速度和加速度1

速度和加速度2.3速度和加速度内容与地位：在普通高中物理课程标准 共同必修模块“物理1”的内容标准中涉及本节的内 容有：“经历匀变速直线运动实验研究的过程，理解位移，速度和加速度，体会在实 验中发现自然规律的作用”。b5E2RGbCAP本节速度、加速度是描述运动的重要物理量，理解速度和加速度概念，是学习匀变速直线运动规律的基础。物体的运动是日常生活中最为常见的现象，学生对匀速物 体的运动有自己的认识，可作为教学的起点，通过探究实验和科学的辨析，真正理解 变速运动规律的重要物理量：速度、加速度。本节研究平均速度所应用的等效替代思 想和定义加速度所应用的比值法、研究瞬时速度所应用的极限法等都是物理学中常用 的研究方法，在教学中教师引导学生主动学习这几种方法，为以后应用类似方法来解 决物理问题，领悟形异质同的物理模型打下基础。教学过程中还应让学生感受实验探 究的过程，使学生从中理解和领会研究物理问题的途径打下良好的基础。plEanqFDPw一、教学目标：1、知识与技能a）理解平均速度和瞬时速度的概念，知道速度和速率以及它们的区别。b）知道速度是矢量，速度的方向表示物体运动的方向。c）知道加速度是矢量，加速度的方向表砂物体速度变化的方向。理解直线运动中加速度方向与物体运动方向及其加速运动和减速运动之间的联系。DXDiTa9E3da）经历平均速度和加速度的概念建立过程，了解和体会比值定义法在科学研究中 的作用。 b ）体会物理问题研究中科学思维方法的应用，学会用比值法，等效替代法来 研究物理问题，体会数学在研究物理问题中的重要性。 RTCrpUDGiT3、情感、态度与价值观a）认识比值定义法在科学研究中的作用，感悟物理推理的逻辑美。b）善于发表自己的见解，感受合作学习的快乐；勇于克服困难，保持探究的热 情。二、教学重点、难点教学重点：平均速度、瞬时速度和加速度的概念。教学难点：瞬时速度和加速度的概念。利用极限法由平均速度推导瞬时速度学生对“速度的大小与加速度的大小没有直接的关系，速度变化大，加速度不一定大”的理解有一定的困难，这是本节的难点。 5PCzVD7HxA三、【教学方法】讲授法，讨论法，四、教学器材五、【教学过程】（一）新课导入1、复习匀速直线运动的特点和运动快慢的描述方法速度的定义初中我们学习过匀速直线运动，如何描述匀速直线运动的快慢呢？ 对了，我们用速度，即单位时间内通过的路程的多少，来比较物体运动的快与 慢。 v m/s 。 t jLBHrnAILg2、 但是物体做机械运动时位置发生了变化，即发生了位移，比如飞机飞行、蜗 牛爬行，火车前进、汽车运行、人跑步、光前进、声音的传播等等。在大自然中，我 们可以发现，在 xHAQX74J0X许多的情况下，不同的物体运动快慢程度不同，同一物体在不同时段的运动快慢 也会发生改变，如何来描述物体运动的快慢呢？ LDAYtRyKfE（一）平均速度比如在百米竞赛中，运动员甲用10s跑完全程，运动员乙用11s跑完全程，甲乙两个人谁运动的更快呢？甲用的时间短，跑的快。这种情况下，是在位移相同的情况下，比较所用的时 间，时间短的，跑的快。那我们看另一个例子，汽车 A在2h内行驶了 80km,汽车B在2h内行驶了 170kmAE两辆汽车谁运动得快呢？ Zzz6ZB2Ltk汽车E运动得快？为什么呢？因为两辆汽车所用的时间都是两个小时，但是汽车E行驶的位移更大，所以汽车E运动得快。这时候是在时间相同情况下，比较位移的 大小，位移大的，运动得快。那么运动员甲和汽车A,哪个更快呢？这就要找出统一 的比较标准。为了大致描述一段时间内物体运动的快慢和方向，可采用描述匀速直线 运动速度的方法，如果我们算出它们各自在单位时间内 （如每秒内） 的位移，就便于比 较了。运动员甲每秒内位移等于 80 dvzfvkwMI110 0除以10等于10 m。汽车A每秒内的位移等于m=llm，可见，汽车2A运动得快。我们把在变速直线运动中，运动物体的位移和所用时间的比值，叫做这段时间（或这段位移）的平均速度，用表示。 