高中物理-《运动快慢的描述─速度》教学设计
一、设计思想
本节课的内容是高中物理必修1第一章第三节,为了充分体现新课程的“从生活走向物理,从物理走向社会”的理念,在本节课的教学中,通过引用“雅典奥运会上刘翔110m跨栏比赛”等案例,紧密联系生活实际,适时渗透物理思想,注意与信息技术整合,培养学生勇于探究与日常生活有关的物理学问题,以及将物理知识应用于社会实践的意识与能力。
二、教材分析
“运动快慢的描述-速度”是高中物理必修1第一章第三节的内容,它与上面两节内容一样,属于运动描述的基础知识。教材在速度平均速度的概念表述中,用位移代替了初中的路程,因而使速度概念变成矢量,并且首次用比值法来进行定义。同时平均速度是从整体角度反映物体运动快慢的物理量,有助于学生形成整体综合的解决问题的策略。瞬时速度是反映物体在某一时刻（或某一位移）运动快慢和方向的物理量。在引出瞬时速度概念时,利用极限的思想进行思维,是学生学习极限思想方法的很好途径,为学生对瞬时速度的理解,做了很好的衔接。
速度、平均速度以及上节位移的概念都是矢量,都是研究匀变速直线运动规律的基础知识,对这些矢量的准确理解是解决后续问题的基础。
三、学情分析
1、高一学生认识事物的特点是：已经开始习惯抽象逻辑思维,但思维还常常与感性经验直接相联系,仍需具体形象的来支持,所以采用刘翔110ｍ跨栏这个案例,开始本堂课的探究,密切联系实际,得出运动快慢的规律。
2、由于学生在初中已学习过有关速度的知识,在生活中对于速度也有较多的感性知识,在高中重新学习应该困难不大。但学生在初中学习中,速度是一个标量,是用单位时间内通过的路程来表示速度,而高中确实将速度变为矢量,而且采用比值法给速度下了一个规范的定义,达到了由原有的通俗的比较物体运动快慢的方法,过渡到了一个统一的标准,改变学生了已有的认识,拓展饿概念的内涵,是本节教学的一个难点。
3、在本堂课的教学设计中,以建构主义学习理论为基础,体现了新课程中“自主、探究、合作”的教学理念,教学设计的以“刘翔2004雅典夺冠”拉开学习的序幕,然后层层深入,以师生互动、生生互动为主要的课堂形式,在实现知识构建的同时,提升学生的探究能力与合作学习能力。
四、教学目标
1、知识与技能：
(1)、知道速度的定义,能写出速度的公式、符号和单位。
(2)、知道速度的特点,能区分速度和速率。
(3)、能用具体实例,区别平均速度和瞬时速度。
(4)、理解速度、平均速度的物理意义,解决相关的实际问题。
2、过程与方法：
（1）、通过对物体运动快慢的探究,采用比值法定义速度这一物理量。
（2）、通过理解平均速度的定义,把变速直线运动等效成匀速直线运动处理,渗透等效的方法。
（3）、由平均速度的极限思想,引出瞬时速度,培养学生的迁移推理能力。
3、情感、态度与价值观：
（1）、引导学生勇于探究与日常生活有关的物理学问题。
（2）、在教学中,使学生体验民族自豪感。
（3）、培养学生主动与他人合作的精神,同时提升学生与他人沟通的能力。
五、重点难点分析
1、教学重点:平均速度与瞬时速度的物理意义及其区别。
2、教学难点:利用极限的思想,由平均速度引出瞬时速度。
六、教学策略与手段
1、根据本节课特点,采用“启发探究欲望、展开探究活动、总结探究成果为基本的课堂教学结构。在观察现象初步分析、猜测、推导规律阶段都交给学生自主完成,因此在充分落实“双基”教学和体现教师的主导作用和学生主体作用,使教学过程真正成为学生学习过程,使学生既学到知识,又培养探索能力的思想指导下,使学生能主动获取知识、培养能力、学会学习和科研的方法,调动学生学习积极性,使学生获得成就感。
2、本节课的教学方法采用：讨论法、假设法。让学生通过观察,同学之间相互讨论,来体会平均速度与瞬时速度的概念及其区别,探究怎样由平均速度得出瞬时速度。培养学生的分析、推理、综合能力,有效地突出重点。这样做能很好地体现“三动”教学模式的特征,即“让学生最大限度地参与到学习的全过程”,符合教师的主导作用和学生的主动性相结合的原则。
七、课前准备
1、学生的学习准备；
复习描述运动的几个概念；提前预习本课内容；搜集有关速度的资料。
2、教师的教学准备；
教师自制PowerPoint课件进行辅助教学。
3、教学用具的设计和准备。
“雅典奥运会上刘翔110m跨栏比赛夺冠”等精彩教学录像等。
八、教学过程
（一）启发探究欲望
1、复习引入
〈问题1〉：为了描述物体的运动,我们已经进行了两节课的探究,学习了描述运动的几个基本概念,大家一起来回答一下是哪几个基本概念?
