本章复习与测试名师教学设计2

基于现代技术的“运动研究”复习课教学设计

浙江省诸暨市第二高级中学

杨亚芳

一、设计意图

1.教材中的地位和作用

《运动的描述》为我们学习物理提供了重要的思想方法。章节复习课第一课时主要有以下两方面作用。一是重温质点模型的建构过程，排除一些无关或不重要的信息，进一步理解质点的含义，用自己的语言表述物体抽象成质点的条件，能将特定实际情境中的物体抽象成质点，能将实际问题中的对象和过程转换成所学的物理模型，体会建构物理模型的思想和方法，认识物理模型在探索自然规律中的作用。这种简化的处理有助于形成对事物的典型的、关键的特征的认识。二是通过生活场景进一步理解物体运动的物理概念及其相互关系，理解物理意义和物理思想方法。重点理解位移，通过比值定义瞬时速度和加速度，体会平均速度和质点化繁为简的思想，体会科学思维中的抽象方法和物理问题研究中的极限方法和抽象思维方法，并为实验中不易测量的物理量用容易测量的物理量代替。这些科学和理论探究为后续概念之间的结构与关系，在知识体系中找出最具有核心意义的概念、原理和方法，纵横贯通地形成和完善发展物理观念，为下一章时空间有规律的运动过程学习打下坚实基础。

《运动的描述》复习课教学意在让学生能对用现代技术手段获取的信息进行加工、评估，学会处理用证据进行运动研究。学生在通过接受现实世界的真实情境、真实任务，来引领模型和概念的相关学习内容，并根据问题情境的复杂程度、内容的抽象程度、应用的综合程度等进行逻辑提升，让学生学会用物理眼光观察世界的运动，用物理思维思考世界的运动，用物理语言表达运动和变化的世界。

2.基于物理学科核心素养的教学目标

本章第一节复习课，通过领会、举例和表达质点的含义、条件，能达到准确判断、相关因素，在质点与作用点的区别中，突出主要因素的科学方法以及化繁为简的思想，充分体会科学抽象科学建模在物理学中的重要作用。通过对实际情境建立位置、位置变化（位移）、位置变化快慢（速度）和速度变化快慢（加速度）等重要概念，重点通过比较平均速度和瞬时速度的意义，变与不变思想，发展运动观念。在真实的生活情境中，运用现代技术手段，生活中的时空、速度等一些数值，体会科学研究的过程、常识和态度。

二、教学过程

1.专题引入

同学们，你知道科学家是怎样研究物体运动的吗？本单元复习，你将像科学家一样，借助现代信息技术对运动的信息进行采集、呈现、处理，了解模型建构、理解描述运动的概念及蕴含的科学探究和科学思维，用物理学的眼光观察生活中的运动问题，并为后续知识的学习奠定基础。

问：随着人们生活水平不断提高，大家越来越重视运动和健身。图1 你今天运动了吗？到了哪些地方？步数有多少？走得快还是慢？当你徒步时，如果想要把自己走过的路程记下来，该怎么做？

例1 从如图1所示APP上的运动记录中电子地图，你可以获取哪些运动信息？说说你的看法。你知道有哪些物理量可以用来描述物体的运动？

答：谁在运动，用了多少时间，运动多少距离，知道了运动的初末位置、路径及周边参考物体，平面坐标。

结论：融入生活中的现代科技要素，在真实的情境中学习物体的运动。

2.整合现代技术

1

为了找出物体随时间而发生的各种变化所遵循的规律，我们必须描述这些变化，并用某种方式把它们记录下来。看来比较简单，有些需小心对付，有些变化，如一朵云慢慢漂移迅速形成或迅速蒸发的云的漂移速率，如者一个女人思想上的变化，云分子的运动描述，大脑内原子的变化。文字、图线和公式描述方式。基于现代信息技术的运动研究，对运动研究过程，现代先进的测量技术（测量就是未知量与某一标准的比较），比如全球定位系统GPS用于定位、导航，比如光电门、传感器、频闪照相、打点计时器等，记录测量物体在何处与在何时。