rqyn14ZNXI一、平均速度1）定义：在变速直线运动中，运动物体的位移和所用时间的比值，叫做这段时间 （或这段位移）的平均速度，用表示。 EmxvxOtOco2物理意义：速度是表示运动快慢的物理量。3）定义式： vs t 如果去物体运动的初始时刻为计时零点，此时物体的位置为坐标原点，这样从 幵始到t时刻的时间间隔为t，与该段时间对应的位移 s。平均速度则可表示为： v SixE2yXPq54） 单位：国际单位：m）/s （或mrs -1 ）。由速度的定义式中可以看出，v的单位由位移和时间共同决定，位移的单位是m,时间的单位是 t, 所以速度的国际单位制是 ,m/s 。常用的单位还有 km/s， cm/s 等。 6ewMyirQFL5）矢量：平均速度是既具有大小，又有方向的物理量，即矢量，从定义可以看的方向相同。 kavU42VRUs例如，让小球从斜面的顶端滚下，小球通过OA AB BC,那一段运动得更快呢？为了比较各段的运动快慢，我们可以计算各段的平均速度。 y6v3ALoS89计算结果表明，物体经过三段的平均速度是逐渐增大的，物体经过EC段时运动 最快。从以上结测量结果还可知：物体在变速直线运动过程中，不同时间或不同位移 内的平均速度一般不相等。 M2ub6vSTnP平均速度只是对运动物体在某一段时间内 （或某一段位移内） 而言的，对同一运动 物体，在不同的过程，它的平均速度可能是不同的，因此，平均速度必须指明“哪段 时间”或“哪段位移”的。 0YujCfmUCw6.平均速率:其实我们初中所学的速度也不是没有意义的，我们给了他一个新的名字平均速 率。1）定义：路程与发生这段路程所用时间的比值。2）速率是标量3）注意：平均速率不是平均速度的大小。（二）瞬时速度 引入：坐在汽车驾驶员的旁边，观察汽车上的速度计，在汽车行驶的过程中，速 度计指示的数值是时常变化的，如启动时，速度计的数值增大，刹车时速度计的数值 减小，可见物体运动快慢程度时在变化的。这时我们说的汽车的“速度”是值平均速 度吗？不是，这就是我们接下来要学的瞬时速度。 eUts8ZQVRd如图22 1中，小球经过O、C两个位置，那老师想提问大家一个问题：它在哪个位置运动得更快呢？我们前面算出了OA AB BC各段的平均速度，他们能表示小球经过O点或者C点时的运动快慢吗？sQsAEJkW5T学生回答：不能 师：显然是不能的。用我们前面学习的平均速度可以比较吗？显然是不行的，由 于小球运动快慢是不断变化的，平均速度只能粗略地表示物体在一段运动过程中的总 体快慢程度，不能具体地告诉我们小球在每一时刻的运动快慢，那么，如果要精确地 描述变速直线运动的快慢，应怎样描述呢？ GMsIasNXkA学生：那就必须知道某一时刻（或者经过某一位置）时物体运动的快慢。 师：对。运动物体在某时刻或某位置的速度，我们把它叫做瞬时速度。板书：二、瞬时速度1）定义：运动物体经过某一时刻（或某一位置）的速度，叫做此时刻（或此位置）的瞬时速度。教师提问：物体在某时刻或某位置的速度的意义是什么呢？虽然我们前面算出了 OA AB BC各段的平均速度，他们都不能表示小球经过O点 时的运动快慢。但是我们来比较一下，A点离O点更近，OA段的平均速度更能反映 物体过O点时的运动快慢。如何让所得的平均速度就更能精确地描述物体经过O点的 快慢程度？ 教师引导学生讨论得出：如果从O点起所取的位移更小，比如取OA1、 OA2等，所得的平均速度就更能精确地描述物体经过O点的快慢程度。也就是当位 移足够小，或者时间足够短时，小球的速度变化很小，可以认为小球在这段时间内的 运动是匀速的，所得的平均速度就可以用来描述小球经过O点时的运动快慢，即可近 似看成经过O点的瞬时速度。（对瞬时速度的理解：瞬时速度是在运动时间时的平均速度，即平均速度在时的极限就是某一时刻（或某一位置）的瞬时速度。） TIrRGchYzg（ 2）意义：反映物体在某一时刻（或经某一位置）时运动的快慢，它能精确地描 述变速运动的快慢。