3. 运动快慢与方向的描述——速度第一课时教学设计

教科版必修1

高中物理

1.3运动快慢与方向的描述——速度

教案

§1.3 运动快慢和方向的描述——速度

教学目标

知识与技能

1、理解速度的概念，知道速度是表示物体运动快慢及方向的物理量，知道速度的定义式。

2、理解平均速度的概念，知道平均速度的定义式，会用平均速度的公式解答有关的问题。

3、知道瞬时速度的概念及意义，知道瞬时速度与平均速度的区别和联系。

4、知道v-t图的特点，理解图像中的物理意义。

5、知道用打点计时器测物体平均速度的方法。

过程与方法

1、运用平均速度的定义，把变速直线运动等效成匀速直线运动处理，从而渗透物理学的重要研究方法——等效的方法。培养学生识别、分析图像的能力。

2、能够用打点计时器测量物体的平均速度。

情感、态度与价值观

通过解决一些问题，而向复杂问题过渡，使学生养成一种良好的学习方法。培养学生用物理语言表达物理规律的意识，激发探索与创新欲望。

教学重难点

重点：对速度、平均速度和瞬时速度的理解，对v-t图像物理含义的理解及其运用。

难点：瞬时速度、图像的物理含义和应用，用打点计时器测量平均速度。

教学方法：讲授、启发、练习

教具准备：多媒体课件

课时安排：新授课（2课时）

教学过程

第1课时

[新课导入] 师：为了描述物体的运动，我们已经进行了两节课的学习，学习了描述运动的几个概念，大家还记得是哪几个概念? 生：质点、参考系、坐标系；时间、时刻、位移和路程． 师：我们已经知道位移是描述物体位置变化的物理量，能不能说，物体的位移越大，物体的位置变化得就越快（物体运动得就越快）? 学生讨论后回答，不能．因为物体的运动快慢与运动的时间有关．

师：那么，如何来描述物体运动的快慢（位置变化的快慢）? 教师指导学生快速阅读教材中的黑体字标题，提出问题：要描述物体运动的快慢，本节课将会学到哪些概念(物理量)? 学生通过阅读、思考，对本节涉及的概念有个总体印象，知道这些概念都是为了描述物体运动的快慢及方向而引入的，要研究物体运动的快慢还要学好这些基本概念．

(板书)§1.3 速度

[新课教学]

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一、速度

举例：2006年瑞士洛桑田径超级大奖赛男子110米栏的比赛中，刘翔以12秒88打破了英国运动员科林·约翰逊1993年8月20日在德国斯图加特创造的保持了13年之久的世界纪录并夺取该项目冠军，21岁的上海小伙刘翔像闪电一样，挟着狂风与雷鸣般的怒吼冲过终点，以明显的不可撼动的优势获得奥运会男子110米栏冠军，12秒88的成绩平了由英国名将，改写了奥运会纪录．

