高中物理运动的描述教学研究文档格式.docx
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用坐标定量表示物体的位置及其变化。
极限的思想和方法。
矢量及其运算方法(这本应是一个很难的点,但在本主题中并不涉及非共线问题,所以相对难度并不太大)。
瞬时速度、加速度。
匀变速直线运动规律。
3.具体知识内容的分析
(1)质点:
(2)矢量:
(3)位移:
(4)瞬时速度:
(5)加速度:
(6)用打点计时器测速度:
(7)匀变速直线运动规律的公式推导过程:
(8)匀变速直线运动规律的v-t图象。
(二)对课标要求的理解
1.学习内容与学习过程并重
2.知识性要求与方法性要求并重
3.明确落实情感、态度与价值观的载体
二、本主题的教学策略
(一)关于质点、参考系的教学
1.质点的教学设计
学生从初中到高中,第一次接触这种抽象的实体模型,因此要考虑到学生的兴趣特点和能力水平。
(1)教学内容设计应尽量贴近学生生活,力求图文并茂。
如列举的事实应是学生所熟悉的,踢足球、运动员、小磁针、火车、地球公转与自转
(2)教学过程设计引导学生积极参与
让学生列举实例,如汽车、船、飞机、跑步的人、跳远的人、乒乓球、物理课本、书包、橡皮等在什么问题中可视为质点,在什么问题中不能视为质点。
(3)教学要求上突出思想方法
不要在概念本身一味的追求严谨,应将教学的重点落在思维方法的体会上。
明确为什么要抽象出一个“质点”的概念,同一物体何时能视为质点,何时不能视为质点。
2.参考系的教学设计
要充分考虑到学生初中物理的学习基础:
参考物;
直线运动中运动与静止的相对性问题都有了一定的基础。
高中教学的重点:
(1)从参考物到参考系;
从参考系到坐标系
(2)从直线运动的相对性对曲线运动的相对性
(二)时刻与时间,位置与位移
1.时刻与时间的教学设计
充分利用学生熟悉的事例进行分析,以免教学内容过于抽象、枯燥。
用课表、列车时刻表等说明时间与时刻的区别
学会用规范的科学语言表述时刻、时间:
*秒内,第*秒内,前*秒,明确这些表述的确切含意。
对于这些内容,也应让学生表述他们在生活中运动的某时刻、某段时间。
2.位置与位移的教学设计
(1)从坐标系到位置
用科学的语言表述位置矢量,但应尽量用学生熟悉的事例进行表述(如图所示),以降低思维上的难度,亲身感受时刻、时间、位置、位移等概念在实际中的价值。
也可以结合生活实例,说明准确描述时刻、位置的重要性(如相约在**桥相见的事例)。
(2)从位置变化到位移
通过上图这样的实例体会位移与路程的不同,认识到位移方向的重要性。
从位移引出矢量,只是说明矢量与标量的不同即可,对于矢量的运算,只要求结合实例说明在同一直线的往复运动的正、负计算即可,不必深入研究。
因为对于矢量计算的理解,要通过力的合成、运动的合成等后续知识的学习才能不断加深认识。
(三)关于速度的教学
1.认识速度——体会比较运动快慢的方法
(1)在复习的基础上,构建速度的初步概念
结合实例,给出具体的运动情景,分析运动情况的差异
速度:
复习初中比较物体运动的快慢的方法
在时间相同的情况下,比较位移的大小.
在位移相同的情况下,比较时间的长短.
怎样比较自行车与火车的快慢?
此方法在初中很熟悉,但此表格与初中不同,强调初、末位置!
!
运动情况
初位置
x1/m
经过时间
Dt/s
末位置
x2/m
自行车沿平直公路行驶
20
100
汽车沿平直公路行驶
10
火车沿平直轨道行驶
500
30
1250
飞机在天空直线飞行
2900
在此基础上,再进一步引伸。
比较下表中几个物体的运动情况,思考下列问题.
1.比较汽车、自行车的运动,哪一个运动得快?
2.它们分别做什么运动?
3.比较火车与自行车的运动,哪一个运动得快?
怎样比较?