平均速度只能粗略地描述变速运动。 7EqZcWLZNX（3）瞬时速度的方向：瞬时速度是矢量，在直线运动中，瞬时速度的方向与物体 经过某一位置时的运动方向相同， lzq7IGf02E 瞬时速度的大小叫瞬时速率，简称速率。 那如何测量瞬时速度？可以用测量很短时间内的平均速度大小代替，而且所取时 间越短，误差越小。我们可以用光电门这个实验装置来测量瞬时速度。zvpgeqJ1hk师:这是实验装置，A管发光，E管接收。一旦光线被遮光板阻挡，阻挡的时间变 能被光点计时器测出。这是滑块上面有一个遮光板，遮光板很窄，通过计时器可以记录挡板经过光电门需要的时间。若遮光板长为L,遮光板经过光电门需要的时间是t ,NrpoJac3v1可以求出小车在极短的时间内的平均速度,就可以认为它是测得的瞬时速度。怎 么算挡板经过光电门时的瞬时速度？ 1nowfTG4KI（ v=L/t ）师生合作的探究性实验：利用光电开关装置来研究一小段位移内的平均速度的变化,运用极限方法来理解 瞬时速度的物理意义。（1）由教师介绍光电开关装置的作用及小车 （ 车上插有不同宽度的遮光板 ）沿斜面下 滑的情形。（2）由各小组推选三位同学在教师的指导下做探究性的实验： 保持光电开关与 小车的距离和斜面的倾角不变,改变插在车上遮光板的宽度,由来求小车经光电开关 位置后运动了遮光板得宽度这一小段时间内的平均速度,探究当小车经过同一位置 时,遮光板的宽度逐渐变小时,平均速度的值的变化有什么规律 ?（ 各小组利用采集的 数据进行计算、讨论。 ） fjnFLDa5Zo保持光电幵关与小车的距离及车上遮光板的宽度不变，增大斜面的倾角，探究 当小车经过相同位置运动时,小车经遮光板的宽度这一小段时间内的平均速度的变 化，有什么规律 ?（各小组利用采集的数据进行计算、讨论。） 可以让学生根据收集的数据分析，发表自己的见解。若需要可通过教师设问、学生讨论来研究。教师可提出：tfnNhnE6e5（1） 小车沿相同倾角的斜面滑下经过某一段距离时的位移越短，平均速度的变化是 越大还是越小 ?(2) 小车沿斜面滑下经过某一相同距离时时间越短，平均速度的变化是越大还是越小?预测 学生回答：(1) 当小车沿斜面滑下过程中，在研究某一段运动时，若位移非常小，平均速度的 变化已经非常不明显了；(2) 当小车沿斜面滑下过程中，在研究某一段运动时，若时间非常短，平均速度的 变化已经非常不明显了；(3) 以上两种情形下平均速度的变化已经看不出来了。教师提出问题：既然平均速度的变化已经看不出来了，是否可以把这段运动看成 是匀速直线运动呢。 ?能否用这一小段运动的平均速度来表示这小段运动中任何位置的 瞬时速度呢 ?HbmVN777sL学生通过推理讨论得出：既然平均速度的变化已经看不出来了，就可以把这段运动看成是匀速直线运动， 利用这一小段运动的平均速度表示这小段运动中任何位置的瞬时速度。 V7l4jRB8Hs教师总结：这就是瞬时速度的物理意义，即当位移足够小时 ( 或时间足够短时 )， 可以认为物体的运动已经是匀速直线运动，所求的平均速度就可以代表这一小段运动 中任何时刻的瞬时速度。在直线运动中，瞬时速度的方向即物体在这一位置的运动方 向，所以瞬时速度是矢量。通常我们只强调其大小，把瞬时速度的大小叫瞬时速率， 简称为速率，是标量。 83lcPA59W9请思考：为什么可以用这种方法来求得小车运动通过某位置的瞬时速度 ？小实验?它显示的速度教师：同学们是否观察过摩托车或汽车运动时驾驶位置前的速度计 就是摩托车或汽车这一时刻的瞬时速度。 mZkklkzaaP速度计的原理就是一个小型发电机与电流计连接，而摩托车或汽车运动的瞬时速 度与发电机转动的快慢成正比，电流计得到的电流的大小又与发电机转动的快慢成正 比，这样电流计得到的电流就被换成速度示数。 AVktR43bpw为每一小组同学准备一个小型发电机、电流计及细线 （ 用于绕在发电机的转子上） ，用手拉细线，观察：当手拉的瞬时速度越大，发电机的转速怎样变化?