师：那么请问我们怎样比较哪位运动员跑得快呢?有几种方法呢?试举例说明．

学生讨论、思考并回答．

生1：同样的位移，比较所用时间的长短，时间短的，运动得快．例如刘翔在110米栏比赛中所用的时间最短，跑得最快，所以他夺得了金牌．

生2：也可以用相同的时间，比较通过的位移，位移大的，运动得快．假如用相同的时间，刘翔将跑得更远，说明刘翔跑得更快．

师：请同学们再多想一些比较快慢的例子

生：我们在校运动会上，百米赛跑就是相同位移比时间．

师：如果两运动物体位移与时间都不相同，其运动快慢又如何比较？由上分析可知，运动的快慢跟运动的时间及通过的位移都有关系．物理学中用速度来描述物体运动的快慢及方向．

1、

物理意义：反映物体位置变化快慢（运动快慢）及方向

2、

定义：位移与发生这段位移所用时间的比值

3、

公式：

4、

单位：米每秒（m/s）常用的还有km/h、cm/s 5、

矢量性：方向与运动方向相同（见教材P11图1—3—2）

二、平均速度

提出问题：匀速直线运动的速度有什么特点？做匀速直线运动的物体任意相等时间内位移都相等。

当物体做单位时间内位移不相同的变速运动时，又怎么去描述物体运动的快慢呢？引入平均速度的概念。

1、

物理意义：粗略反映物体运动快慢及方向的物理量

2、

定义：位移与发生这段位移所用时间的比值

3、

公式：

4、

单位：m/s、km/h、cm/s 5、

矢量性：方向与这段时间内发生的位移方向相同

平均速率（初中所学的平均速度）：是物体运动的路程与所用时间的比值。

总结：平均速度和平均速率的比较

项目

定义

意义

性质

关系

平均速度

位移与时间的比值

粗略描述运动的快慢和方向

矢量

平均速率

路程与时间的比值

仅表示运动快慢

标量

平均速度大小一般小于平均速率，仅在做单向直线运动时，两者大小才相等

例1：有一辆汽车沿笔直公路行驶，第1 s内通过5 m的距离，第2 s内和第3 s内各通过20 m的距离，第4 s内通过15 m的距离，第5 s内反向通过10 m的距离，求这5 s内的平均速度和平均速率及后2 s内的平均速度和平均速率。

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例2：一物体做单向直线运动，前一半路程的平均速度是，后一半路程的平均速度是，求平均速度。

得出：平均速度不等于速度的平均值。只有物体做匀变速直线运动时

三、瞬时速度

师：我们知道平均速度表示一段时间或一段位移物体运动的平均快慢，那怎样才能精确地描述物体运动过程中，某时刻或通过某位置时的运动快慢及方向？就需要引入瞬时速度的概念。

1、

物理意义：精确地反映物体运动的快慢及方向 2、

定义：物体通过某一位置或某一时刻的速度（状态量）

3、

公式：vx(t0)

t4、

单位：m/s、km/h、cm/s 5、

方向：瞬时速度的方向就是物体此时刻的运动方向（即轨迹的切线方向）

6、

瞬时速度的大小称为瞬时速率，简称速率。

总结：速度和速率的区别和联系。

项目

定义

速度

运动物体在某一时刻或某一位置的速度叫瞬时速度，简称速度

描述质点运动的快慢和方向

矢量

两者大小总是相等

速率

瞬时速度的大小，叫瞬时速率，简称速率

描述质点的运动快慢，不描述运动的方向

标量

意义

性质

关系

例3：关于速度的说法，下列各项中正确的是(

) A. 速度是描述物体运动快慢的物理量，速度大表示物体运动得快

B. 速度可以描述物体位置的变化，速度大表示物体位置变化大

C. 速度越大，位置变化越快，位移也就越大

【解析】速度是描述物体运动快慢的物理量，不能描述物体位置的变化，物体位置的变化用位移来描述，故选项B错误;由x=vt可以看出，位移大小取决于v和t的乘积，不能说速度大位移就大，故选项C错误. 【答案】 A 例4：日常生活中，对平均速度和瞬时速度我们都称为“速度”．下列所说的速度中，指平均速度的是________，指瞬时速度的是________．(选填字母序号)

A．百米赛跑运动员冲过终点线时的速度达到9.5 m/s B．经提速后列车的运行速度达到150 km/h C．由于堵车，在隧道内的车速仅为1.2 m/s D．返回地面的太空舱以8 m/s的速度落入太平洋中 E．子弹以800 m/s的速度撞击到墙上 【解析】

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【答案】

BC ADE 例5：下列关于瞬时速度的说法中正确的是 ( ) A．瞬时速度可以精确地描述物体做变速运动的快慢，但不能反映物体运动的方向

B．瞬时速度就是运动的物体在一段非常非常短的时间内的平均速度

C．瞬时速度的方向与位移的方向相同 D．某物体在某段时间里的瞬时速度都为零，则读物体在这段时间内静止

【解析】瞬时速度是为了精确描述物体运动的快慢和方向而引入的物理量，所以A选项错．平均速度在描述物体运动的快慢时较粗略，但当平均速度中所对应的时间△t越小，越能更精确地描述物体在那一时刻附近的运动快慢，所以选项B对．平均速度的方向与物体的位移方向相同，而瞬时速度是与时刻相对应的物理量，不能说明它与一段时间内的位移方向相同．

