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勻變速直線運(yùn)動是機(jī)械運(yùn)動中一種重要的運(yùn)動,勻變速直線運(yùn)動規(guī)律(即速度公式和位移公式)是高中物理運(yùn)動學(xué)部分的一個(gè)重要內(nèi)容,教材編排將它放在速度與時(shí)間的關(guān)系(即V—t圖象)和加速度之后,它是對前面所學(xué)知識的深化和加強(qiáng),同時(shí)也為即將學(xué)習(xí)的自由落體運(yùn)動奠定了知識基礎(chǔ),因?yàn)樽杂陕潴w運(yùn)動是一種特殊的勻變速直線運(yùn)動。
本節(jié)課的重點(diǎn)是勻變速直線運(yùn)動規(guī)律的建立和理解,難點(diǎn)是對速度公式,位移公式的理解,尤其是加速度的正負(fù)值在這兩個(gè)公式中所表示的物理意義。結(jié)合新課程標(biāo)準(zhǔn),提出以下教學(xué)目標(biāo):
知識與技能:
⑴掌握勻變速直線運(yùn)動的速度和位移公式。知道它們是如何推導(dǎo)出的,會應(yīng)用公式對問題進(jìn)行分析和計(jì)算,對于速度公式還要知道它圖象的物理意義。
⑵能用公式和圖像描述勻變速直線運(yùn)動,體會數(shù)學(xué)在研究物理問題中的重要性。
過程與方法:通過對速度和位移公式的推導(dǎo),讓學(xué)生了解物理學(xué)的研究方法。
情感態(tài)度與價(jià)值觀:通過教師引導(dǎo),學(xué)生自己推導(dǎo)得出勻變速直線運(yùn)動的速度和位移公式,領(lǐng)略學(xué)習(xí)成功的喜悅。
本節(jié)課以學(xué)過的位移,速度,加速度等概念和v—t圖像為基礎(chǔ),巧用提問,激起學(xué)生的求知欲望,自己推導(dǎo)得出公式,然后教師簡明扼要的講解,幫助學(xué)生理解公式。目的是更好地調(diào)動課堂氣氛,讓學(xué)生在輕松,自主,討論的學(xué)習(xí)環(huán)境下完成學(xué)習(xí)任務(wù)。另外通過學(xué)生自己推導(dǎo)公式可加深對公式的理解,從而克服教學(xué)難點(diǎn)。
新課導(dǎo)入:
什么叫勻變速直線運(yùn)動?什么叫加速度?在學(xué)生對所提問題能得出正確回答后進(jìn)一步提出,勻變速直線運(yùn)動中速度與時(shí)間有何關(guān)系?位移和時(shí)間又有何關(guān)系?從而導(dǎo)入新課—探究勻變速直線運(yùn)動規(guī)律。
首先引導(dǎo)學(xué)生用圖象推導(dǎo)。抓住新舊知識之間的聯(lián)系,提出問題:①如何描繪勻變速直線運(yùn)動v—t圖像?(有加速和減速兩種情況)②根據(jù)勻加速直線運(yùn)動圖像,運(yùn)用數(shù)學(xué)知識,求圖象上任一時(shí)刻的速度vt=?(即勻變速直線運(yùn)動的速度公式的推導(dǎo)。)
其次再根據(jù)教材中加速度的定義,公式變形推出速度公式,采用兩種方法推導(dǎo)有利于學(xué)生對速度公式、圖像及其物理意義的理解,從而克服教學(xué)難點(diǎn)。
緊接著講解書上例題1加以鞏固.意在及時(shí)鞏固,同時(shí)也復(fù)習(xí)舊知識,在此要特別注意加速度的方向和正負(fù)問題,使前后知識自然聯(lián)系起來。
按照教材的安排引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)平均速度和位移的定義,推導(dǎo)出勻變速直線運(yùn)動的位移公式。這種推導(dǎo)學(xué)生容易接受,對于初學(xué)者來講比較適合。另外推導(dǎo)位移公式的方法很多,如圖像法,用圖像法導(dǎo)位移公式相對較為嚴(yán)格,但一般學(xué)生接受起來較難,教材將它放在閱讀材料中,因此可將它作為課后閱讀材料,讓學(xué)生了解用圖象法推導(dǎo)公式滲透的數(shù)學(xué)微分思想。
緊接著講解書上例題2。值得一提的是,本節(jié)課的習(xí)題選用最好是只用一個(gè)公式(速度公式或位移公式)就能解決問題,因?yàn)楸竟?jié)的重點(diǎn)是速直線運(yùn)動規(guī)律的建立和理解,應(yīng)用是下一節(jié)的內(nèi)容。
小結(jié)要指出研究物體的運(yùn)動規(guī)律,就是要研究物體的位移、速度隨時(shí)間變化的關(guān)系。
板塊一:學(xué)生課后收集物體做各種勻變速直線運(yùn)動的實(shí)例,并預(yù)習(xí)自由落體運(yùn)動,研究它是怎樣一種勻變速直線運(yùn)動。
板塊二:鞏固本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容,留典型的書面作業(yè)。如練習(xí)六的(2)(3)(4)包含了加速、減速和初速度、末速度都不為零的情況。
?2.(大連高一檢測)一輛汽車在平直的高速公路上行駛.已知在某段時(shí)間內(nèi)這輛汽車的加速度方向與速度方向相同,則在這段時(shí)間內(nèi),該汽車( )
?3.一個(gè)質(zhì)點(diǎn)做直線運(yùn)動,其速度隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系為v=kt.其中k=0.3 m/s2,下列說法正確的是( )
? 1.D 解析:運(yùn)動快慢相同是指速度不變,故選項(xiàng)A錯誤;勻變速直線運(yùn)動是在相等的時(shí)間內(nèi)速度變化量相同的運(yùn)動,若時(shí)間不相同,則速度的變化量不同.故選項(xiàng)B錯誤;vt圖像中,勻變速直線運(yùn)動的圖像是一條傾斜的直線,在其他圖像中不一定是直線,故選項(xiàng)C錯誤,D正確.