我的一位同学用同一照相机对同一小瀑布用不同的曝光时间进行拍摄，图2中你觉得哪幅曝光时间最短，为什么？曝光时间越短，四幅同一高度水滴在极短时间内下落的距离越小，甚至可以忽略短时间下落高度，显示记录的是一个时刻、处在一个位置，即呈现一个个小滴。如果曝光时间逐渐加长，水滴在越来越长的时间内下落的高度逐渐加长，留下一段段痕迹，许多水滴叠加起来就形成连成一片的瀑布。因此，我们要精确知道物体的运动，就需要精确得到空间随时间的瞬间变化，需要足够短的定位、曝光时间。比如前面运动轨迹，实际上记录的是很多时刻出现在不同的位置，用线连起来就是运动的轨迹，行走的就是路程。

图2的四幅图，曝光时间分别是1秒、1/30秒，1/200少和1/1000秒。这同时也说明一个有形物体，为何曝光时间越短，照片越清晰？曝光时间越短，物体在这段时间里前进的距离越小，重影就越小。这就是说，时间越短，运动的距离就越接近一个点，时间越小越得到清晰的瞬间状态。

图2 3.模型建构

质点模型的建立，将生活情境转化为物理情境，需要建立质点建模的过程，把运动者用一个点来表示。那是不是所有的运动都可以用一个点来表示物体？你用自己的语言了解质点模型的使用条件，建构模型的思想和方法，能举出三个能将对象看作质点的实例，并判断“在给定情境中能指出可看作质点的物体”。

答：动车从诸暨到杭州东站，地球公转，卫星在环绕过程中在荧光屏上就是用一个点来表示，可以将动车和地球看作质点；而动车过一般的桥或隧道，地球自转，卫星对接过程时不能把它们看成质点。比如我们说动车到杭州东站了，而不是说车头到站了，车尾还没到站。因为汽车和车站，与两地之间的路程相比，其形状和大小可以不计。

结论：当物体本身的线度与所研究的空间线度相比很小时，可以将物体视为质点，从而方便地确定物体的位置，但又不会造成多大的误差。因此，学生能得到质点的直观判断，同一物体在不同的情况有时可以看做质点，有时不可以。同时，学生能得到质点的相关系，即判断的依据，一个物体能否看做质点，取决于它的大小和形状在所研究的问题中是否可以忽略不计（忽略不仅是实际物体大小有关，更是与所涉空间大小相比较而言的结论），而跟物体自身的体积的大小、质量的多少和运动速度无关。质点的学习要在比较中学习，质点的提出要区别于作用点（重心、结点）和几何点，突出质点的主要因素（质量）和忽略次要因2

素（形状和大小），质量体积的关系式m=ρV是无意义的。力的作用点的主要因素（等效受力作用点）和忽略次要因素（形状和大小）。而表示空间位置的几何点，没有质量仅表示一个位置，而且是“绝对的小”。因此，忽略物体大小和形状的有质量的点，对实际物体进行的简化，是对实际物体的科学抽象，是一种理想化模型，是实际物体的“代理人”。质点模型的建立，使我们摆脱了客观物体复杂性的困扰，效果相同的情况下，将较为复杂的实际问题变换为简单的熟悉问题，以便突出主要因素，抓住它的本质，找出其中规律。从而使问题得到简化而便于求解，并使理论思维获得了极大的自由。即使不能看作质点，我们可以把整体物体分割成许多微小部分，看成许多质点的整合体处理。实现化繁为简的思想，即把复杂事物分解成若干简单的事物。

4.运动观念建构

图3 （1）位移

我们在时空中演绎我和世界的故事，是谁，多久？多远。图3塔克拉玛干沙漠是我国最大的沙漠，维吾尔语意为“进去出不来的地方”，人们通常称为“死亡之海”，东西约1000余公里，南北约400公里。穿越塔克拉玛干沙漠的勇士常常迷路，甚至因此而丧生。他们之所以会失败，常常是因为在沙漠中弄不清这样三个问题：我在哪里？我要去的地方在哪里？选哪条路线最佳？其实如果有手机GPS导航，就能弄清这三个问题。

