B和C的位移和时间都不相等,但可以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.
师生讨论:
两种方法都可以用来比较物体运动的快慢,但方法2更能够符合人们的思维习惯.
问题由教师提出,明确猜想和探究的方向,教师引导学生利用已有的知识和现象,鼓励大胆猜想讨论.通过这个开放性的问题,创设一种情境,把学生带进一个主动探究学习的空间.
引子:
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,物体运动快慢各不相等且发生变化,在长期对运动的思索、探索过程中,为了比较准确地描述运动,人们逐步建立起速度的概念.
如何对速度进行定义?
学生阅读课本并回答.
1.速度的定义:
位移与发生这个位移所用时间的比值.
2.速度的定义式:
v=
3.速度的单位:
m/s常用单位:
km/h,cm/s.
提示:
速度是矢量,其大小在数值上等于单位时间内物体位移的大小,其方向就是物体运动的方向.
再次呈现:
四个物体A、B、C、D快慢比较的表格,让学生分别计算它们的速度.
A.5m/sB.10m/s
C.25m/sD.200m/s
对比以上A、B、C、D的速度就很容易比较它们的快慢程度了.
汽车以36km/h的速度从甲地匀速运动到乙地用了2h,如果汽车从乙地返回甲地仍做匀速直线运动用了2.5h,那么汽车返回时的速度为(设甲、乙两地在同一直线上)()
A.-8m/sB.8m/s
C.-28.8km/hD.28.8km/h
速度和力、位移一样都是矢量,即速度有正方向、负方向,分别用“+”“-”号表示.当为正方向时,一般不带“+”号.速度的正方向可以根据具体问题自己规定.有时也隐含在题目之中.例如该题中汽车从甲地到乙地的速度为36km/h,为正值,隐含着从甲地到乙的方向为正,所以返回速度为负值,故淘汰B、D.
依据甲、乙两地距离为36×
2km=72km,所以返回速度为
=-28.8km/h=-28.8×
m/s=-8m/s.
A
方法提炼:
速度是一个矢量,有大小也有方向.在我们选择了正方向以后,当速度为正值时,说明质点沿正方向运动,当速度为负值时,说明质点沿负方向运动,在物理学上,对矢量而言“负号”也有意义,说明它的方向与所选正方向相反.
三、平均速度和瞬时速度
坐在汽车驾驶员的旁边,观察汽车上的速度计,在汽车行驶的过程中,速度计指示的数值是时常变化的,如启动时,速度计的数值增大,刹车时速度计的数值减小.可见物体运动快慢程度是在变化的.这时我们说的汽车的“速度”是指什么?
其实,我们日常所看到的直线运动,有许多都是变速运动.由于这种运动的快慢是时刻变化的,没有恒定的速度,我们怎么来描述它的快慢呢?
课件展示:
北京至香港的京九铁路,就像一条长长的直线,把祖国首都与香港连接起来.京九线全长2400km,特快列车从北京到香港只需30h,那么列车在整个过程的运动快慢如何表示?
学生解答:
已知s=2400km,t=30h,所以v=80km/h
问题追踪:
计算出的结果是否表示列车单位时间的位移都是80km呢?
教师在学生回答的基础上引导学生认识此速度的平均效果.既然列车是做变速运动,那么怎么看列车的速度是80km/h?
学生总结:
如果将列车的变速直线运动看作匀速直线运动来处理的话,列车平均每小时的位移是80km.
教师设疑:
为了描述变速直线运动的快慢程度,我们可以用一种平均的思考方式,即引入平均速度的概念.平均速度应如何定义?
师生总结:
1.平均速度:
运动物体的位移和时间的比值叫做这段时间的平均速度.
2.定义式:
=
知识拓展:
课件展示某些物体运动的平均速度,加深对平均速度的概念理解.
某些物体运动的平均速度/(m·
s-1)
真空中的光速c
3.0×
108
自行车行驶
约5
太阳绕银河系中心运动
20×
105
人步行
约1.3
地球绕太阳运动
104
蜗牛爬行
约3×
10-3
子弹发射
9×
102
大陆板块漂移
约10×
10-9
民航客机飞机
2.5×
例1斜面滚下时在不同时刻的位置,如图1-3-1所示.可以从图中观察分析小球通过OA、OB、OC的过程中的运动快慢.
计算各段的平均速度.
图1-3-1
学生认真计算并公布结果:
段:
=0.7m/s,
=0.8m/s.
=0.9m/s.
总结归纳:
计算结果表明,不同阶段的平均速度一般是不相等的.计算一个具体的平均速度,必须指明是哪一段时间(或位移)内的平均速度.
教师点评:
由于小球运动快慢是在不断变化的,平均速度不能具体地告诉我们小球在每一时刻的运动快慢.可见,平均速度只是粗略地描述物体在一段运动过程中的总体快慢程度.
那么,怎样来描述物体在各个时刻的运动快慢呢?
学生通过课本预习知道,要精确地描述某一时刻的运动快慢必须引入瞬时速度这一物理量.
根据平均速度的定义可以知道:
对应的是一段位移和一段时间,如何建立瞬时速度的概念呢?
瞬时速度对应的应该是某一位置和某一时刻.
师生探究:
我们已经知道平均速度对应的是一段时间,为求瞬时速度我们可以采取无限取微、逐渐逼近的方法.