? 2.C 解析:汽車的加速度方向與速度方向相同,所以一定是加速運(yùn)動.因?yàn)椴荒芘袛嗉铀俣却笮∈欠窈愣?所以不能確定汽車是否做勻變速直線運(yùn)動,選項(xiàng)A、B、D錯誤,C正確.
2? 3.C 解析:因?yàn)橘|(zhì)點(diǎn)的速度隨時(shí)間均勻變化,所以質(zhì)點(diǎn)做勻加速直線運(yùn)動,加速度a=0.3 m/s,質(zhì)點(diǎn)速度變
?4.星級快車出站時(shí)能在150 s內(nèi)勻加速到180 km/h,然后正常行駛.某次因意外列車以加速時(shí)的加速度大小將車速減至108 km/h.以初速度方向?yàn)檎较?則下列說法錯誤的是( )
B.列車減速時(shí),若運(yùn)用v=v0+at計(jì)算瞬時(shí)速度,其中a=- m/s2
?5.,殲31隱身戰(zhàn)機(jī)在某機(jī)場進(jìn)行了首次熱身飛行表演.設(shè)該戰(zhàn)機(jī)的速度達(dá)到98 m/s時(shí)即可升空,假定戰(zhàn)機(jī)從靜止開始以3.5 m/s2的加速度做勻加速直線運(yùn)動,則該戰(zhàn)機(jī)從開動到起飛需滑行多長時(shí)間?
?6.從地面上豎直向上拋出一個(gè)物體,物體勻減速上升到最高點(diǎn)后,再以與上升階段一樣的加速度勻加速落回地面.可大致表示這一運(yùn)動過程的vt圖像是( )
? 4.C 解析:列車的加速度大小a=第一文庫網(wǎng)== m/s,減速時(shí),加速度方向與速度方向相反,a'=-m/s,選項(xiàng)22
A、B正確;列車減速時(shí),vt圖像中圖線依然在時(shí)間軸t軸的上方,選項(xiàng)C錯誤,由v=at可得v=×60 m/s=20 m/s.選項(xiàng)D正確.
2? 5.解析:戰(zhàn)機(jī)做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動,戰(zhàn)機(jī)的初速度v0=0,末速度v=98 m/s,加速度a=3.5 m/s.
由速度與時(shí)間的關(guān)系式v=v0+at得戰(zhàn)機(jī)從開動到起飛滑行的時(shí)間為t== s=28 s.
? 6.A 解析:豎直向上拋出物體后,物體先做減速運(yùn)動,到達(dá)最高點(diǎn)后,物體開始反向做加速運(yùn)動.選項(xiàng)A正確.
?7.某物體的運(yùn)動圖像如圖所示,以下說法正確的是(
?8.(多選)一枚火箭由地面豎直向上發(fā)射的vt圖像如圖所示,關(guān)于火箭的運(yùn)動情況,下列說法正確的是(
? 7.A 解析:在xt圖像中,斜率表示物體運(yùn)動的速度,斜率的正負(fù)號表示速度的方向,若y表示位移,因斜率有正有負(fù),說明物體做往復(fù)運(yùn)動,選項(xiàng)A正確,C錯誤,在vt圖像中,斜率表示加速度,斜率的正負(fù)號表示加速度的方向.若y表示速度,由圖像可知,物體的運(yùn)動方向沒有變化,說明物體一直向一個(gè)方向運(yùn)動,選項(xiàng)B錯誤;因加速度的方向發(fā)生變化,故物體不做勻變速直線運(yùn)動,選項(xiàng)D錯誤.
? 8.AC 解析:由圖像可知,0~tA和tA~tB時(shí)間內(nèi)火箭向上加速,tB~tC時(shí)間內(nèi)向上減速,選項(xiàng)A正確;整個(gè)過程中火箭一直向上運(yùn)動,在tC時(shí)刻到達(dá)最高點(diǎn),選項(xiàng)B錯誤;根據(jù)圖像,火箭在tB時(shí)刻的速度最大,選項(xiàng)C正確;圖線的斜率表示加速度,在AB段的加速度比OA段的加速度大,選項(xiàng)D錯誤.
?9.(探索性)A、B兩個(gè)物體在同一直線上做勻變速直線運(yùn)動,它們的速度圖像如圖所示,則以下說法正確的是(
?10.在某品牌汽車4S店,一顧客正在測試汽車的加速和減速性能.某段時(shí)間內(nèi)汽車以36 km/h的速度勻速行駛,若汽車以0.6 m/s的加速度加速,則10 s后速度能達(dá)到多少?若汽車以0.6 m/s2的加速度剎車,則10 s后和20 s后速度各減為多少?