物体
t/s
1
2
3
4
5
…
汽车
x/m
15
45
60
75
自行车
25
火车
8
18
32
50
这样的比较,即与初中相衔接,又引入了火车的平均速度,同时还可以通过比较不同时间长度内速度的比较,体会引入极限的必要性
初步概念的落实:
表示物体运动(位置变化)的快慢;
速度的比值定义;
定义式与决定的区别。
(1)类比初中学过的比值定义的物理量:
电阻、密度等
(2)体会速度的矢量性
(3)从速度——平均速度——瞬时速度问题——极限思想
淡化数学表述,突出物理思想
方案一:
比较表中几个物体的运动情况,思考下列问题.
1.自行车、火车分别做什么运动?
2.在哪段时间(位移)内自行车比火车运动快?
,哪段时间(位移)内火车运动快?
3.用哪段时间(位移)的情况来计算火车3s时的速度更精确?
由不同的时间间隔,体会平均速度对瞬时速度的基础性意义
方案二:
用打点计时器打出的纸带来体会平均速度与瞬时速度的关系
分别用Δx1、Δx2、Δx3哪个可以求打下A点时的速度?
哪个求得更准?
如何更准。
(4)测瞬时速度的方法
教学中应尽量安排这一环节,目的:
进一步理解瞬时速度的概念;
培养学生的实验能力
参考方案:
打点计时器;
频闪照相(数码相机的边拍功能);
光电门遮挡;
用传感器;
(5)需要澄清的几个问题:
①平均速度和瞬时速度都是矢量
②平均速度并不是速度的算术平均值,要明确是哪段时间(位移)内的平均速度。
③瞬时速度是物体在某一时刻(通过某一位置)的速度。
④在匀速直线运动中,平均速度等于瞬时速度。
(四)关于加速度的教学
加速度的概念是物理学中的重要概念,同时也是高中物理中最难的概念!
1.加速度的教学目标
①知道加速度是描述物理速度变化快慢和速度变化方向的物理量。
②了解用比值的方法定义加速度概念的过程。
知道加速度的定义式和单位。
③了解加速度的矢量性,会根据速度与加速度方向的关系判断运动性质。
④通过加速度概念的建立过程和加速度定义式的得出过程,体会比值定义法在科学研究中的应用
⑤会利用加速度定义式进行有关计算。
理解匀变速直线运动是加速度保持不变的运动。
⑥知道匀变速直线运动v-t图像的斜率表示加速度的大小。
2.加速度概念的建立
(1)概念的引入
加速度概念的建立过程,
同样需要创设必要的情景
事实——画图——列表
对实际情景要学会列表分析
注意区分:
速度、速度变化量、速度变化率——认识到速度的变化率不同
(2)概念的建立
比较下表中几个物体的运动情况,思考下列问题。
①它们分别做什么运动?
②比较火车、自行车、汽车的运动,哪一个速度变化快?
③怎样描述速度变化的快慢?
玩具车
v/m×
s-1
0.2
0.5
0.7
0.4
5.0
5.3
5.6
5.9
6.2
6.5
1.0
2.0
3.0
4.0
比值v/t越大,速度的变化越快——初步形成概念
注意加速度的定义式和决定式的关系
对于加速度是矢量,其方向与速度变化的方向相同;
加速度的正、负与运动变化情况的对应关系等问题,应结合具体实例进行分析。
3.由图象看匀变速直线运动的加速度
(1)匀变速直线运动的模型
(2)匀变速运动v-t图的得出
实验法:
利用给出的实例(如前面的表格)描点画图
理论法:
根据加速度的定义式变形得出vt=v0+at,得出函数图象
(3)强化图象的物理意义
重点是:
初速度;
运动性质(加速或减速);
比较加速度的大小
(五)关于匀变速直线运动的规律的教学
1.匀变速直线运动的速度规律
(1)“匀变速直线运动”概念
●物理——数学的对应
这是物理与数学(图像)对应的分析过程。
根据从实验得出,v-t图像是直线时,直线的斜率k=
=a=常量;
由对应图像分析“无论Δt选在什么区间,对应速度变化量Δv与Δt之比a=
=
=常量,都一样”,得出“匀变速直线运动”概念;
析斜率正、负的意义得出:
“匀加速直线运动”;
“匀减速直线运动”及“匀变速直线运动”概念;
匀速直线运动作为特例:
“匀速直线运动是加速度为零的匀变速直线运动”;
要注意让学生说说右侧这些图像是怎样的来的,达到数学——物理的对应。
(2)得出匀变速直线运动公式v=v0+at
●法一:
由加速度定义(右图)a=
=
变形→v=v0+at。
●法二:
由a的意义:
单位时间速度的增量。
则初速度为v0的匀加速运动的物体,经过t时间速度增加at,所以,t时刻物体的速度v,等于初速度v0加上at,即v=v0+at。
对速度为v0的匀减速运动的物体,经过t时间速度减少at,所以,t时刻物体的速度v,等于初速度v0减去at,即v=v0-at。
●法三:
根据直线方程y=kx+b,只要换一下变量,直接得出v=v0+at
(3)使用公式的规范
第一次使用矢量公式的计算
例题1.汽车以40km/h的速度匀速行驶,现以0.6m/s2的加速度加速,10s后速度能达到多少?