例3 在百度电子地图上搜索“诸暨二中”，显示出定位并规划从“诸暨站”到“诸暨二中”的不同路径，如图4。这些信息显示的是位置、位置改变的路径大小即路程、位置改变的大小和方向。如果信息不够完整，我们还可以从平面坐标显示立体全景。

结论：位移的意义和价值就在于表示位置变化量，包括位置变化的大小和方向。

（2）速度

图4 例4

2009年博尔特在柏林世锦赛创造的百米世界纪录是9.58s，荣膺“闪电”称号。

问一：你能算出他跑得有多快吗？整个一百米跑过程，博尔特都跑这么快吗？你算出的百米赛跑值是什么意义。

答：根据平均速度的定义式V=x/t=100/9.58m/s=10.44 m/s。整个一百米跑过程中，肯定有快有慢，意义就在于平均速度是一种粗略反映快慢水平，不能表示每时每刻的速度情况，是一个整体快慢概括，是粗略的概括，是表示博尔特此次跑得快慢的一个代表值，是描述整个过程运动快慢的一个统计量。

问二：根据视频资料分析，在62m处，博尔特步幅为2.605m，跨步间隔时间为0.211s，此处他的瞬时速度为多少？

答：足够短的时间，瞬时速度V=Δx/Δt=2.605/0.211m/s=12.35 m/s 问三：根据表1数据，怎样才能较为准确得到博尔特冲线位置的速度？

表1

博尔特柏林世锦赛中的录像分析数据表

距离终点距离（m）

记时器记录时刻（s）

4.51 2.89 1.91 1.37 9.21 9.34 9.42 9.46 3

速度(m/s)

0.12 9.58

结论：通过对各段位置变化所需时间的比值，即平均速度的计算方法，求出各段的平均速度代替瞬时速度，发现各段速度值不同，其中越接近冲线位置的速度V=Δx/Δt=1.25/0.12m/s=10.42 m/s即为博尔特冲线位置的速度，并且通过速度值的判断，发现博尔特冲线前在做减速运动。

例5

图5所示，试估算：子弹穿过纸牌所用的时间？

答：子弹的真实长度为1.9cm。由于扑克牌宽度只有子弹头长度的3倍，所以子弹头不能看成质点；（2）子弹头穿过扑克牌所走位移为：x=5.7+1.9=7.6cm；所以子弹头穿过扑克牌的时间图5 -2-5t=x/v=7.6×10/900=8.4×10s 例6 图6所示，交通工具是不是越快越好？

答：不是，一般城市的大小都是当时最快的交通工具一小时内走过的距离，最好是“城市一小时交通规模”。所以如果交通工具的速度越快，城市面积就越大，所带来的问题就越多。一定限度内越快越好，太快了会有安全、经济、环保多方面考虑。

图6 例7 如图7所示，气垫导轨上滑块经过光电门时，其上的遮光条将光遮住，电子计时器可自动记录遮光时间为Δt，测得遮光条的宽度为Δx，用Δx/Δt近似代表滑块通过光电门时的瞬时速度，为使Δx/Δt更接近瞬时速度，正确的措施是（

）

A．换用宽度更窄的遮光条

B．提高测量遮光条宽度的精确度

C．使滑块的释放点更靠近光电门

D．增大气垫导轨与水平面的夹角

答：

代表的速度是遮光时间段的平均速度，遮光条越窄，Δ图7 x越小，确定速度经过时所需时间Δt越小，平均速度与瞬时速度越接近，A正确。

结论：光电门通过遮光片，能准确记录遮光片宽度和遮光条经过光电门的时间。教学中我们通过不同宽度的遮光片通过光电门的现象，与前面照相机照片之间存在一个共同的科学思想，即遮光片越短，通过光电门的时间越短，一段就越接近于一个点。用实验彰显科学方法的瞬时速度教学，在导轨变速直线运动中，一般滑块的速度为0.1-1m/s通过共同实验，测得物块同样状态经过不同的遮光片的时间，并算出平均速度，发现当遮光片小于3-4cm后，平均速度都是一个值，说明时间小到一定程度后，平均速度变化不是很明显即趋于稳定，滑块通过光电门的平均速度就等于瞬时速度。通过这个情境设置，比较中的近似法，加深对极限思想的理解。