?11.(探索性)A、B是做勻變速直線運(yùn)動的兩個(gè)物體的速度圖像,如圖所示.
? 9.C 解析:A、B兩物體都沿正方向運(yùn)動,運(yùn)動方向相同,選項(xiàng)A錯誤;前4 s內(nèi),A、B兩物體的位移不同,xA
22? 10.解析:取初速度的方向?yàn)檎较?初速度v0=36 km/h=10 m/s,加速度a1=0.6 m/s,a2=-0.6 m/s
由速度公式得加速10 s后的'速度v1=v0+a1t1=10 m/s+0.6×10 m/s=16 m/s
從開始剎車至汽車停下所需時(shí)間t== s≈16.7 s,t2t,故剎車20 s后汽車速度為零.
? 11.解析:(1)A物體沿規(guī)定的正方向做勻加速直線運(yùn)動,加速度為a1=
22 m/s=1 m/s,方向沿規(guī)定的正方22向;B物體前4 s沿規(guī)定的正方向做勻減速直線運(yùn)動,4 s后沿反方向做勻加速直線運(yùn)動, 加速度為a2= m/s =-2 m/s,負(fù)號表示與初速度方向相反.
(2)兩圖像交點(diǎn)表示在該時(shí)刻A、B速度相等.
(3)1 s末A物體的速度為3 m/s,和初速度方向相同;B物體的速度為6 m/s,和初速度方向相同.
(4)6 s末A物體的速度為8 m/s,和初速度方向相同;B物體的速度為-4 m/s,負(fù)號表示和初速度方向相反. 答案:見解析
(1)A、B各做什么運(yùn)動?求其加速度.
(2)兩圖線交點(diǎn)的意義.
(3)求1 s末A、B的速度.
(4)求6 s末A、B的速度.
?12.(挑戰(zhàn)性)卡車原來以10 m/s的速度在平直的公路上勻速行駛,因?yàn)槁房诔霈F(xiàn)紅燈,司機(jī)從較遠(yuǎn)的地方即開始剎車,使卡車勻減速前進(jìn).當(dāng)車減速到2 m/s時(shí),交通燈變?yōu)榫G燈,司機(jī)立即放開剎車,并且只用了減速過程的一半時(shí)間卡車就加速到原來的速度,從剎車開始到恢復(fù)原來的速度共用了12 s.求:
(1)減速與加速過程中的加速度;
(2)開始剎車后2 s末及10 s末的瞬時(shí)速度.
? 12.解析:(1)卡車先做勻減速運(yùn)動,再做勻加速運(yùn)動,其運(yùn)動簡圖如圖所示.設(shè)卡車從A點(diǎn)開始減速,則vA=10 m/s,用t1時(shí)間到達(dá)B點(diǎn),從B點(diǎn)又開始加速經(jīng)過時(shí)間t2到達(dá)C點(diǎn).則
vB=2 m/s,vC=10 m/s,且t2=
t1+t2=12 s.
可得t1=8 s,t2=4 s,
22a1=-1 m/s,a2=2 m/s.
10 s末的速度為v2=vB+a2t=2 m/s+2×2 m/s=6 m/s.
22答案:(1)-1 m/s 2 m/s (2)8 m/s 6 m/s
必修一第一章學(xué)習(xí)了描述運(yùn)動的感念,本章學(xué)習(xí)勻變速直線運(yùn)動幾個(gè)物理量之間的定量關(guān)系。教材從最簡單的勻速直線運(yùn)動的位移與時(shí)間的關(guān)系入手,得出位移公式x=vt。然后從勻速直線運(yùn)動的速度―時(shí)間圖像說明v-t圖線下面矩形的面積代表勻速直線運(yùn)動的位移。接著利用實(shí)驗(yàn)探究中所得到的一條紙帶上時(shí)間與速度的記錄,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析,當(dāng)Δt越小,估算結(jié)果越接近,最后得出結(jié)論:當(dāng)Δt無窮小時(shí),v-t圖線下四邊形的面積等于勻變速直線運(yùn)動的位移,從而導(dǎo)出位移公式x=v0t+ 1/2at2。上一章為本節(jié)奠定了全面的基礎(chǔ),本節(jié)是第一章概念和科學(xué)思維方法的具體應(yīng)用。
高中物理引入極限思想的出發(fā)點(diǎn)就在于它是一種常用的科學(xué)思維方法,上一章教材用極限思想介紹了瞬時(shí)速度和瞬時(shí)加速度,本節(jié)介紹v―t圖線下面四邊形的面積代表勻變速直線運(yùn)動的位移時(shí),又一次應(yīng)用了極限思想。當(dāng)然,我們只是讓學(xué)生初步認(rèn)識這些極限思想,并不要求會計(jì)算極限。按教材這樣的方式來接受極限思想,對高中學(xué)生來說是不會有太多困難的。學(xué)生學(xué)習(xí)極限時(shí)的困難不在于它的思想,而在于它的運(yùn)算和嚴(yán)格的證明,而這些,在教材中并不出現(xiàn)。教材的宗旨僅僅是“滲透”這樣的思想。在導(dǎo)出位移公式的教學(xué)中,利用實(shí)驗(yàn)探究中所得到的一條紙帶上時(shí)間與速度的'記錄,讓學(xué)生思考與討論如何求出小車的位移,教學(xué)中不斷鼓勵學(xué)生積極思考,充分表達(dá)自己的想法。啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生具體、深入地分析,肯定學(xué)生正確的想法,教學(xué)過程中主要采用探究式、討論式進(jìn)行授課。
勻變速直線運(yùn)動的位移公式是高中物理教學(xué)中的難點(diǎn)之一,我在教學(xué)設(shè)計(jì)中根據(jù)學(xué)生實(shí)際提出了自己的教學(xué)思路。其突出的特點(diǎn)有以下幾方面:
1、新課程倡導(dǎo)探究,并將科學(xué)探究與科學(xué)知識并列為課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容。猜想與假設(shè)是科學(xué)探究的要素之一,但不是沒有依據(jù)的胡猜亂想。本節(jié)課從復(fù)習(xí)舊知識引出新問題之后,由勻速直線運(yùn)動速度圖象中“面積”的物理意義,遷移到在勻變速直線運(yùn)動速度圖象中的“面積”是否也具有同樣的物理意義,提出猜想有根有據(jù)、合情合理,符合高一新學(xué)生的認(rèn)知水平。
2、本節(jié)主要運(yùn)用的是啟發(fā)探究式綜合教學(xué)法,對教學(xué)的重難點(diǎn)即微積分的教學(xué)上采用了目標(biāo)導(dǎo)學(xué)法,以思維訓(xùn)練為主線,創(chuàng)設(shè)問題情境,通過小組討論和歸納,引導(dǎo)學(xué)生積極思考,探索和發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律,既明確了探究的目標(biāo)和方向,又最大限度地調(diào)動了學(xué)生積極參與教學(xué)活動,充分體現(xiàn)“教師主導(dǎo),學(xué)生主體”的教學(xué)原則。再從勻速過渡到變速的教學(xué)上采用了比較法,啟發(fā)學(xué)生從已有知識獲得新知,并利用數(shù)學(xué)知識解決物理問題。另外還通過知識的鋪墊、方法的遷移、多媒體課件演示等手段,分散教學(xué)難點(diǎn),引導(dǎo)學(xué)生動口、動腦、動手獲取知識,提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。
3、當(dāng)推導(dǎo)出勻變速直線運(yùn)動的位移公式之后,教師沒有急于進(jìn)行鞏固訓(xùn)練,而是要求學(xué)生以上述研究過程為載體進(jìn)行反思,感悟科學(xué)探究的方法和過程。
4、本節(jié)以學(xué)過的勻速運(yùn)動為基礎(chǔ),利用實(shí)例巧妙設(shè)疑,啟發(fā)學(xué)生思考,讓學(xué)生在自主討論的學(xué)習(xí)環(huán)境下深化對微積分的理解,培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力。學(xué)生用已有的知識演繹推理、歸納總結(jié)出勻變速運(yùn)動的位移時(shí)間規(guī)律,培養(yǎng)學(xué)生知識的遷移能力。讓學(xué)生通過面積自行計(jì)算求位移時(shí)采用多種方法,培養(yǎng)了學(xué)生的數(shù)形結(jié)合能力和發(fā)散思維能力。最后又通過實(shí)例分析加深學(xué)生對知識規(guī)律的消化理解,強(qiáng)化有意注意,及時(shí)評價(jià)鼓勵學(xué)生,讓學(xué)生經(jīng)歷從實(shí)際到理論,再從理論到實(shí)踐的探究過程。
5、利用教材中“思考與討論”欄目的內(nèi)容,通過小組討論的形式,對“v―t圖像面積位移關(guān)系”進(jìn)行了充分探究,再利用第二個(gè)“思考與討論”欄目中的內(nèi)容討論“初速度為0的勻變速直線運(yùn)動的x―t圖像”。這種做法既實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用數(shù)學(xué)方法和極限思想研究并解決物理問題,又使教學(xué)過程更流暢,教學(xué)重點(diǎn)更突出,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性,有利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維的能力和科學(xué)探究的能力。
總之,在這節(jié)課里,我把一個(gè)在物理學(xué)發(fā)展中極為深刻而有效的思維方法―――微積分,以簡約化的方式呈現(xiàn)出來了。這樣處理的目的是為了防止教學(xué)中僅僅側(cè)重知識點(diǎn)“套用”,而忽略了科學(xué)思維方法的培養(yǎng)?!耙粋€(gè)變化過程在極短時(shí)間內(nèi)可以認(rèn)為是不變的”,這也是一種科學(xué)的思路。而且常常是處理復(fù)雜物理問題的一種科學(xué)方法。本節(jié)課讓學(xué)生在滲透中形成了科學(xué)的思路,掌握了基本的方法,達(dá)到了提高解決問題能力的。
不足之處是在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生小組討論時(shí),設(shè)計(jì)的問題還不夠開放,應(yīng)該讓學(xué)生有更充分的討論空間。
再教時(shí),要進(jìn)一步調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,使每一個(gè)學(xué)生都有成就感,都有所得,教學(xué)效果一定會更好。
在平常教育教學(xué)中,必須具備全新的教育理念,認(rèn)真學(xué)習(xí)新課改精神,使自己具有先進(jìn)、科學(xué)的教育思想,將每節(jié)課按高標(biāo)準(zhǔn)要求,不斷創(chuàng)新,提高課堂教學(xué)效益。對教學(xué)設(shè)計(jì)表現(xiàn)為:不思則無,深思則遠(yuǎn),遠(yuǎn)思則寬。
第一、二節(jié)探究自由落體運(yùn)動/自由落體運(yùn)動規(guī)律
記錄自由落體運(yùn)動軌跡
1.物體僅在中立的作用下,從靜止開始下落的運(yùn)動,叫做自由落體運(yùn)動(理想化模型)。在空氣中影響物體下落快慢的因素是下落過程中空氣阻力的影響,與物體重量無關(guān)。