〈学生〉：质点、参考系和坐标系；时间、时刻以及位移和路程。
〈问题2〉：当物体做直线运动时,我们是用什么方法来描述物体的位移呢?
〈学生〉：可以用坐标系。因为在坐标系中,用某一时刻t
1对应的点x
1
表示该时刻物体的位
置,另一时刻t
2所对应的点x
2
,表示t
2
时刻物体的位置,用△x＝x
2
一x
l
,就能表示这段时间内的
位移变化量。
〈问题3〉：同学们已经知道位移是描述物体位置变化的物理量,那么物体的位移越大,是否物体就运动得就越快呢?
{学生讨论答案}：不一定。因为物体的运动快慢还与运动的时间有关。
〈设疑引入〉：那么,如何来描述物体运动的快慢呢?这节课我们就来探讨这个问题。
2、探究知识准备
指导学生阅读“坐标与坐标的变化量”。
〈问题4〉：以初中的50米赛跑为例,如果跑道是直线,你是否能说明“坐标”与“坐标的变化量”的区别和联系?
{学生讨论答案}：坐标代表位置,坐标的变化量代表位移。例如,在起跑点的位置、在50米终点的位置或在中点的位置(25 m处)等,都可以用坐标轴上的点来表示,而从起跑点至终点的线段,就是位移可以用起跑点和终点的坐标变化量来表示。
课件展示右图,让学生观察,体会应用数轴来表示坐标与坐标的变化量,
[思考与讨论]
（1）、图中汽车运动方向向哪边?
[多媒体展示]
（2）、如果汽车沿x 轴向另一个方向运动,则位移Δx 是正值还是负值?
在教师的指导下,学生四人一组自主探究,展开讨论,然后选出代表,发表见解,提出疑惑 〈学生讨论答案〉：
(1)、汽车在沿x 轴正方向运动；
（2）、汽车从坐标x 1＝10 m,运动到坐标x 2＝30 m 处,则Δx ＝x 2－ x 1＝20m,因位移Δx>0,
所以表示位移的方向沿x 轴正方向,但是汽车沿x 轴另一个方向运动,则位移Δx=－20m<0,表示位移的方向沿x 轴负方向,
〈教师总结〉：这种表示方法实际上是与所给的物理情景相符合的,例如,当汽车沿直线向东行驶时,我们可以先规定向东作为x 轴的正方向,然后再来讨论汽车的位置和位移变化。同理,我们还可以用数轴上的Δt ＝t 2－t 1来表示时间的变化量,解决实际问题。
（二）展开探究活动
1、建立模型-速度
北京时间2004年8月28日凌晨2点
40分,在雅典奥林匹克体育场,这是所有国人
都铭记的日子,21岁的上海小伙子刘翔犹如
闪电一样,挟带着狂风与雷鸣般的怒吼率先
冲过了终点,以巨大的优势斩获奥运会男子
110米跨栏金牌,12秒91的成绩平了由英国名
将科林·约翰逊所创造的世界纪录。
〈问题5〉：110ｍ跨栏决赛中,根据什么判定刘翔获得冠军?有哪些判定方法呢?