方法介绍:
以质点经过某点起在后面取一小段位移,求出质点在该段位移上的平均速度,从该点起取到的位移越小,质点在该段时间内的速度变化就越小,即质点在该段时间内的运动越趋于匀速直线运动.当位移足够小(或时间足够短)时,质点在这段时间内的运动可以认为是匀速的,求得的平均速度就等于质点通过该点时的瞬时速度.
教师演示:
如图1-3-2所示,让滑块沿倾斜的气垫导轨做加速运动,利用挡光片的宽度Δx除以挡光的时间Δt,即可求得挡光片通过光电门的平均速度.
图1-3-2
将滑块放上不同宽度的遮光片,即Δx分别为1cm、3cm、5cm、10cm,若没有成品挡光片,可用硬纸片自制成需要的宽度.
测出每个遮光片通过光电门所用的一段时间间隔Δt.
遮光片越窄、Δt越小时,
描述通过该位置的运动快慢越精确,当Δx小到一定程度,可认为
是瞬时速度.
教师总结:
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,其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.
四、速度和速率
速率:
瞬时速度的大小叫做速率.平均速率:
物体运动的路程与所用时间的比值.
例2如图1-3-3,一质点沿直线AB运动,先以速度v从A匀速运动到B,接着以速度2v沿原路返回到A,已知AB间距为x,求整个过程的平均速度、平均速率.
图1-3-3
整个过程位移为0,所以整个过程的平均速度为0.
整个过程通过的总路程为2x,所用的总时间为t=
.
所以平均速率为
x.
0
x
要点总结:
1.速度是矢量,既有大小,又有方向;
速率是标量,只有大小,没有方向.
2.无论速度方向如何,瞬时速度的大小总等于该时刻的速率.
3.平均速度是矢量,其方向与对应的位移方向相同;
平均速率是标量,没有方向.
4.平均速度等于位移与所用时间的比值,平均速率等于路程与所用时间的比值,平均速度的大小不等于平均速率.
5.只有单向直线运动时,平均速度的大小等于平均速率,其他情况下,平均速度均小于速率,二者的关系类似于位移和路程.
课堂小结
定义
物理意义
注意问题
速度
位移与发生这个位移所用时间的比值
描述物体的快慢程度和运动方向
v和s及t是对应关系.是矢量,方向就是物体运动的方向
平均速度
物体在时间间隔Δt内运动的平均快慢
描述在一段时间内物体运动的快慢和方向
只能粗略地描述物体的运动快慢.大小和所研究的时间间隔Δt有关;
是矢量,方向和运动方向相同
瞬时速度
物体在某时刻或某位置的速度
描述物体在某时刻的运动快慢和方向
精确地描述物体的运动快慢.矢量,方向沿物体运动轨迹的切线方向
速率
瞬时速度的大小叫做速率
描述物体的运动快慢
是标量,只考虑其大小不考虑其方向
布置作业
1.教材第18页“问题与练习”,第1、2题.
2.观察生活中各种物体的运动快慢,选取一定的对象,测量它们的速度,并说明是平均速度还是瞬时速度,并把测量的数据与同学交流讨论.
板书设计
3运动快慢的描述速度
活动与探究
课题:
用光电门测瞬时速度
请你找老师配合,找齐所用仪器,根据说明书,自己亲自体验用光电门测瞬时速度,并写一实验报告.
步骤
学生活动
教师指导
目的
根据查阅的资料,确定实验方案
介绍相关书籍资料
1.让学生了解光电门测瞬时速度的原理
2.培养学生的动手能力和独立思考能力
进行实验和收集数据
解答学生提出的具体问题
相互交流活动的感受
对优秀实验成果进行点评
参考资料:
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1-3-4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Δx和测出的时间Δt,就可以算出遮光板通过光电门的平均速度
.由于遮光板的宽度Δx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.
图1-3-4
习题详解
1.解答:
(1)1光年=365×
24×
3600×
108m=9.5×
1015m.
(2)需要时间为
s=4.2年.
2.解答:
(1)前1s平均速度v1=9m/s
前2s平均速度v2=8m/s
前3s平均速度v3=7m/s
前4s平均速度v4=6m/s
全程的平均速度v5=5m/s
v1最接近汽车关闭油门时的瞬时速度,v1小于关闭油门时的瞬时速度.
(2)1m/s,0
说明:
本题要求学生理解平均速度与所选取的一段时间有关,还要求学生联系实际区别平均速度和(瞬时)速度.
3.解答:
(1)24.9m/s
(2)36.6m/s(3)0
说明:
本题说的是平均速度是路程与时间的比,这不是教材说的平均速度,实际是平均速率.应该让学生明确教材说的平均速度是矢量,是位移与时间的比,平均速率是标量,日常用语中把平均速率说成平均速度.
设计点评
本节内容是在坐标和坐标的变化基础上,建立速度的概念.速度的建立采用了比值定义法,在教学中稍加说明,在以后的学习中还会有更加详细的介绍.对速度的引用,本设计采用了“单位时间的位移”与“单位位移的时间”进行对比,体会速度引入的方便性.以京九铁路为情景,既激发了学生的学习热情又培养了爱国之情.在瞬时速度的理解上,本设计利用了光电门的装置进行说明,起到了良好的效果.
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