例题2.某汽车在紧急刹车时加速度的大小为6m/s2,如果必须在2s内停下来,汽车的行驶速度最高不能超过多少?
2.匀变速直线运动的位移规律
(1)由匀速直线运动到匀变速直线运动的位移
●从“匀速直线运动位移等于v-t图象中矩形面积”
提出问题:
(架设思维台阶)
①一物体以v=4m/s的速度,匀速运动了t=30s的时间,物体的位移多大?
(得出“匀速直线运动位移等于v-t图象中矩形面积”)
②一物体以v=4m/s的速度,匀速运动了t=15s的时间后,又以v=6m/s的速度运动了t=15s的时间,物体的总位移多大?
(利用“匀速直线运动位移等于v-t图象中矩形面积”)
③一物体以v=4m/s的速度,匀速运动了t=10s的时间后,又以v=5m/s的速度运动了t=10s的时间,又以v=6m/s的速度运动了t=10s的时间,物体的总位移多大?
(思维过渡)
④一物体以v=4m/s的初速度,匀加速运动了t=30s的时间,末速度为v=6m/s,物体的位移多大?
(思考:
怎样用图像计算匀变速直线运动的位移?
)
●提出问题(猜想)
匀速直线运动的位移等于x-t图像中矩形面积,猜想对于匀变速直线运动位移是否也等于x-t图像包围的梯形面积?
●图像分析(微分思想)
结论:
匀变速直线运动位移等于x-t图像包围的梯形面积。
(2)推导位移公式
法一(教材):
梯形面积S=
(OC+AB)×
OA
∴
S=
t
将vt=v0+at代入,S=x
x=v0t+
at2
法二:
(如图)
梯形面积S=SΔ+S□
S=v0t+
(at)t
x=v0t+
得到的两个公式:
x=
t和x=v0t+
at2都要记住,并说明其几何意义。
(3)位移公式应用
例题1.航空母舰上的飞机,以40m/s的初速度始在跑道上匀加速滑行,经过2s达到起飞速度50m/s。
求:
(1)飞机的加速度;
(2)航空母舰跑道的长度。
解答:
(1)∵a=
=5m/s2
(六)几项重点能力的培养
1.理解与运用图象语言
图象在描述物理过程和物理规律方面,具有简洁、直观、形象的特点。
物理状态、过程以及物理量之间的关系常常可用图像来表示,通过对物理图像的解读,我们不但可以认识图线所描绘的物理过程、各物理量之间的关系,还可以从中认识尚未发现了解的新规律,所以这是一种重要的研究、处理物理问题的方法。
(1)如何抓住图象的物理意义
轴
点
线
面
斜
截
(2)图象的应用
1.(09广东单A)某物体运动的速度图象如图1,根据图象可知
A.0~5s内的位移为10m
B.0~2s内的加速度为1m/s2
C.第1s末与第3s末的速度方向相同
D.第1s末与第5s末加速度方向相同
答案:
BC
2.(10天津)质点做直线运动的v—t图象如图所示,规定向右为正方向,则该质点
在前8s内平均速度的大小和方向分别为
A.0.25m/s,向右
B.0.25m/s,向左
C.1m/s,向右D.1m/s,
向左
【答案】B
3.(08广东)某人骑自行车在平直道路上行进,图6中的实线记录了自行车开始一段时间内的v-t图象,某同学为了简化计算,用虚线作近似处理,下列说法正确的是
BD
A.在t1时刻,虚线反映的加速度比实际的大
B.在0-t1时间内,由虚线计算出的平均速度比实际的大
C.在t1-t2时间内,由虚线计算出的位移比实际的大
D.在t3~t4时间内,虚线反映的是匀速运动
4.(09广东理基)图1是甲、乙两物体做直线运动的v-t图象。
下列表述正确的是
A.乙做匀加速直线运动
