高中物理人教版 (新课标)必修13 运动快慢的描述──速度教学设计

这是一份高中物理人教版 (新课标)必修13 运动快慢的描述──速度教学设计，共4页。教案主要包含了教学分析，教学设计，案例评析等内容，欢迎下载使用。
（一）课程与学情分析
在共同必修模块物理1的内容标准中涉及本节的内容有“经历…实验研究的过程，理解…、速度，…”。平均速度、瞬时速度是学习匀变速直线运动规律和进一步学习其它各种变速运动的基础；研究平均速度所应用的等效替代思想和定义速度所应用的比值法、研究瞬时速度所应用的极限法等都是物理学中常用的研究方法。
学生应用等效替代思想和比值法引入和定义平均速度来粗略描述运动在某段位移（时间）内的运动快慢没有多少困难，但容易忽视平均速度与某段位移（时间）的对应关系；而在比值法的基础上，应用极限法定义瞬时速度精确描述运动在某个位置（时刻）的运动快慢是进入高中阶段的第一次，既缺乏感性经验支持又怀疑极限趋于定值。
（二）教学目标
1．学会研究直线运动时建立直线坐标系，数形结合应用坐标、有向线段表示位置和坐标的变化、有向线段表示位移，理解位置和位移是矢量、及其方向。
2．观察实例，体验物体位置的变化快慢各不相同，尝试用不同方法描述物体位置变化快慢，知道物理中描述物体位置变化快慢的方法——比值法。
3．观察实例，体验物体位置变化快慢不断变化，尝试用等效替代法和比值法引入并定义平均速度粗略描述变速运动在某段位移（时间）内的运动快慢，理解平均速度概念，知道平均速度是矢量和过程量，能计算和解释直线运动（单向和往复）的平均速度，能区别平均速度和平均速率。
4．观察实例，认识瞬时速度概念，经历实验观测、数据分析，体验在实验误差允许范围内用比值法更精确地去测量物体经过某个位置（时刻）的速度，领会极限思想并定义瞬时速度，理解瞬时速度的概念，知道瞬时速度是矢量和状态量，能区别速度和速率，知道瞬时速度的大小总是等于瞬时速率，知道匀速直线运动中瞬时速度等于平均速度，体会实验和数学在研究物理问题中的重要性。
（三）教学重点、难点
1．教学重点及其教学策略
理解平均速度、瞬时速度、加速度的概念，知道速度和速率以及它们的区别。
在感性经验的基础上，根据等效替代的思想应用比值的方法定义平均速度，应用极限法定义瞬时速度。针对存在的困难或偏差设置台阶或问题，展开学生学习和辨析的过程。
2．教学难点及其教学策略
在比值法的基础上应用极限法由平均速度推导瞬时速度。
通过实验既要体验时间和位移越小测量某位置（时刻）的速度误差越小，又要领会极限思想即当时间和位移很小时在误差允许范围内平均速度就是瞬时速度。
二、教学设计
（一）导入新课
1．【教师】呈现：一辆汽车在平直公路上运动。问题：为了定量研究汽车位置的变化，我们需要作哪些工作？
【预设】提示1：怎样表示物体的位置？选取参考系，坐标原点，建立坐标系。提示2：怎样表示物体位置的变化？位移，坐标的变化。提示3：位置的变化、位移即坐标的变化对应的时间变化呢？
2．【教师】从北京到重庆（图片）可以有多种方案，乘火车、先乘火车然后乘轮船、乘飞机（图片）……提问1：3人同一天出发，谁先到达？为什么？
【板书】§1.3 运动快慢的描述
（二）新课教学
【教师】百米比赛正在进行中，跑在最前面的是我们班的张三同学、落在最后的是隔壁班的王五同学，提问：如何比较他们位置变化的快慢？现在，他们开始冲刺，李四第一个冲过终点线，提问：这时，如何比较他们位置变化的快慢？
【预设】让同学充分表达和交流，可能有下面几种：
（1）同样的位移，看谁用的时间少；
（2）如果运动的时间相等，可比较谁通过的位移大；……
【教师】提示：怎样比较不在同场竞技的物体位置的变化快慢？如何计算？物理中选择了什么方法？为什么？
【预设】让同学充分表达和交流，可能有下面几种：
（1）单位时间内的位移；
（2）单位位移所用时间；……
【板书】§1.3 运动快慢的描述——速度
1．速度
1．1位置：位置坐标x。
1．2位置的变化：坐标的变化Δx=x2-x1。
1．3位置的变化快慢——速度：坐标的变化快慢v=Δx/Δt;
单位：m/s或m·s-1;
既有大小又有方向，方向就是物体运动的方向或位移的方向，是矢量。
3．【教师】呈现：著名110m栏运动员刘翔，既是中国也是亚洲田径史上的第一人。下表是他在一次重大国际比赛的视频资料中记录下来的几个运动阶段的位移和时间数据，根据这些数据回答下列问题，
（1）计算刘翔从起跑到跨第1个栏，从跨第1个栏到跨第10个栏，从跨第10个栏到终点线的三个运动阶段的速度；并为刘翔的今后训练提一点建议。
（2）计算刘翔跑完全程的速度；能否直接由三个阶段的速度的平均值求出全程的速度？
（3）全程的速度与三个阶段的速度的任何一个相等吗？这说明什么？
【预设】教师巡回指导，注意与位移和时间对应。指出这就是平均速度。
【教师】提问：刘翔在跑完全程110m的过程中，运动快慢是否一样？刘翔在12.7s内的每个时刻即经过每个位置的速度都是一样吗？
【预设】启发：感受平均速度只是粗略的，并不能精确地表示每个时刻或位置的运动快慢。引导：如何得到每个时刻或位置的速度——瞬时速度？
【教师】呈现：实验装置图。启发：测量小车经过O位置即时刻的速度的方法。
【预设】提示：测量小车经过O位置即时刻的瞬时速度，用测量B6O段的平均速度和B5O段的平均速度来代替，哪一个更接近一些？这给我们什么启示？……
【教师】呈现：已记录下的数据，计算平均速度代替瞬时速度。质疑：这样能不能精确获得小车经过O位置即时刻的瞬时速度？结果会不会是0？
【预设】同学们边计算边填表格，让同学们充分表达。
【教师】启发：用测量A6O段、A5O段……的平均速度，行不行？感受极限法，猜想小车经过O位置即时刻的速度大小？
【预设】同学们边计算边填表格，提示：从计算结果，我们得到什么启示？……看课本第16页相关部分。
【教师】呈现：实验装置图。测瞬时速度。
【预设】说一说，O位置的速度是否就是73.0cm/s?
