人教版 (2019)必修 第一册3 匀变速直线运动的位移与时间的关系教学设计及反思

这是一份人教版 (2019)必修 第一册3 匀变速直线运动的位移与时间的关系教学设计及反思，共10页。教案主要包含了教学目标，教学重难点，教学过程等内容，欢迎下载使用。
【教学目标】
1．知识与技能：
（1）知道匀变速直线运动v-t图像的特点，理解图像的物理意义；
（2）掌握匀变速直线运动的速度与时间关系式，并能利用所学公式分析解决相关问题。
2．过程与方法
（1）培养学生分析图像的能力，掌握对物理规律进行总结和归纳的方法；
（2）通过对图像的探究，理解探究匀变速直线运动的速度和时间关系式的过程。
3．情感、态度与价值观
（1）通过联系生活中一些现象，让学生学会观察生活，体会物理源于生活，物理联系社会。
（2）培养学生探究兴趣，激发成就感；养成学科学、爱科学、用科学的习惯；从探究中体验科学之美，体会合作的重要性。
【教学重难点】
教学重点：理解匀变速直线运动v-t图像的物理意义。掌握匀变速直线运动中速度和时间的关系式。
教学难点：学会通过v-t图像判断物体的运动情况。
【教学过程】
一、导入新课
出示图片：百米赛跑
对于运动问题，人们不仅关注物体运动的速度随时间变化的规律，而且还希望知道物体运动的位移随时间变化的规律。
今天，我们就来重点探究匀变速直线运动的位移与时间有怎样的关系？
二、讲授新课
（一）匀速直线运动的位移
1．匀速直线运动的位移与时间的关系：x=vt，它的v-t图像是平行于t轴的一条直线
如图v–t图线与t轴所夹的矩形“面积”就是匀速直线运动的位移。
思考讨论：位移是矢量既有大小又有方向，图像上如何表示匀速直线运动的位移的方向呢？
面积在时间轴上方，表示位移的方向为正方向；面积在时间轴下方，表示位移的方向为负方向。
（二）匀变速直线运动的位移
1．从v-t图像中探究匀变速直线运动的位移
如图v–t图线与t轴所夹的梯形“面积”是否匀变速直线运动的位移呢？
出示图片：粗略地表示位移，分4个小矩形，较精确地表示位移分8个小矩形。
假如把时间轴无限分割，情况又会怎么样呢？
教师总结：如果把整个运动过程分割得非常非常细，很多很多小矩形的面积之和就能非常精确地代表物体的位移了。这是物理上常用的微元法。
结论：匀变速直线运动的位移仍可用图线与坐标轴所围的面积表示。
下面请同学们依据这个结论和v-t图像，求得位移的计算式。
由图可知梯形的面积：S梯形=（V0+V）×t/2
即位移：
将v＝v0＋at代入上式，有
2．匀变速直线运动的位移公式：
（1）t是指物体运动的实际时间（刹车问题）
（2）使用公式时应先规定正方向，一般以υ0的方向为正方向，若a与v0同向，则a取正值；若a与v0反向，则a取负值；
（3）如果初速度为0，
（4）解题时先用字母代表物理量，再代入数值进行计算，代入数据时，各物理量的单位要统一。
知识拓展
匀变速直线的位移——时间图像
因为位移公式是关于t的一元二次函数，故x－t图像是一条抛物线（一部分）。
注意：x-t图像不是物体运动的轨迹，而是位移随时间变化的规律
典型例题
【例题1】航空母舰的舰载机既要在航母上起飞，也要在航母上降落。
（1）某舰载机起飞时，采用弹射装置使飞机获得10m/s的速度后，由机上发动机使飞机获得25m/s2的加速度在航母跑道上匀加速前进，2.4s后离舰升空。飞机匀加速滑行的距离是多少？
（2）飞机在航母上降落时，需用阻拦索使飞机迅速停下来。若某次飞机着舰时的速度为80m/s，飞机钩住阻拦索后经过2.5s停下来。将这段运动视为匀减速直线运动，此过程中飞机加速度的大小及滑行的距离各是多少？
分析两个问题都是已知匀变速直线运动的时间来计算位移。
第（1）问需要用匀变速直线运动的位移与时间的关系式计算。
第（2）问中，飞机着舰做匀减速直线运动的加速度需要根据速度与时间的关系式计算。匀减速运动各矢量的方向较为复杂，因此需要建立一维坐标系来确定它们的正负。
解（1）根据匀变速直线运动的位移与时间的关系式，有
＝10m/s×2.4s＋1/2×25m/s2×（2.4s）2＝96m
（2）沿飞机滑行方向建立一维坐标系如图所示，
飞机初速度v0＝80m/s，末速度v＝0，根据匀变速直线运动的速度与时间的关系式，有
加速度为负值表示方向与x轴正方向相反。
再根据匀变速直线运动的位移与时间的关系式，有
＝v0t＋1/2×（－v0/t）t2＝1/2v0t
＝1/2×80m/s×2.5s＝100m
飞机起飞时滑行距离为96m。着舰过程中加速度的大小为32m/s2，滑行距离为100m。
（三）速度与位移的关系