B.0~ls内甲和乙的位移相等
C.甲和乙的加速度方向相同
D.甲的加速度比乙的小
答案.A
2.过程分析、画过程草图
(1)善于抓住子过程之间衔接的物理量,建立起整体与局部之间的联系
对于匀变速直线运动,一般情况下加速度为一定值,且各部分运动的位移的和一定等于整体过程的总位移,各部分运动时间之和也一定等于整体过程的总时间,而两个相邻的部分运动之间又以同一个瞬时速度相连接,即瞬时速度是连接两个连续局部运动的桥梁。
正因为匀变速直线运动具有上述特点,因此我们可以从加速度、位移、时间、速度等多个角度,建立各局部运动之间以及某一局部运动和整体运动之间的关系。
由于建立这种关系途径的多样化,因此这类问题的分析思路也是多种多样的。
例.一物体在水平地面上,以v0=0开始做匀加速直线运动,已知第3s内的位移为5m,求物体运动的加速度为多大?
错解1:
不能正确区分第3s和3s,误认为5m的位移是前3s的位移而乱套公式。
错解2:
分析与解答:
首先根据题意画出运动草图,如图1-7所示,以展现物体运动的物理过
程。
思路一:
利用局部和整体的位移关系
如图可知,sⅢ=s3-s2=5m
即:
at32/2-at22/2=5m,
解得a=2m/s2。
思路二:
利用局部运动间速度的连接关系
第2s末的速度v2即为第3s内这段运动的初速,所以对第3s内的运动应用位移公式有:
sⅢ=v2tⅢ+atⅢ2/2=5m
即:
(at2)tⅢ+atⅢ2/2=5m,解得a=2m/s2。
思路三:
利用匀变速运动的平均速度公式
第2s末的速度v2和第3s末的速度v3分别为第3s内这段运动的初速和末速,因此对第3s内的运动应用平均速度公式有
sⅢ=(v2+v3)tⅢ/2=(at2+at3)tⅢ/2=5m,解得a=2m/s2。
思路四:
速度位移公式
对第3s内的运动应用位移速度公式有sⅢ=
5m,
同样可解得a=2m/s2。
思路五:
利用v0=0的匀加速运动的特殊规律
因为在初速度为0的匀变速直线运动中,连续相等时间间隔内的位移之比为
sⅠ:
sⅡ:
sⅢ:
……:
sN=1:
3:
5:
(2N-1)
所以sⅠ:
sⅢ=1:
5,即
:
5=1:
5,
由此可知sⅠ=sⅢ/5=1m,解得a=2m/s2。
(2)使用好符号系统
例1.以速度为10m/s匀速运动的汽车在第2s末关闭发动机,以后为匀减速运动,第3s内平均速度是9m/s,则汽车加速度是多少?
汽车在10s内的位移是多少?
对于不同的过程,要用符号系统区分清楚:
依题意可知,第2s末的速度v2=v0=10m/s,设加速度为a,第3s末的速度为v3,则有
9m/s=(v2+v3)/2,解得v3=8m/s。
对第3s内的运动过程有v3=v2-at,或a=(v2-v3)/t3,解得a=2m/s。
汽车刹车时间t总=v0/a=5s,所以汽车10s内的位移为s=(v02-0)/2a=25m
例2.(05全国Ⅰ卷)原地起跳时,先屈腿下蹲,然后突然蹬地。
从开始蹬地到离地是加速过程(视为匀加速),加速过程中重心上升的距离称为“加速距离”。
离地后重心继续上升,在此过程中重心上升的最大距离称为“竖直高度”。
现有下列数据:
人原地上跳的“加速距离”d1=0.50m,“竖直高度”h1=1.0m;
跳蚤原地上跳的“加速距离”d2=0.00080m,“竖直高度”h2=0.l0m。
假想人具有与跳蚤相等的起跳加速度;
而“加速距离”仍为0.50m,则人上跳的“竖直高度”是多少?