【答案】

B D

第2课时

四、学生实验：用打点计时器测量平均速度

实验器材：打点计时器、纸带、铁架台、长木板、小车

1、

电磁打点计时器的结构及工作原理介绍。（结构见课件）

电磁打点计时器是一种使用交流电的计时仪器。工作电压为4—6V的交流电，故要用学生电源。当电源频率为50Hz时, 打点计时器每隔0.02s打一个点。通电前把纸带穿过限位孔并压在复写纸的下面。通电时,线圈产生的交变磁场使振动片磁化,振动片的一端位于永久磁铁的磁场中,由于振动片的磁极随着电流方向的改变而不断变化,在永久磁铁的作用下,振动片将上下振动。其振动周期与线圈中交流电的周期一致,即为0.02s。如果纸带运动，振动片一端的振针就会在纸带上打出一系列的点。

2、

电火花打点计时器的结构及工作原理介绍。

电火花打点计时器可以代替电磁打点计时器使用。与电磁打点计时器不同的是:电火花打点计时器的工作电压是220V的交流电.使用时将电源插头直接插在交流220V插座内就可以了。电火花打点计时器用墨粉和电火花打点。墨粉盘夹在两条纸带之间,当按下脉冲输出开关时会产生高温电火花,高温电火花可以使墨粉蒸发在纸带上.当输入交流电的频率是50Hz时,电火花打点计时器也每隔0.02s打一个点。

实验原理：

在打点计时器上接入50Hz的交流电，放电针和墨粉纸盘之间就会有一个时间间隔为0.02的脉冲电流，脉冲电流会使墨盒在纸带上留下点迹，由于时间间隔一致，所以纸带上点的距离代表相同时间内的位移大小，从而可以计算出对应的平均速度。

实验步骤：

如教材P12所示

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实验数据处理和分析：

观察纸带上点迹的分布，判断小车运动的快慢，以及小车速度的变化，计算出小车在OA、OB、OC、OD、OE、OF区间的平均速度。

如教材P13描述，计算出纸带上A、B、C、D、E、F这几个点的瞬时速度。

注意：计时点与计数点的区别。

例6：打点计时器所用电源的频率为50 Hz，某次实验中得到一条纸带，用厘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，A、D间的平均速度是________m/s，B点的瞬时速度更接近于________m/s。

五、速度-时间图像

物理学中常常用图像来表示一个物理量的变化规律。引出速度也可以用图像来表示其变化规律。

以速度为纵轴，时间为横轴，建立一个平面直角坐标系，在该坐标系中画出物体的速度随时间的变化关系，这种描述速度v与时间t关系的图像叫做速度-时间图像，（v-t图像），简称速度图像。

1、速度图像中的点：速度图像中的每一点代表对应时间物体所具有的速度。

2、速度图像中的特殊线：匀速直线运动的物体速度不随时间改变所以匀速直线运动的物体的速度图像是平行于时间轴的直线。如课本第13页图1-3-8a所示。

3、速度图像中的面：匀速直线运动物体的位移大小等于速度与时间的乘积即x=vt，而在匀速直线运动图像中对应了边长分别为v和t的矩形面面积就是这段时间内的位移。

总结：v-t图线与时间轴围成“面积”表示物体在这段时间内的位移。

4、变速直线运动的图像，由于速度随时间改变而改变根据变化规律的不同在图像上各个时刻描绘出的点连成图像，如课本第14页图1-3-9所示。

注意：1、时间无负值，故速度图像不可能在纵轴的左边（二、三象限）。

2、有些定性的问题，用公式无法计算，用图像很快就能解决问题。

3、v-t图像只能表示做直线运动的物体速度随时间的变化规律。

例7：如下图所示是某物体在0～10 s内的v－t图象，下列说法中正确的是( BD ) A．物体在第1 s内的位移为4 m B．物体在第5 s内的位移为8 m C．物体在前6 s内的位移为8 m D．物体在后6 s内的位移为40 m

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六、

小结

本节主要学习了速度的概念及其物理意义，平均速度和瞬时速度的概念及物理意义。知道了平均速度只能粗略描述质点运动的快慢及方向，而瞬时速度能更准确地描述质点运动的快慢和方向．速度是矢量，方向就是物体运动的方向。平均速度中，速度方向也与位移方向相同。瞬时速度的方向就是质点在那一时刻的运动方向。速率是标量，是指速度的大小。平均速度与平均速率是不同的，前者跟位移相关，后者跟路程相关。速度时间图像能够形象具体地表示物体速度随时间的变化规律。

七、作业

1、教材第14页练习与评价

2、衔接读本1.2节的练习题目

板书设计

由于使用课件，无具体板书，省略。

教学反思