我们已经学习了匀变速直线运动的位移与时间的关系式和速度与时间的关系式，那么速度与位移有什么关系，你能推导吗？
位移与时间的关系式：
速度与时间的关系式：v=v0+at，
将上述两个公式联立求解，消去时间t可得到
v2－v02＝2ax
这就是匀变速直线运动的速度与位移的关系式。如果在所研究的问题中，已知量和未知量都不涉及时间，利用这个公式求解，往往会更简便。
例题2：动车铁轨旁两相邻里程碑之间的距离是1km。某同学乘坐动车时，通过观察里程碑和车厢内电子屏上显示的动车速度来估算动车减速进站时的加速度大小。当他身边的窗户经过某一里程碑时屏幕显示的动车速度是126km/h如图所示。动车又前进了3个里程碑时，速度变为54km/h。把动车进站过程视为匀减速直线运动，那么动车进站的加速度是多少？它还要行驶多远才能停下来？
分析：由于把动车进站过程视为匀减速直线运动，因此可以应用匀变速直线运动的速度与位移关系式计算动车的加速度。本题加速度方向跟速度方向相反，因此需要建立一维坐标系来处理相关物理量的正负号。
解：沿动车运动方向为正方向建立一维坐标系。把动车通过3000m的运动称为前一过程，之后到停下来称为后一过程。
设在前一过程中的末位置为M点。初速度v0＝126km/h＝35m/s，末速度vM＝54km/h＝15m/s，位移x1＝3000m。
对前一过程，根据匀变速直线运动的速度与位移的关系式，有
对后一过程，末速度v＝0，初速度
vM＝15m/s。
由v2＝vM2＋2ax2，有
动车进站的加速度大小为0.167m/s2，方向与动车运动方向相反；还要行驶674m才能停下来。
知识拓展：匀变速直线运动的重要推论
1．平均速度
在匀变速直线运动中，对于某一段时间t，其中间时刻的瞬时速度vt＝v0＋a×1/2t＝v0＋1/2at，该段时间的末速度v＝v0＋at，由平均速度的定义式和匀变速直线运动的位移公式整理加工可得。
故在匀变速直线运动中，某一段时间内的平均速度等于该段时间内中间时刻的瞬时速度，又等于这段时间内初速度和末速度的算术平均值。
拓展学习：匀变速直线运动位移公式的推导
1．阅读课文了解匀变速直线运动位移公式的推导，掌握图线与坐标轴所围的面积表示位移。
2．原则上对于处理任意形状的v-t图像都适用。
对于图中所示的运动物体的位移，可用其v-t图像着色部分图形的面积来表示。
三、课堂练习
1．飞机在跑道上滑行，离地起飞时的速度是60m/s，若飞机滑行时加速度大小为4m/s2，则飞机从开始滑行至起飞需时间________s，起飞的跑道长至少为________m。
答案：15；450
2．某物体的初速度为2m/s，在4s的时间内速度均匀增大到6m/s，那么该物体在这段时间内发生的位移x为________m；
答案：16
3．某航母跑道长200m，飞机在航母上滑行的最大加速度为6m/s2，起飞需要的最低速度为50m/s，那么，飞机在滑行前，需要借助弹射系统获得的最小初速度为（ ）
A．5m/sB．10m/sC．15m/sD．20m/s
答案：B
4．汽车以20m/s的速度做匀速直线运动，刹车后的加速度为5m/s2，那么开始刹车后2s与开始刹车后6s汽车通过的位移之比为（ ）
A．1︰4B．3︰5C．3︰4D．5︰9
答案：C
拓展提高
1．做匀变速直线运动的物体的速度??随位移x的变化规律
????−??=????，v与x的单位分别为m/s和m，据此可知（ ）
A．初速度????=4m/s
B．初速度????=??m/s
C．加速度??=−??m/s??
D．加速度??=??m/s??
【答案】B
2．一质点沿一直线运动，t＝0时，位于坐标原点，下图为质点做直线运动的速度时间图像。由图可知：
（1）该质点的位移随时间变化的关系式是：x=____________。
（2）在时刻t＝________s时，质点距坐标原点最远。
（3）从t＝0到t＝20s内质点的位移是________；通过的路程是________。
答案：（1）－4t＋0.2t2
（2）10
（3）0m；40m
四、课堂小结
1．匀速直线运动的位移公式：x=vt
2．匀变速直线运动的位移公式：
3．在v-t图像中，物体的位移x在数值上等于图线与坐标轴所围的面积。
（其中横轴上方的面积代表位移为正方向，横轴下方的面积代表位移为负方向。）
4．v2－v02＝2ax
五、板书
（一）匀速直线运动的位移
匀速直线运动的位移：x=vt
v–t图线与t轴所夹的矩形“面积”就是匀速直线运动的位移。
（二）匀变速直线运动的位移
位移是v–t图线与t轴所夹的矩形“面积”
（三）速度与位移的关系
v2－v02＝2ax