本题用冗长的文字描述了人和跳蚤的起跳情况,看似问题较为抽象,为了便于思考与解答,我们可以将题述的人和跳蚤的起跳情况画出过程草图,如图所示。
本题所要求的是人以跳蚤的加速度a2起跳,经过加速距离d1后上跳的竖直高度H是多少。
通过如图3展示的物理过程,可以帮助我们理清解决问题的思路:
通过研究跳蚤的运动情况,求出跳蚤起跳的加速度;
再研究人以跳蚤的加速度起跳,经过加速距离d1后上跳的竖直高度H。
通过这样的画图和分析可看出,人实际起跳的过程在本题的解答过程中并没有实质性的用处。
按如图中所标识的物理量的符号,对于跳蚤的起跳的加速过程和离地后的上升过程分别有:
v22=2a2d2;
v22=2gh2。
解得a2=gh2/d2。
对于人以跳蚤的加速度起跳的加速过程和离地后的上升过程分别有:
V2=2a2d1;
V2=2gH。
解得H=h2d1/d2=63m。
3.初步掌握处理两个运动关系问题的方法
当有两个运动的物体时,这两个物体间的距离、各自的速度、加速度及运动时间,往往决定着它们之间的相对位置及能否相遇等问题,这就构成了两个运动关系的一类问题。
在解决这类问题时,要根据题设条件,分析清楚两个运动的位移、速度、时间等关系,并以此为依据,列出方程分析求解。
例1.在平直公路上有甲、乙两车同向行驶,甲车在前、乙车在后相距为s,速度大小
分别为v1和v2,且v1<v2。
为使两车不相撞,则乙车刹车的加速度不得小于多少?
根据题意画出两车运动的初始状态的运动草图,如图1-9所示。
由图可知,甲车追上乙车的而不相撞的位移关系为:
s乙=s+s甲
因甲车为匀速直线运动,速度不变,而乙车为减速运动,设两车相遇时乙车的速度为v乙,则据相撞的条件可知,应有:
v乙≤v1。
又由于两车运动的时间相同,因此t甲=t乙=t。
据上述分析的两个运动的位移关系、速度关系,利用时间相同这一条件便可选择公式列出相应的方程:
对甲车的匀速直线运动,有:
s甲=v1t
对乙车的减速过程利用平均速度公式,则有:
s乙=
据两车的位移关系有:
=v1t+s………①
据两车不相撞的速度条件,应有:
v2-at=v1……………②
联立上述两个方程,即可解得乙车的加速度不得小于 a=
。
例2.(07全国Ⅱ卷)甲乙两运动员在训练交接棒的过程中发现:
甲经短距离加速后能保持9m/s的速度跑完全程:
乙从起跑后到接棒前的运动是匀加速的,为了确定乙起跑的时机,需在接力区前适当的位置设置标记,在某次练习中,甲在接力区前s0=13.5m处作了标记,并以v=9m/s的速度跑到此标记时向乙发出起跑口令,乙在接力区的前端听到口令时起跑,并恰好在速度达到与甲相同时被甲追上,完成交接棒,已知接
力区的长度为L=20m。
(1)此次练习中乙在接棒前的加速度a。
(2)在完成交接棒时乙离接力区末端的距离。
解析:
甲做匀速直线运动;
乙先匀加速直线运动,再匀速直线运动。
对于题述过程,画出过程草图如图所示。
设甲向乙发出口令后经时间t二者交接棒,则根据二者的位移关系有
s甲=s0+s乙
即
vt=s0+
解得:
s=3s。
所以乙的加速度a=v/t=9/3=3m/s2。
此过程中乙的位移
s乙=
=13.5m。
在完成交接棒时乙离接力区末端
的距离s=L-s乙=20-13.5=6.5m。
(七)学生活动设计
为了引导学生关心生活、关注社会,体会知识的应用价值,激发学生的学习