【板书】
2.平均速度和瞬时速度
2.1平均速度：粗略描述物体在某段位移（时间）内运动的快慢；
瞬时速度：精确描述物体经过某个位置（时刻）运动的快慢。
2.2定义式：平均速度；
瞬时速度（Δt→0）；
2.3平均速度：指明对应哪段时间或哪段位移，是过程量；
瞬时速度：指明v对应哪个时刻或哪个位置，是状态量。
2.4矢量：平均速度方向与位移方向相同，
瞬时速度方向与微小位移方向相同。
2.5因为位移大小不一定等于路程，所以平均速度大小不一定等于平均速率；
因为微小位移大小一定等于路程，所以瞬时速度大小一定等于瞬时速率。
4．【教师】观察课本16页图1.3-2，结合坐车经历说说指针偏转情况？指示的是平均速度还是瞬时速度？指示的是速度还是速率？
练习：（1）一辆汽车以20m/s的速度沿平直的公路从甲地开往乙地，又以30m/s的速度从乙地开往丙地。已知甲、乙两地间的距离与乙、丙两地间的距离相等。求该汽车在从甲地开往丙地的过程中平均速度的大小。
有一位同学是这样解的：m/s=25m/s。请问上述解法是正确还是错误的？若正确说明为什么，若错误给出正确解答。
（2）如图所示，小男孩做小球竖直上抛游戏，从A到B的高度为10m，小球上升和下落都经过时间为1s。分别求出上升、下落和全程的平均速度和平均速率。
[预期]同学交流，教师点评。
阅读课本17页说一说。
一个做直线运动的物体，某时刻的速度是6m/s，那么这个物体
A.在这一时刻之后的0.1s内的位移一定是0.6m
B.在这一时刻之前的0.1s内的位移一定是0.6m
C.在这一时刻之前的1s内的位移可能是6m
D.从这一时刻起以后的的10s内的位移可能是60m
三、案例评析
本节课教学设计注重学生知识的形成过程。教师注重创设问题情境，留给学生独立的观察思考和实验的空间，激发学生探究的热情。学生在已有的认知条件下，即根据学生已掌握的匀速直线运动的速度知识，让学生经历实验和理论探究的过程，学生充分展示自己的观点，激发学生的问题意识和创新意识，较好地理解平均速度、 瞬时速度的物理意义。学习过程中注重体会推理、演绎、归纳等科学思维方法，培养学生运用数学工具解决物理问题的能力。
把位移与时间的比值定义为速度时，适时引导同学回忆初中是用什么与时间的比值定义为速度的？如何理解？
引导同学们看速度计时，适时辨析：瞬时速度与平均速度，速度与速率，匀速直线运动中的瞬时速度与平均速率，生活中的速度。
从起跑线
到第1个栏
从起跑线
到第10个栏
从起跑线
到终点线
位移Δx /m
13.72
95.98
110.00
时间t/s
2.3
11.4
12.7
区间
Δx/cm
Δt/s
vAO/cm·s-1
区间
Δx/cm
Δt/s
vBO/cm·s-1
A6O
50.0
0.844
59.2
B6O
50.0
0.570
87.7
A5O
40.0
0.633
63.2
B5O
40.0
0.466
85.8
A4O
30.0
0.447
67.1
B4O
30.0
0.359
83.6
A3O
20.0
0.287
69.7
B3O
20.0
0.244
82.0
A2O
10.0
0.140
71.4
B2O
10.0
0.126
79.4
A1O
5.0
0.069
72.5
B1O
5.0
0.067
74.6
Δx/cm
Δt/s
v/cm·s-1
3.80
0.052
73.2
2.40
0.033
73.0
0.86
0.012
73.0