2.伽利略的科學(xué)方法:觀察→提出假設(shè)→運(yùn)用邏輯得出結(jié)論→通過實(shí)驗(yàn)對推論進(jìn)行檢驗(yàn)→對假說進(jìn)行修正和推廣
自由落體運(yùn)動規(guī)律
自由落體運(yùn)動是一種初速度為0的勻變速直線運(yùn)動,加速度為常量,稱為重力加速度(g)。g=9.8m/s2
重力加速度g的方向總是豎直向下的。其大小隨著緯度的增加而增加,隨著高度的增加而減少。
vt2=2gs
豎直上拋運(yùn)動
1.處理方法:分段法(上升過程a=-g,下降過程為自由落體),整體法(a=-g,注意矢量性)
1.速度公式:vt=v0—gt位移公式:h=v0t—gt2/2
2.上升到最高點(diǎn)時(shí)間t=v0/g,上升到最高點(diǎn)所用時(shí)間與回落到拋出點(diǎn)所用時(shí)間相等
3.上升的最大高度:s=v02/2g
第三節(jié)勻變速直線運(yùn)動
勻變速直線運(yùn)動規(guī)律
1.基本公式:s=v0t+at2/2
2.平均速度:vt=v0+at
3.推論:1)v=vt/2
2)S2—S1=S3—S2=S4—S3=……=△S=aT2
3)初速度為0的n個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間內(nèi)S之比:
S1:S2:S3:……:Sn=1:3:5:……:(2n—1)
4)初速度為0的n個(gè)連續(xù)相等的位移內(nèi)t之比:
t1:t2:t3:……:tn=1:(√2—1):(√3—√2):……:(√n—√n—1)
5)a=(Sm—Sn)/(m—n)T2(利用上各段位移,減少誤差→逐差法)
6)vt2—v02=2as
第四節(jié)汽車行駛安全
1.停車距離=反應(yīng)距離(車速×反應(yīng)時(shí)間)+剎車距離(勻減速)
2.安全距離≥停車距離
3.剎車距離的大小取決于車的初速度和路面的粗糙程度
4.追及/相遇問題:抓住兩物體速度相等時(shí)滿足的臨界條件,時(shí)間及位移關(guān)系,臨界狀態(tài)(勻減速至靜止)??捎脠D象法解題。
2、會推出勻變速直線運(yùn)動的位移和速度的關(guān)系式 ,并會應(yīng)用它進(jìn)行計(jì)算
三、德育目標(biāo) 本部分矢量較多,在解題中要依據(jù)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動情況確定出各量的方向,不要死套公式而不分析實(shí)際的客觀運(yùn)動。
教學(xué)難點(diǎn):據(jù)速度和位移公式推導(dǎo)得到的.速度和位移關(guān)系式的正確使用
上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了勻變速直線運(yùn)動的速度、位移和時(shí)間之間的關(guān)系,本節(jié)課我們來學(xué)生上述規(guī)律的應(yīng)用。
2、能應(yīng)用勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律求解有關(guān)問題。
(1)學(xué)生在白紙上書寫勻變速直線運(yùn)動的速度和位移公式:
(3)據(jù) ,消去時(shí)間,同學(xué)們試著推一下,能得到一個(gè)什么關(guān)系式。
(4)學(xué)生推導(dǎo)后,抽查推導(dǎo)過程并在實(shí)物投影儀上評析。
(5)教師說明:一般在不涉及時(shí)間的前提下,我們使用剛才得到的推論 求解。
(6)在黑板上板書上述三個(gè)公式:
(1)a.用投影片出示例題1: 發(fā)射炮彈時(shí),炮彈在槍筒中的運(yùn)動可以看作是勻加速運(yùn)動,如果槍彈的加速度是 ,槍筒長0.64m,槍彈射出槍口時(shí)的速度是多大? b:用CAI課體模擬題中的物理情景,并出示分析思考題: 1)槍筒的長度對應(yīng)于槍彈做勻加速運(yùn)動的哪個(gè)物理量? 2)槍彈的初速度是多大? 3)槍彈出槍口時(shí)的速度對應(yīng)于槍彈做勻加速運(yùn)動的什么速度? 4)據(jù)上述分析,你準(zhǔn)備選用哪個(gè)公式求解? C:學(xué)生寫出解題過程,并抽查實(shí)物投影儀上評析。
(2)用投影片注視鞏固練習(xí)I: 物體做勻加速運(yùn)動,初速度為v0=2m/s,加速度a=0.1 ,求 A:前4s內(nèi)通過的位移 B:前4s內(nèi)的平均速度及位移。
(3)a.用投影片出示例題2 一個(gè)滑雪的人,從85米長的山坡上勻變速滑下,初速度是1.8m/s,末速度系5.0m/s,他通過這段山坡需要多長時(shí)間? b:用CAI課件模擬題中的物理情景。 c:據(jù)物理情景,同學(xué)們思考 1)該滑雪人的運(yùn)動可當(dāng)做哪一種勻變速運(yùn)動? 2)你認(rèn)為所給的已知條件等效為勻變速直線運(yùn)動的哪些物理量? 3)要求得時(shí)間t,你準(zhǔn)備用什么方法求? d:經(jīng)同學(xué)們討論后,用投影片展示課本上的解題過程: 解:滑雪的人做勻加速直線運(yùn)動,由 e:說明:對于勻變速直線運(yùn)動也就是說:對于變速直線運(yùn)動,平均速度的求解有兩個(gè)途徑:(1) (2) 這兩個(gè)公式綜合使用往往可使問題簡化。
做勻加速直線運(yùn)動的物體,速度從v增加到2v時(shí)結(jié)果的位移是s,測它的速度從2v增加到4v經(jīng)過的位移是多少?