2拓展题：比如用量化的方式，比如用公式演绎来理解x=5t,求1-1.1s，1-1.01s，1-1.001s，平均速度大小分别为10.5m/s，10.05m/s，10.005m/s，时间趋向0，平均速度变成瞬时速度10m/s。

用理论探究瞬时速度，平均速度变成瞬时速度的理论推导过程，学会用文字、图象、公式来表示运动规律。比如精确中的极限法。通过图象对这一极限方法进行可视化的表达。借助等效替代的方法，建立平均速度；借助极限的方法，建立瞬时速度；应用短时间的速度，用平均速度的计算公式计算瞬时速度。比如人教版教科书四处呈现，讲解：平均速度和瞬时速度——渗透“极限”（P16），实验：测速度——用平均速度代表瞬时速度（P20），讨论：已知各时刻速度，是否可以估算位移（P37），推导：用v-t图象推出匀变速运动位移公式（P38），从比较中的近似法到精确中的极限法，再到运算和图象推导应用中的替代法，体4

现了一条“实验—理论—应用”的课堂概念复习教学逻辑顺序，体现了“变与不变”的思想。

结论：速度的意义和价值。我们不仅仅要知道平均速度的粗略整体的运动快慢概括的意义和价值，也要精确了解瞬时速度的意义和价值，更要树立大运动观念，世界是运动的，速度与生活、追极、加速、极速、速度与科技，测速度方法，速度与艺术，流线设计，合成分解技巧，曲线运动中速度、速度变化量、加速度、位移之间的关系。比如卫星发射时，时间空间及运动状态、轨道的精确控制，速度与城市规模关系。

（3）加速度

你有什么具体实例说明加速度的概念吗？加速度就是增加的速度吗，加速度就是单位时间内增加的速度吗？加速度增加，速度一定增加吗？生活中有哪些实例与变化率有关？比如起跑起飞快慢，长得快。

﹒例8

飞机起飞时，在同一底片上相隔同﹒﹒﹒﹒﹒样时间多次曝光“拍摄”的照片，你能从图8中得到什么运动信息？

图8

答：飞机在起飞时，同样时间间隔中，飞机的位移不断增大，速度不断增大，可以判断加速度的大小。

为测定气垫导轨上滑块的加速度，滑块上安装了宽度为3cm的遮光板。滑块在牵引力的作用下先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计录了遮光板通过第一个光电门的时间为△t1＝0.29s，通过第二个光电门的时间为△t2＝0.11s，遮光板从开始遮住第一个光门到开始遮住第二个光电门的时间为△t＝3.57s，求滑块的加速度。

答：由于遮光板比较窄，通过光电门的时间很短，可以认为这个平均速度代表瞬时速度。由V=△x/△t，v1=3/29

m/s，v2=3/11m/s，则滑块的加速度a=(v2-v1)/△t=0.047m/s2，反过来可以发现在经过光电门的时间内△v=0.005

m/s

例9 在很多国家，交通管理部门特制定了“死亡加速度”为5000m/s2这一数值，其意思是如果行车加速度超过此值，将有生命危险。那么大的加速度，一般情况下车辆是达不到的，但如果发生碰撞交通事故时，将会达到这一数值，因为通常车辆碰撞的时间很短，大多为毫秒级。假如一辆汽车以120km／h(33.3m/s)的速度行驶，因发生事故与高速公路隔离护栏发生碰撞，碰撞时间为0.004s，碰撞后速度即变为零，那么在碰撞过程中的汽车加速度有多大? 答：学会用加速度进行定量计算a=Δv/Δt=-8325m/s2。

结论：学生通过对实际问题应用加速度的计算公式，而且是在减速运动中的应用，同时让学生加深对瞬时加速度的理解，即一般物体的速度不一定大，但是其瞬时加速度可能很大，更为重要的是希望学生对交通安全的重视意识，体会到安全带、安全气囊和公路限速的作用。生活中经济增长率、人的身高增长率，位置变化率和速度变化率，各类机动车的加速性能，实际生活中都在实际存在的价值和意义，要区别于变化量。

