物理必修 第一册第一章 描述运动的基本概念3 位置变化的快慢与方向——速度教案设计

位置变化的快慢与方向——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。

3.理解瞬时速度的意义，能区别质点的平均速度和瞬时速度等概念

4.知道速度和速率以及它们的区别。

5.了解打点计时器和光电门。

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.理解速度-时间的图像。

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：

1.对瞬时速度的理解。

2.理解速度-时间的图像。

【教学过程】

一、导入新课。

出示图片：“飞人大战”

百米赛跑是奥运会田径赛场上最短的直道项目，被称为“飞人大战”。它根据什么确定选手的名次呢？百米赛跑世界纪录保持者为什么被称为“世界上跑得最快的人”？

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表示速度；表示物体在内的位移

（3）单位：米每秒（）、千米每时（）、厘米每秒（）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的方向是由对应时间内位移的方向决定，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

某校教师举行50m往返跑接力比赛，胡老师一次往返用时，则他的平均速度是______平均速率_____

提示：物体往返一次位移为，所以平均速度为0。

物体往返一次路程为，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？

参考答案：可用时刻t到一小段时间内的平均速度：来代替时刻t物体的速度，越小，运动快慢的差异就越小。当非常非常小时，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。

（三）测量速度的实验器材和方法

1.打点计时器的分类

供高中学生实验用的打点计时器：电磁打点计时器和电火花打点计时器

出示图片：电磁打点计时器和电火花打点计时器

2.电磁打点计时器

出示图片：电磁打点计时器结构图

（1）工作电压：交流电源

（2）原理：接通交流电源后，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便振动起来，带动其上的振针上下振动。这时，如果纸带运动，振针就通过复写纸在纸带上留下一行小点。

（3）打点计时器的作用：打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，当电源频率为时，它每隔打一次点。打点计时器和纸带配合，可以记录物体运动的时间及在一段时间内的位移。

3.电火花计时器

出示图片：电火花计时器结构图

（1）工作电压：交流电源；

（2）原理：当接通电源、按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经放放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的纸带上就打出一行点迹。

4.光电门

出示图片：光电门测瞬时速度的装置

实验装置如图所示，光电门的A为发光管、B为接收管，当小车经过时，遮光板阻挡了射到B管上的光线，与光电门相连的计时器启动开始计时；而当遮光板离开，光线重新照射到B管时，计时器停止。

5.测量速度的方法

（1）利用打点计时器：启动电源，拉纸带，纸带上就打出一行小点随后立即关电源，测量出某两个点迹间的距离，除以相应的时间间隔即得到这段时间内的平均速度，如果这段时间很短，所得的结果也可认为是瞬时速度。

（2）利用光电门：遮挡光线的时间足够短，所以遮光板的宽度与相应的时间间隔的比就可以认为是小车经过光电门时的瞬时速度。

（四）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—时间图像或图像

针对练习

质点做直线运动，其关系如图所示，质点在内的平均速度大小为_______，质点在___________时的瞬时速度等于它在内的平均速度。

答案：0.8；和

解析：由图像可知，在内，质点位移的大小为，故平均速度为，图像的斜率代表速度，连接、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内平均速度相等的时刻，可知和时的瞬时速度等于它在内的平均速度。

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

三、课堂练习

1.短跑运动员在竞赛中，测得她在处的瞬时速度为，末到达终点时的瞬时速度是，此运动员在这中的平均速度大小为（    ）

A．

B．

C．

D．

答案：B

2.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的速度冲过终点线

B．返回地面的太空舱以的速度落入太平洋

C．由于堵车，在隧道内的车速仅为

D．子弹以的速度撞击在墙上

答案：C

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

答案：；0；；；；

4.一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，则_______。

答案：10