〈学生讨论答案〉：
〈学生〉：相同的位移,通过比较时间的长短,时间谁的短,谁就运动得快。相同的110米跨栏比赛中,刘翔所用的时间最短,所以他跑得最快,所以他夺得了冠军。
〈学生〉：相同的时间,通过比较通过的位移的大小,位移谁的大,谁就运动得快。相同的12秒91时间里,刘翔跑得更远,所以说明他跑得是更快的。
〈教师总结〉：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程度。 [思考与讨论]：以下有2个物体,又如何比较它们运动的快慢程度。
项目 初始位置(m) 时间(s) 末了位置[多媒体展示]
[多媒体展示]
〈学生讨论答案〉：因为公共汽车和火车的位移不同,所用的时间也不相同,要判断它们的运动快慢,只有通过计算它们平均每秒钟运动位移变化的大小量。即可得：单位时间内运动位移大的物体运动得快,由上表可得每秒钟位移大小公共汽车为10m、火车为25 m,这说明火车行驶得快。
〈教师总结〉：运动的快慢跟运动的时间及通过的位移都有关系,可以用位移跟发生这个位移所用时间的比值,表示物体运动的快慢,这就是速度。
（1）、定义：速度是表示运动快慢的物理量,它等于位移Δx跟发生这段位移所用时间ｔ的比值。
（2）、定义式：ｖ=Δx/Δt
（3）、单位：ｖ的单位由位移和时间决定,国际单位制中为米每秒,符号是ｍ/ｓ,常用单位是ｋｍ/ｈ、ｃｍ/ｓ等。
（4）、矢量：速度是既有大小,又有方向的物理量,即矢量。速度的方向就是物体运动的方向。
（5）、进一步理解：在初中同学们也学过速度,那时是路程与时间的比值,初中时那样处理是限于当时同学们的接受能力,其实在高中里面只有在单向的直线运动中,路程恰好等于位移的大小,这时速度与初中的速度大小是一样的,其他的都是不一定相同的。
2、深入探究—平均速度与瞬时速度
（1）、平均速度
〈问题5〉：大自然里,物体的运动各异。如果仔细观察各个物体的运动,我们可以发现,在许多情况下,物体运动的快慢都会发生显著的改变：例如飞机的起飞过程,汽车的行驶期间,运动员在比赛中的奔跑等。在自然与人类生产生活中,各个物体的运动状态各异且不断变更。在长时间的对运动的思索、探究过程中,为了能比较准确地描述运动的快慢,科学家逐步建立了平均速度的概念,并科学地用平均速度来描述物体运动的快慢。那么平均速度又是如何定义的呢?
〈师生共同总结〉：
（1）、定义：平均速度是指运动物体在某段时间内的位移与发生这段位移所用时间的比值。
（2）、矢量：平均速度是矢量,它的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。
（3、）、物理意义：平均速度是在描述变速直线运动的情况下,能粗略描述物体运动快慢的物理量。
[实践应用]：一辆汽车在平直的公路行驶,假设第1s内通过了5m的距离,第2s内与第3s 内分别通过了20 m的距离,在第4s内又通过了15 m的距离。试求汽车在最初2s内的平均速度与这4s内的总的平均速度各是多少?
解：根据平均速度定义式v=x/t可得,
最初2s内：v
1=(x
1
+ x
2
)/ (t
1
+ t
2
) m／s=12。5m／s
4s内：v
2=(x
1
+ x
2
+ x
3
+ x
4
)/ (t
1
+t
2
+t
3
+t
4
) m／s=15m／s
注意点：变速运动在不同时间内的平均速度一般来说是不同的,所以在计算平均速度时,必须要指出是哪段时间内的平均速度。
（2）、瞬时速度
〈问题6〉：在前面刘翔的110米跨栏比赛中,整个过程中、前半程或者后半程的平均速度,我们都可以计算出来,但是怎样才能较为准确地描述他在各个时刻运动的快慢呢?
〈学生〉：可以取与各个时刻最接近的时间间隔,测得所发生的位移,就能准确描述他每个时刻的运动快慢了。
〈师生共同总结〉：
(1)物理意义：描述物体在某一时刻或某一位置的运动快慢和方向的物理量,常称为速度。
(2)方向性：速度与速率不同,速率仅反映质点运动的快慢,而速度即反映质点运动的快慢又能表述方向。（方向就是物体运动轨迹的切线方向。）
(3)瞬时性：速度具有瞬时性,一般提到的速度均为瞬时速度,它反映的是物体在某时刻（或某位置）运动的快慢与方向。
(4)相对性：参考系不同时,同一物体的速度相对不同的参考系而言是不一致的。
（5）、进一步理解：我们已经知道,平均速度只能粗略地描述物体运动的快慢和方向。如果我们把时间间隔选取得越小,使位移间隔也取得越短时,就越能准确描述在这一小段时间内的物体运动的快慢,这就是瞬时速度的平均速度的联系。从数学上来讲,也就是在质点从t增加到t+△t时间内的平均速度△x/t△中,当△t取值非常非常小时（趋向于无穷短的时间内）,这个值就可以近似认为是质点在该时刻的瞬时速度。瞬时速度的大小叫做瞬时速率。
[实践应用]：
下列关于瞬时速度的说法中错误的是…………………………………( )
A、瞬时速度能精确地描述物体做变速运动的快慢,但不能表示物体运动的方向
B、瞬时速度等效于运动的物体在一段尽可能短的时间内的平均速度
C、瞬时速度的方向与位移的方向始终相同
D、如果某物体在某段时间里的瞬时速度始终为零,则读物体在这段时间内处于静止状态
答案：AC
[多媒体展示]
引导学生阅读课本第18页中《常见物体的速度》,了解一些常见的瞬时速度。
3、探究拓展—速度和速率
〈学生〉：引导学生阅读教材第18页,得出结论：速度既有大小,又有方向,是矢量,速度的大小叫速率,
教师引导学生观察教材第18页的汽车速度计,进行讨论,说出你能从表盘上获取哪些有用信息。
〈学生讨论答案〉：
（1）、可以看出汽车的瞬时速率。指针指在对应的数字的瞬间,就表示汽车在
该时刻的速率是这个值。
（2）、还可以从直接读出表盘上已经行有的公里里程。
[讨论与
交流]
假
如有甲、
乙两位
同学分
别用不同的时间,绕操场跑了一圈,并且都回到了出发点,他们的平均速度是否相同?那么这时候又如何比较他们运动的快慢呢?
