高中物理3 位置变化快慢的描述——速度教案

位置变化快慢的描述——速度

【教学目标】

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。

【教学重难点】

教学重点：速度、瞬时速度、平均速度三个概念以及三个概念之间的联系。

教学难点：对瞬时速度的理解。

【教学过程】

一、导入新课。

出示图片

生活和科学研究中经常需要知道物体运动的快慢和方向，不同的运动，快慢程度并不相同。

比较物体运动的快慢，你还记得初中有哪些方法吗？

初中所学的速度与高中所学的速度完全相同吗？

二、讲授新课

（一）速度

1．比较物体运动快慢的方法

（1）相同时间比较位移

出示动画：小车的运动

教师总结：相同时间内，位移越大，物体运动越快

（2）相同位移比较时间

出示动画：小车的运动

教师总结：相同的位移，所用时间越短的物体运动的越快

思考讨论：如果时间和位移都不同，怎样比较物体运动快慢呢？

用单位时间内的位移来比较物体运动快慢。

2．速度

（1）定义：物理学中用位移与发生这段位移所用时间之比表示物体运动的快慢，这就是速度。

（2）定义式：v=Δx/Δt

v表示速度；Δx表示物体在Δt内的位移

（3）单位：米每秒（m/s）、千米每时（km/h）、厘米每秒（cm/s）等。

（4）物理意义：描述物体运动快慢的物理量

速度大小在数值上等于单位时间内物体位移的大小；速度的方向是物体运动的方向。

（5）速度是矢量，它既有大小，又有方向。

v的方向是由对应Δt时间内位移Δx的方向决定，正号表示与规定的正方向相同，负号表示与规定的正方向相反。

针对练习：

1．说出下面速度方向并比较大小

解答：和  方向与规定正方向相同

  方向与规定正方向相反

注意：矢量的正负号仅表示方向，比较大小取绝对值，绝对值大的速度大。

（二）平均速度和瞬时速度

1．平均速度

（1）定义：物体在时间Δt内运动的平均快慢程度（物体运动的位移与发生这个位移所用的时间的比值），叫作平均速度。

（2）定义式：

（3）物理意义

粗略地描述了物体运动快慢程度和方向；平均速度大，物体运动快，反之慢。

（4）平均速度是矢量，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。

注意：①平均速度必须指明那段时间或哪段位移。

②平均速度不考虑运动过程的细节问题，只考虑初末位置及整个过程的运动时间问题。

③平均速率不是平均速度的大小，平均速率等于路程与时间的比值；平均速度大小一般不等于平均速率。

针对练习

（2019．湖南学业考试）某校教师举行50m往返跑接力比赛，胡老师一次往返用时20s，则他的平均速度是______m/s平均速率_____m/s

提示：物体往返一次位移为x=0，所以平均速度为0。

物体往返一次路程为100m，平均速率是路程与时间的比值。

思考讨论：平均速度描述物体在一段时间内运动的平均快慢程度及方向。那么，怎样描述物体在某一时刻运动的快慢和方向呢？

出示图片

参考答案：可用时刻t到t＋Δt一小段时间内的平均速度：

来代替时刻t物体的速度，Δt越小，运动快慢的差异就越小。当Δt非常非常小时，运动快慢的差异可以忽略不计，就可认为是t时刻的速度。

2．瞬时速度

（1）定义：物体经过某一位置或在某一时刻的运动快慢程度就是瞬时速度。

（2）瞬时速度精确地描述了物体运动的快慢。

（3）匀速直线运动是瞬时速度保持不变的运动。在匀速直线运动中，平均速度与瞬时速度相等。

（4）速率：瞬时速度的大小通常叫作速率。

出示图片：汽车速度计

汽车速度计不能显示车辆运动的方向，它的示数实际是汽车的速率。

注意：日常生活中说到的“速度”，有时是指速率，要根据上下文判断。

实验  测量纸带的平均速度和瞬时速度

1．测量平均速度

（1）实验器材：打点计时器、刻度尺、电源、纸带等。

出示图片：打点计时器

（2）实验步骤

①固定计时器并穿好纸带。

②启动电源，拉纸带，纸带上就打出一行小点随后立即关电源

③取下纸带，从能够看得清的某个点开始，往后数出若干个点，如果共有n个点，那么n个点的间隔数为n－1个，则纸带的运动时间Δt＝（n－1）×0.02s

④用刻度尺测量出从开始计数的点到最后一个计数点间的距离Δx

⑤利用公式v＝Δx/Δt计算出纸带在这段时间内的平均速度。

（3）数据处理

①在图中选取纸带上一点为起始点0，后面每5个点取一个计数点，

分别用数字1，2，3，…标出这些计数点；

②测量各计数点到起始点0的距离x，记录在表1中；

③计算两相邻计数点间的位移Δx，同时记录对应的时间Δt；

④根据Δx和Δt计算纸带在相邻计数点间的平均速度v。

2．测量瞬时速度

（1）某点瞬时速度的测量：利用v＝Δx/Δt，其中Δx为包含待测点的较近的一段距离.