电流计的示数又怎样变化 ?ORjBnOwcEd（三）加速度：新课导入：火车出站时，速度慢慢增大，经过比较长的一段时间后风驰电掣；而一扣枪的板机，子弹“啪”的一声已不见踪影，这说明什么？ 2MiJTy0dTT师：以上生活中现象都说明速度的改变是有快慢之分的，那么，如何定量地比较 物体速度的变化快慢呢？接下类我们一起来学习描述速度改变快慢的一个新的物理量 加速度。 gIiSpiue7A板书：三、加速度1、反映速度改变快慢的物理量。师：运用大屏幕放映ABCD四种运输工具自左向右做直线运动的画面。观看后，给出师：黑板上所列的是四个物体的运动情况，它们都是同学们所熟悉的身边发生的事。请同学们算一下他们各自的速度改变量？ uEh0U1Yfmhvt vO,:速度的变化量，是矢量,并计算出每个物体的速度变化量。 IAg9qLsgBX问题 1：比较 A 和 B 谁速度变化的快，为什么？对B和C相同（都是6m/s）, C用的时间长（20s）, B用的时间短（3s）,相等的情况下，时间短的运动得快，即公车出站比舰艇出舰快。 WwghWvVhPE问题 2:比较 A 和 B 谁速度变化得快，为什么？对A和B,它们所用的时间相等， A速度变化量比B的速度变化量要大，在相等时间的情况下，速度变化大的速度变化得快，即飞机比汽车快 asfpsfpi4k结论:比较物体运动的快慢,可以有两种方法:1相同的情况下,比较所用时间的长短,时间短的物体速度变化得快,时间长的物体速度变化得慢； ooeyYZTjj12）大的物体运动小的物体运动得慢。 BkeGuInkxI问题3:以上两种比较都是可行的。位移相等比时间，时间相等比位移。那像C和D的位移不相等，时间也不相等，如何比较谁运动的快，能否用分析物体运动快慢的比值方法来分析速度变化的快慢呢 ?PgdO0sRlMo我们前面学习了平均速度，平均速度是描述物体运动的快慢，快慢一般都与时间 有关。若要比较速度变化的快慢，不仅要知道速度变化的多少，还要知道完成这一速 度变化所用的时间。所以我们可以利用前面分析物体运动快慢的比值的方法，通过比 3cdXwckm15 表示，这个比值大，速度变化快，比值小，速度变化慢。物理学中把这个比值， 叫做加速度。 （板书）2、定义：速度的变化量与发生这一变化所用时间的比值值得注意的是，加速度不是表示运动快慢的，表示运动快慢的物理量是速度，加 速度是表示速度变化快慢的量，表示的是单位时间里改变的速度，所以加速度是速度 的变化率，其数值越大，表示速度改变越快。 h8c52WOngM在变速直线中，如果用vO表示物体运动的初速度，vt表示物体运动的末速 度，则在时间t内物体的速度变化为 Vt V0，于是加速度的定义式为v4bdyGious3、公式：即atvt表示t秒末的速度；（a表示加速度；vOt表示物体速度由V0变化到vt的运 动时间；表示 t表示速度的变化量，速度是矢量，矢量的加减的出来的结果仍然是矢量。）4、加速度的国际单位是 mS,读作米每二次方秒。J0bm4qMpJ9加速度的单位是由速度单位和时间单位来确定的。速度的单位是米每秒，两个速 度相减，得到的单位还是m/s，时间的单位是秒，两个单位的比值就是加速度的单 位，则加速度的 XVauA9grYP2单位是m/s 读作“米每二次方秒”。也可以写成米乘以秒的负二次方。当然 这是国际单 2位制，还有其他的单位，大家要注意换算。5、加速度不但有大小，而且有方向，是矢量。方向：与 v方向一致在直线运动中，加速度有与速度同向或者反向两种情形。通常我们取 vO 的方向为 正方向，如果vt vOvt vOO，a 0，物体运动速度越来越大，做什么运动？加速运动。 bR9C6TJscw相反的，如果vt v v0vt v0 0,a v0vt v0 0,a 0,物体运动速度越来越大，做加速运动vt v v0vt v0 0,a 0,物体运动速度越来越小，做减速运动ch4PJx4BlI15 / 1616 / 16