本節(jié)課我們主要是應(yīng)用勻變速直線運(yùn)動的下述公式解決了一些實(shí)際問題:vt=v0+at;s=v0t+ at2; =2ass= 這些公式共涉及v0、vt、a、s、t五個(gè)物理量,對于一段直線運(yùn)動,只要已知三個(gè)物理量,總可以就出另外兩個(gè)物理量。
關(guān)于規(guī)律的學(xué)習(xí)主要注意以下兩個(gè)方面:規(guī)律是如何得出的;規(guī)律的適用范圍(或條件)是什么。
學(xué)習(xí)物理規(guī)律除了掌握結(jié)論,還要知道結(jié)論是如何得出的。如同學(xué)們都知道勻變速直線運(yùn)動的位移公式,卻有很多人不清楚是怎樣得出的;知道自由下落的電梯內(nèi)的物體和衛(wèi)星上的物體都處于完全失重狀態(tài),但不知道為什么這兩種不同的運(yùn)動都會完全失重;知道靜電屏蔽時(shí)內(nèi)部的場強(qiáng)為零卻不知道怎樣證明這些都是重結(jié)論、輕過程的結(jié)果。這些同學(xué)在上課時(shí)盡管做了很多筆記,但對規(guī)律的得出過程并不清楚,造成不會做題。
學(xué)習(xí)物理規(guī)律時(shí)還要注意規(guī)律的適用范圍,如動量定理必須在慣性系中才能使用,用動能定理解題時(shí)要選大地為參考系來計(jì)算動能和功。
定義:在相等的時(shí)間內(nèi)速度的變化相等的直線運(yùn)動叫做勻變速直線運(yùn)動。
說明:
(1)以上公式只適用于勻變速直線運(yùn)動。
(2)四個(gè)公式中只有兩個(gè)是獨(dú)立的,即由任意兩式可推出另外兩式。四個(gè)公式中有五個(gè)物理量,而兩個(gè)獨(dú)立方程只能解出兩個(gè)未知量,所以解題時(shí)需要三個(gè)已知條件,才能有解。
(3)式中v0、vt、a、x均為矢量,方程式為矢量方程,應(yīng)用時(shí)要規(guī)定正方向,凡與正方向相同者取正值,相反者取負(fù)值;所求矢量為正值者,表示與正方向相同,為負(fù)值者表示與正方向相反。通常將v0的方向規(guī)定為正方向,以v0的位置做初始位置。
(4)以上各式給出了勻變速直線運(yùn)動的普遍規(guī)律。一切勻變速直線運(yùn)動的差異就在于它們各自的v0、a不完全相同,例如a=0時(shí),勻速直線運(yùn)動;以v0的方向?yàn)檎较颍?a0時(shí),勻加速直線運(yùn)動;a0時(shí),勻減速直線運(yùn)動;a=g、v0=0時(shí),自由落體應(yīng)動;a=g、v00時(shí),豎直拋體運(yùn)動。
(5)對勻減速直線運(yùn)動,有最長的運(yùn)動時(shí)間t=v0/a,對應(yīng)有最大位移x=v02/2a,若tv0/a,一般不能直接代入公式求位移。
(1)任意兩個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間間隔T內(nèi)的位移之差是一個(gè)恒量,
(2)在一段時(shí)間t內(nèi),中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度v等于這段時(shí)間的平均速度,
(3)中間位移處的速度:
四、初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(設(shè)T為等分時(shí)間間隔):
1、基本公式中的v0、vt、a、x都是矢量,在直線運(yùn)動中,若規(guī)定正方向,它們都可用帶正、負(fù)號的代數(shù)值表示,把矢量運(yùn)算轉(zhuǎn)化為代數(shù)運(yùn)算。通常情況下取初速度方向?yàn)檎较?,凡是與初速度同向的物理量取正值,凡是與初速度v0反向的物理量取負(fù)值。
2、對物體做末速度為零的勻減速直線運(yùn)動,常逆向思維將其視為初速度為零、加速度大小相同的勻加速直線運(yùn)動,解題時(shí)方便實(shí)用。
3、注意聯(lián)系實(shí)際,切忌硬套公式,例如剎車問題應(yīng)首先判斷車是否已經(jīng)停下來。
審題畫出過程草圖判斷運(yùn)動性質(zhì)選取正方向(或選取坐標(biāo)軸)選用公式列出方程求解方程,必要時(shí)對結(jié)果進(jìn)行討論。
1、弄清題意,建立一幅物體運(yùn)動的圖景。為了直觀形象,應(yīng)盡可能地畫出草圖,并在圖中標(biāo)明一些位置和物理量。
2、弄清研究對象,明確哪些量已知,哪些量未知,根據(jù)公式特點(diǎn)恰當(dāng)?shù)剡x用公式。