比值定义法的评价：加速度是加速的程度，而不是增加的速度。加速度与速度相同，是通过比值进行定义。不同的位移和时间，如何比较位置变化的快慢？不同的速度变化量和时间，如何比较速度变化的快慢？为什么要用比值？比值定义法背后的物理思想是选择相同的标准，不同时间经过不同位移和不同速度变化量，选择相同的时间比如1S进行比较，相当于生活中比较两根筷子的长短，我们经常做的动作是在桌面上一顿，相同的一端比较另一端的长短即是相同分母比较分子大小的做法，可用比值法。

拓展：感受加速度拓展。为什么人们喜欢坐动车？而有时候坐汽车突然加速或频频急刹车时，人会有不同程度的反映？为什么过山车会这么刺激？这个原因就是我们在感受加速度。感受加速度是一个客观存在的物理现象，我们每个人都对它有所感知，但是我们是被动5

的，甚至我们并不知道，我们每个人对加速度都有一个耐受极限。比如电梯突然向下运动时，我们的胃稍微滞后了一些，你的胃相当于一台加速度探测器。比如有些人耐受强（阡击机驾驶员、宇航员），有些人耐受弱(很怕坐车的女性），当他们承受较大加速度时（如坐太空穿梭、过山车等），他们的反应完全不同。这个问题可以有多种设计和研究方案，也可以利用动物进行辅助试验。8到9个g的人体极限，也是在一定时长内的，瞬时过载的话，人体还能承受更高一些，据资料记载人体可承受的加速度在10g左右。杨利伟在高速旋转的离心机中，常人只能承受3至4倍重力加速度，而航天员要承受8倍，相当于8个自己的重量压在身上，往往面部肌肉变形，呼吸异常困难，心血管环系统的影响最大，现代火箭由于采用了先进的电脑控制，运动轨迹更加合理化，升空以后一般是3g的加速度。

5．应用

应用题1 如图9所示是足球运动员侧向踢出足球时的照片，照相机曝光时间为0.02s，由此可估算出足球被踢出时的速度约为（

）

A.10m/s

B.30m/s

C.100m/s

D.150m/s 答：足球直径22cm左右，由图中痕迹可知前进约55cm，速度约为27.5 m/s。

图9 应用题2 如图10所示，演员正在进行杂技表演，由图可估算出他将一只鸡蛋抛出的过程中对鸡蛋的做的功最接近于（ ）

A．0.3J

B．3J

C．30J

D．300J

答：功即鸡蛋最大重力势能，物理量之间的转换关系，W-EP-h(t)-H-m，知道鸡蛋质量约50g，上升高度以人的尺寸为背景约为0.5m，可得重力势图10 能约为0.25 J。

评：对实际问题的估算需要知道一些常见物理量的大小。

表2：一些常见物体物理量的大小

一般楼梯台阶高度

15-18cm 一般居住楼层高？

2.8-3m 一个鸡蛋约几克？

50-60g 竖直向上跳起，双脚在空中停留的时间？

最长1s 树叶从5m高飘落，请估算落地时间？

3s左右

平路上自行车的速度

4-15m/s 人步行速度

1-3m/s 我国目前高铁速度

100m/s 高速公路上汽车速度

30m/s 步枪子弹速度

900m/s 光在1秒中前进距离相当于几个地球大小

23 变化快慢

变化快慢位置x速度v变加速度a变化化量量

我们通过质点模型的建构过程，体会物理学基于经位移ΔxΔv验事实建构物理模型的抽象概括过程，是发展科学思维的过程。通过现象引出位置、路程、位移，通过比值定义法体会速度和加速度概念的形成，特别是概念的意义和价值，让学生从物理学运动视角来解释实际情境中的问题，发展和完善板书设计

物理观念中的运动观念。通过现代技术的手段，《运动的描述》专题复习

获取和处理时间和空间等信息的证据，并能通基于现代技术的“运动研究”

过理论进行科学探究。同时，本节课通过介绍质点模型——科学思维

一些常见物体物理量的大小，结合实际问题进x、v、a 运动概念——物理观念

行估算，培养学生观察生活、严谨认真等科学技术测量证据——科学探究

态度与责任。

实际问题估算数值——科学态度与责任

6.板书设计

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