〈学生讨论结果〉：
（1）、位移显然均为零,又因为平均速度等于位移跟发生这段位移所用时间的比值,所以均为零,所以好像快慢一样。
（2）、并且存在这样一个问题,如果一位同学只是站在原地,但是的平均速度也为零,并且运动会上也不是这样比较快慢的,如果这样,平均速度就没有应用价值了,所以平均速度有缺陷。
〈教师总结〉：因为平均速度v=Δx/Δt,且甲、乙的位移均为零,所以他们的平均速度均为零。但在这里利用平均速度无法比较他们运动的快慢,所以我们要引入另一个物理量：平均速率。
平均速率等于物体运动通过的路程与所用时间的比值。也就是说,尽管他们两人通过的路程相同且都不为零,但是由于所用时间不同。所以用时短的运动得快,也就是平均速率大,这其实也就是初中学过的“速度”。
4、探究升华
教师引导学生表演短剧：“警察与司机的故事”,加深理解平均速度与瞬时速度的区别。
一外国司机驱车从长兴赶往湖州,由于交通堵塞,已经行驶了2个小时,快要抵达目的地了,司机便开始加速行驶……(基本数据:长兴到湖州约30公里,允许行
驶的最大时速为60公里/小时。)
警察:您好,您的车已超速,请下车接受处理。
司机:警察同志,不会吧,我的车速是ｖ=ｓ/ｔ=40公里/2小时,显然车速最多只有20公里/小时呀,怎么会是超速呢?你搞错了吧?
…………
（三）总结探究成果
1、教师活动：让学生概括总结本节的内容,请一个同学到黑板上总结,其他
同学在笔记本上总结,然后请同学评价黑板上的小结内容。
2、学生活动：认真总结概括本节内容,并把自己这节课的体会写下来、比较
黑板上的小结和自己的小结,看谁的更好,好在什么地方。
九、作业设计
1、课本第20-21：《问题与练习》
2、《物理作业本》
【设计反思】
本教学设计紧紧围绕课本,让教围绕着学生的学展开。学生在问题驱动下,在教师引导下,通过搜集信息、分析数据、比较思路总结出速度的规律,最后结合案例分析应用这一知识,使知识得到巩固和提高。可以看出整个教学过程是以学生主动探求为主线,以教师点拨、概括为支点,在同学们力所能及的范围内,尽量让他们自己动手、动脑,通过学生的自主讨论、分析研究,让他们自己去发现规律,认识规律,让他们体验成功的乐趣,感受和谐的课堂氛围,从而培养学生学习物理的兴趣和主动参与、勇于实践的精神,逐步培养学生良好的科学态度和科学探究能力。
【问题研讨】
如果科研人员已经对刘翔夺冠过程进行了精细的研究,描出了跨栏全程的瞬时速度曲线图像,利用所学的物理知识,通过分析过程曲线的情况,如果要要进一步提高刘翔的运动成绩,你能给出哪些建议呢？
可以让学生在课外以学习小组为单位,充分挖掘各种学习资源,对刘翔夺冠过程进行探究,并为刘翔拟定一个参考训练计划。
【参考资料】
著作类
顾明远：《新课程教师技能指导》,中国轻工业出版社2006年版,第14-98页。
文章类
沙莉：《“运动快慢的描述──速度”的教学设计》