计算每隔0.06s的平均速度纸带示意图

说明：D、F两点间距离过小，测量误差会增大。所以，实际测量中要根据需要及所用仪器的情况，在要测量的点附近选取合适的位移和时间。计算实验中纸带上各计数点的瞬时速度。每隔0.06s计算一次速度。

（2）数据处理

①从纸带起始点0算起，后面每3个点取一个计数点；

②测量各计数点到起始点0的距离x，记录在表2中；

③计算两相邻计数点间的位移Δx，同时记录对应的时间Δt；

④根据Δx和Δt算出的速度值就可以代表在Δx这一区间内任意一点的瞬时速度。将算出的各计数点的速度值记录在表中。

手拉纸带各计数点的瞬时速度

（三）速度—时间图像

1．图像特点：直观

2．作图步骤：

（1）建立坐标系：以时间t为横轴，速度v为纵轴

（2）描点

（3）用平滑的曲线连起来

速度—时间图像或v-t图像

针对练习

质点做直线运动，其s-t关系如图所示，质点在0～20s内的平均速度大小为_______m/s，质点在___________时的瞬时速度等于它在6～20s内的平均速度。

答案：0.8；10s和14s

解析：由s-t图像可知，在0～20s内，质点位移的大小为16m，故平均速度为v=Δs/Δt=16/20m/s=0.8m/s，图像的斜率代表速度，连接6s、20s两个时刻对应图像的点，左右平移，与图像相切位置对应的横坐标就是与6～20s内平均速度相等的时刻，可知10s和14s时的瞬时速度等于它在6～20s内的平均速度。

拓展学习：借助传感器与计算机测速度

用“位移传感器”把物体运动的位移、时间转换成电信号，经过计算机的处理，可以立刻在屏幕上显示物体运动的速度，自动绘制出物体运动的v-t图像。这样，同学们就可以用更多的时间和精力对物理过程进行分析。

出示图片：实验室用位移传感器测速度的装置

阅读拓展学习了解两种位移传感器测速度的原理

课堂练习

1．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，用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：0.35；0.42；0.35

2．短跑运动员在100m竞赛中，测得她在50m处的瞬时速度为6.0m/s，16s末到达终点时的瞬时速度是7.5m/s，此运动员在这100m中的平均速度大小为（    ）

A．6m/s

B．6.25m/s

C．6.75m/s

D．7.5m/s

答案：B

3．下列所说的速度中，哪个是平均速度（    ）

A．百米赛跑的运动员以9.5m/s的速度冲过终点线

B．返回地面的太空舱以8m/s的速度落入太平洋

C．由于堵车，在隧道内的车速仅为1.2m/s

D．子弹以800m/s的速度撞击在墙上

答案：C

4．短跑运动员在100m的比赛中，测得他在5s末的速度是8.7m/s，10s末到达终点时的速度为10.3m/s，此运动员在这100m中的平均速度是（    ）

A．m/s

B．9.5m/s

C．9m/s

D．10.3m/s

答案：A

拓展提高

1．如图所示为某物体的s—t图像，在第1s内物体的速度是_______，从第2s至第3s内物体的速度是_______，物体返回时的速度是_______，4s内通过的路程是_______，位移是_______，4s内物体的平均速度是_______。

答案：1m/s；0；-3m/s；4m；-2m；-0.5m/s

2．如图为一条纸带打上点后的情况，已知A、B、C、D四个点中，A点最先打出，D点最后打出，由图可知，A→B阶段纸带做_______运动，B→C阶段很接近_______运动，C→D阶段则做_______运动，A→B、B→C和C→D三个阶段中的平均速度大小依次为_______m/s、_______m/s和_______m/s。已知交流电源的频率为50Hz。

答案：加速；匀速；减速；1.8；5；5.25

3．一辆汽车在平直公路上做直线运动先以速度行驶了三分之一的路程，接着又以的速度跑完剩下的三分之二路程，如果汽车在全过程的平均速度是v=15km/h，则_______km/h。

答案：10

三、课堂小结

1．物理学中用位移与发生这段位移所用时间之比表示物体速度2、速度是矢量，它既有大小，又有方向。v的方向是由对应Δt时间内位移Δx的方向决定

3．平均速度：粗略地描述了物体运动快慢程度和方向

4．瞬时速度精确地描述了物体运动的快慢和方向

5．测量纸带的平均速度和瞬时速度

6．速度—时间图像

四、板书

（一）速度

1．比较物体运动快慢的方法：相同时间比较位移；相同位移比较时间

2．物理学中用位移与发生这段位移所用时间之比表示物体的速度

速度是矢量，它既有大小，又有方向。v的方向是由对应Δt时间内位移Δx的方向决定

（二）平均速度和瞬时速度

1．平均速度：粗略地描述了物体运动快慢程度和方向

2．瞬时速度：精确地描述了物体运动的快慢程度和方向

3．测量纸带的平均速度和瞬时速度

（三）速度—时间图像

1．图像特点：直观

2．作图步骤：

（1）建立坐标系：以时间t为横轴，速度v为纵轴

（2）描点

（3）用平滑的曲线连起来