3、利用勻速變直線運(yùn)動的兩個(gè)推論和初速度為零的勻加速直線運(yùn)動的特點(diǎn),往往能夠使解題過程簡化。
4、如果題目涉及不同的運(yùn)動過程,則應(yīng)重點(diǎn)尋找各段運(yùn)動的速度、位移、時(shí)間等方面的關(guān)系。
在眾多的勻變速直線運(yùn)動的`公式和推論中,共涉及五個(gè)物理量v0、vt、a、x、t,合理地運(yùn)用和選擇方法是求解運(yùn)動學(xué)問題的關(guān)鍵。
1、基本公式法:是指速度公式和位移公式,它們均是矢量式,使用時(shí)應(yīng)注意方向性。一般以v0的方向?yàn)檎较?,其余與正方向相同者取正,反之取負(fù)。
2、平均速度法:定義式v=x/t,對任何性質(zhì)的運(yùn)動都適用,而只適用于勻變速直線運(yùn)動。
利用任一時(shí)間t內(nèi)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間t內(nèi)的平均速度,適用于任何一個(gè)勻變速直線運(yùn)動,有些題目應(yīng)用它可以避免常規(guī)解法中用位移公式列出的含有t2的復(fù)雜式子,從而簡化解題過程,提高解題速度。
對于初速度為零的勻加速直線運(yùn)動與末速度為零的勻減速運(yùn)動,可利用初速度為零的勻加速直線運(yùn)動的五大重要特征的比例關(guān)系,用比例法求解。
把運(yùn)動過程的末態(tài)作為初態(tài)的反向研究問題的方法。一般用于末態(tài)已知的情況。
應(yīng)用v―t圖象,可把復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為簡單的物理問題解決,尤其是用圖象定性分析,可避開繁雜的計(jì)算,快速找出答案。
勻變速直線運(yùn)動中,在連續(xù)相等的時(shí)間T內(nèi)的位移之差為一恒量,即xn+1―xn=aT2,對一般的勻變速直線運(yùn)動問題,若出現(xiàn)相等的時(shí)間間隔,應(yīng)優(yōu)先考慮用x=aT2求解。
一、說教材
勻變速直線運(yùn)動是機(jī)械運(yùn)動中一種重要的運(yùn)動,勻變速直線運(yùn)動規(guī)律(即速度公式和位移公式)是高中物理運(yùn)動學(xué)部分的一個(gè)重要內(nèi)容,教材編排將它放在速度與時(shí)間的關(guān)系(即V—t圖象)和加速度之后,它是對前面所學(xué)知識的深化和加強(qiáng),同時(shí)也為即將學(xué)習(xí)的自由落體運(yùn)動奠定了知識基礎(chǔ),因?yàn)樽杂陕潴w運(yùn)動是一種特殊的勻變速直線運(yùn)動。
本節(jié)課的重點(diǎn)是勻變速直線運(yùn)動規(guī)律的建立和理解,難點(diǎn)是對速度公式,位移公式的理解,尤其是加速度的正負(fù)值在這兩個(gè)公式中所表示的物理意義。結(jié)合新課程標(biāo)準(zhǔn),提出以下教學(xué)目標(biāo):
知識與技能:
⑴掌握勻變速直線運(yùn)動的速度和位移公式。知道它們是如何推導(dǎo)出的,會應(yīng)用公式對問題進(jìn)行分析和計(jì)算,對于速度公式還要知道它圖象的物理意義。
⑵能用公式和圖像描述勻變速直線運(yùn)動,體會數(shù)學(xué)在研究物理問題中的重要性。
過程與方法:通過對速度和位移公式的推導(dǎo),讓學(xué)生了解物理學(xué)的研究方法。
情感態(tài)度與價(jià)值觀:通過教師引導(dǎo),學(xué)生自己推導(dǎo)得出勻變速直線運(yùn)動的速度和位移公式,領(lǐng)略學(xué)習(xí)成功的喜悅。
二、說教法和學(xué)法
本節(jié)課以學(xué)過的位移,速度,加速度等概念和v—t圖像為基礎(chǔ),巧用提問,激起學(xué)生的求知欲望,自己推導(dǎo)得出公式,然后教師簡明扼要的講解,幫助學(xué)生理解公式。目的是更好地調(diào)動課堂氣氛,讓學(xué)生在輕松,自主,討論的學(xué)習(xí)環(huán)境下完成學(xué)習(xí)任務(wù)。另外通過學(xué)生自己推導(dǎo)公式可加深對公式的理解,從而克服教學(xué)難點(diǎn)。
三、說過程設(shè)計(jì)
新課導(dǎo)入:
什么叫勻變速直線運(yùn)動?什么叫加速度?在學(xué)生對所提問題能得出正確回答后進(jìn)一步提出,勻變速直線運(yùn)動中速度與時(shí)間有何關(guān)系?位移和時(shí)間又有何關(guān)系?從而導(dǎo)入新課—探究勻變速直線運(yùn)動規(guī)律。
