高中物理人教版 (2019)必修 第一册3 位置变化快慢的描述——速度第一课时教学设计

1.3  位置变化快慢的描述——速度

【教材分析】

速度是描述物体运动的重要物理量。本节课采用循序渐进的方式，首先通过一些实例和问题，引导学生建立速度的概念，然后进一步阐述平均速度和瞬时速度的区别与联系，再用打点计时器测量平均速度和瞬时速度，最后讲解了速度时间图像。速度的矢量性问题，是本节的重点，也是和初中物理中速度概念的重要区别。另外对瞬时速度的理解，体现了极限思想，对此要求引导学生逐步理解，不要急于求成。速度的定义是高中物理中第一次用到比值定义法，可以对比初中学过的类似的概念，力求学生能理解。教学过程中，要多举实例，通过具体的例子从大小和方向两方面来强化对速度概念的认识。本节课内容多而且包含实验，所以安排2课时。

【教学目标与核心素养】

[物理观念]能建立速度的概念，并将速度概念与生活中相关现象联系起来，能从物理学的视角观察身边的运动现象，并能正确辨析平均速度和瞬时速度。

[科学思维]体会速度的比值定义法，体会研究瞬时速度用的极限方法和抽象思维的方法。

[科学探究]理解平均速度与瞬时速度的区别和联系。

[科学态度与责任]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；培养学生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，及三个概念之间的联系。

教学难点：对瞬时速度概念的形成与理解。

【课前准备】

多媒体课件。

【课时安排】

2课时

【教学过程】

第1课时

[新课导入]

教师活动：指导学生观察这几张图片，提出问题：物体的运动，快慢程度不一样，那如何来描述物体运动的快慢？

[新课讲授]

一、速度

教师活动：指导学生仔细阅读“速度”一部分，同时提出问题：

1．比较物体运动的快慢，可以有几种方法？结合你身边的实例加以说明。

2．什么是速度？为什么用速度就可以描述物体运动的快慢？

3．表示速度的单位有哪些？速度是矢量还是标量？

学生活动：学生就老师提出的问题去阅读教材，寻求答案，然后分小组交流讨论，初步建立起速度的概念。讨论完后找小组展示答案。

归纳总结：如何判断谁运动的快？

方法一：位移x相同，比较时间t的长短。

例如：刘翔在110米栏比赛中，所用的最短，跑的最快，所以夺得金牌。

方法二：时间t相同，比较位移x的大小。

例如：假如用相同的时间，刘翔跑的更远，说明刘翔跑得更快。

★速度

1．定义：位移与发生这段位移所用时间的比值。

2．定义式：

3．单位：国际单位制为m/s(或m•s-1)，常用单位：km/h  cm/s等。

4．速度是矢量：既有大小，又有方向，速度方向（物体的运动方向）和位移的方向相同。

5．物理意义：速度大小在数值上等于单位时间内物体位移的大小；速度的方向和该时间内位移的方向相同。

教师提问：一个运动员参加百米赛跑。我们用公式计算出的速度，能否精确描述运动员在任一时刻运动的快慢？

学生活动：思考老师提出的问题，讨论后得出结论：不能。因为，只能反应一段时间内物体运动的平均快慢。

教师提问：怎样精确描述物体在某段时间或某一时刻运动的快慢呢？

二、平均速度和瞬时速度

教师活动：指导学生仔细阅读“平均速度和瞬时速度”部分，同时提出问题：

1．平均速度的定义是什么？它是标量还是矢量？

2．瞬时速度的定义是什么？它是标量还是矢量？

3．速率的定义是什么？它是标量还是矢量？

4．我们日常生活中说到的“速度”是指什么？请举例说明。

学生活动：根据老师提出的问题去阅读教材，寻求答案；然后分小组交流讨论，选出代表发表见解。

教师活动：聆听学生回答，点评总结。

★平均速度

1．定义：物体运动的位移和发生这段位移所用时间的比值，叫作平均速度。

2．定义式：

3．物理意义：粗略地描述了物体在△t内运动的平均快慢程度。

4．矢量：方向与位移方向相同。

5．计算物体的平均速度时要注意哪些问题？

平均速度只是对运动物体在某一段时间内（或某一段位移内）而言的，因此，平均速度必须指明是“哪段时间”或“哪段位移”的。

【问题1】：田径场跑道周长是400米，运动员跑完一圈回到原位置用时80秒，他的平均速度是多大？

解析：运动员跑完一圈的总位移是0，所以平均速度是0。

教师提问：平均速度只是粗略描述运动物体在某一段时间内（或某一段位移内）运动的平均快慢程度和方向，怎样精确描述物体在某一时刻运动的快慢和方向呢？

★瞬时速度

1．定义：物体在某一时刻（或某一位置）时的运动快慢。

2．理解：当△t非常非常小时，△x/△t可看作某时刻（某位置）的瞬时速度。

3．物理意义：精确描述某个时刻（或对应位置）的实际运动快慢程度。

4．矢量：方向即物体在这一时刻的运动方向。

教师讲解：瞬时速度的定义用到了极限思想，理论上分析，△t越小，平均速度就越接近瞬时速度，当△t非常非常小时，平均速度就等于该时刻的瞬时速度。以后大家学了数学上的微积分就更好理解了。

★速率

1．定义：瞬时速度的大小通常叫作速率。

2．标量：只有大小，没有方向。

教师活动：指导学生观察图1.3-1汽车的速度计，提出问题：从表盘上都能获得哪些信息？

学生活动：分组讨论，说出从表盘上获取的有用信息。

信息1：可以知道汽车某时刻的速率。指针指在相应数字的瞬间，就表示汽车在那一瞬间的速率是该值。

信息2：可以从表盘上直接读出汽车行驶里程。

信息3：汽车的速度计显示的是速率。称呼为“速率计”更准确。

教师提问：我们日常生活中说到的“速度”，可能指：“平均速度”、“瞬时速度”或“速率”。请举例说明。

学生活动：小组派代表举例说明。

【讨论与交流】

【问题2】甲、乙两位同学分别用不同的时间绕操场跑了一圈，都回到了出发点，他们的平均速度相同吗？怎样比较他们运动的快慢？

分析1：平均速度相同。平均速度等于位移与发生这段位移所用时间的比值，所以他们的平均速度都是零。

分析2：即使一位同学站在原地不跑，他的平均速度也是零，显然若我们用跑完操场一圈对应的平均速度无法准确比较他们运动的快慢，应该用另一个物理量来表示。

结论：他们两人通过的路程相同且都不为零，但所用时间不同，显然用时短的运动得快，也就是平均速率大。

★平均速率

定义：物体的平均速率等于物体通过的路程和所用时间的比值。

典例分析

【例1】一个运动员在某次百米赛跑中，50 m处的速度是6 m/s，16 s末到达终点时的速度为7.5 m/s，则整个赛跑过程中他的平均速度的大小是（    ）

A．6 m/s                   B．6.25 m/s

C．6.75 m/s                 D．7.5 m/s

【答案】B

【例2】一物体沿直线运动，先以3 m/s的速度运动60 m，又以2 m/s的速度继续向前运动60 m，物体在整个运动过程中平均速度是多少？

【解析】根据平均速度的定义公式，s为总位移，t为总时间，等于前一段位移与后一段位移所用时间之和。

全过程的位移s=120 m

物体在前一段位移用的时间为

后段位移用的时间为

整个过程的用的总时间为t=t1+t2=50 s

整个过程的平均速度m/s=2.4 m/s

【例3】一个做直线运动的物体，在5 s内速度从v1=12 m/s增加到v2=28 m/s，通过的位移s=80 m，则该物体在这5 s内的平均速度大小为（    ）

A．28 m/s     B．12 m/s     C．16 m/s     D．20 m/s

【解析】在这5 s内，物体通过的位移x=80 m，则物体在这5 s内的平均速度= 16 m/s，故C项正确。

【答案】C

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