講授新課:
1、速度與時(shí)間的關(guān)系
首先引導(dǎo)學(xué)生用圖象推導(dǎo)。抓住新舊知識之間的聯(lián)系,提出問題:①如何描繪勻變速直線運(yùn)動v—t圖像?(有加速和減速兩種情況)②根據(jù)勻加速直線運(yùn)動圖像,運(yùn)用數(shù)學(xué)知識,求圖象上任一時(shí)刻的速度vt=?(即勻變速直線運(yùn)動的速度公式的推導(dǎo)。)
其次再根據(jù)教材中加速度的定義,公式變形推出速度公式,采用兩種方法推導(dǎo)有利于學(xué)生對速度公式、圖像及其物理意義的理解,從而克服教學(xué)難點(diǎn)。
緊接著講解書上例題1加以鞏固.意在及時(shí)鞏固,同時(shí)也復(fù)習(xí)舊知識,在此要特別注意加速度的方向和正負(fù)問題,使前后知識自然聯(lián)系起來。
2、位移與時(shí)間的關(guān)系
按照教材的安排引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)平均速度和位移的定義,推導(dǎo)出勻變速直線運(yùn)動的位移公式。這種推導(dǎo)學(xué)生容易接受,對于初學(xué)者來講比較適合。另外推導(dǎo)位移公式的方法很多,如圖像法,用圖像法導(dǎo)位移公式相對較為嚴(yán)格,但一般學(xué)生接受起來較難,教材將它放在閱讀材料中,因此可將它作為課后閱讀材料,讓學(xué)生了解用圖象法推導(dǎo)公式滲透的數(shù)學(xué)微分思想。
緊接著講解書上例題2。值得一提的是,本節(jié)課的習(xí)題選用最好是只用一個(gè)公式(速度公式或位移公式)就能解決問題,因?yàn)楸竟?jié)的重點(diǎn)是速直線運(yùn)動規(guī)律的建立和理解,應(yīng)用是下一節(jié)的內(nèi)容。
課堂小結(jié)
小結(jié)要指出研究物體的運(yùn)動規(guī)律,就是要研究物體的位移、速度隨時(shí)間變化的關(guān)系。
布置作業(yè)
板塊一:學(xué)生課后收集物體做各種勻變速直線運(yùn)動的實(shí)例,并預(yù)習(xí)自由落體運(yùn)動,研究它是怎樣一種勻變速直線運(yùn)動。
板塊二:鞏固本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容,留典型的書面作業(yè)。如練習(xí)六的(2)(3)(4)包含了加速、減速和初速度、末速度都不為零的情況。
與初中物理相比,高中物理教材對物理概念的闡述更詳盡深入,在高中物理學(xué)習(xí)中首先要掌握閱讀課本的正確方法,高中物理內(nèi)容比初中物理多,老師也無法像初中一樣在課堂上將淺顯的內(nèi)容翻來覆去地講很多遍,培養(yǎng)自學(xué)閱讀習(xí)慣是良好的高中物理學(xué)習(xí)方法.高中物理課本中對物理概念的闡述是嚴(yán)謹(jǐn)周密的,在閱讀中領(lǐng)悟和理解教材所表達(dá)的物理信息是學(xué)生學(xué)習(xí)課本知識的第一步.但大多數(shù)學(xué)生閱讀物理書時(shí)都停留在對文字表面意義的膚淺理解上,由于閱讀時(shí)未掌握物理概念的本意,導(dǎo)致無法真正掌握物理概念的和外延,也就造成了學(xué)習(xí)過程中的半生不熟現(xiàn)象.在教材中物理概念的文字?jǐn)⑹隹陀^直白,表達(dá)了物理概念描述的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性,我們在閱讀時(shí)要善于抓住教材中的關(guān)鍵詞和關(guān)鍵術(shù)語,防止理解跑偏.
從初中物理到高中物理,解題計(jì)算的方法發(fā)生了巨大的轉(zhuǎn)變.物理課不但有系統(tǒng)、嚴(yán)密的物理概念和知識,而且物理課與數(shù)學(xué)、語文等學(xué)科的知識聯(lián)系也很密切.初中物理的解題只需用到簡單的加減乘除就夠了,可是在高中物理的解題中,由于牽涉到多個(gè)復(fù)雜的變量,就需要經(jīng)常用到較復(fù)雜的多元多次數(shù)學(xué)方程式進(jìn)行解題了.可是有些同學(xué)因?yàn)閿?shù)學(xué)基礎(chǔ)不好,在解題時(shí)就感到無法適應(yīng)了.這就需要同學(xué)們以學(xué)好相關(guān)的數(shù)學(xué)知識為基礎(chǔ),巧用數(shù)學(xué)知識來解釋物理的概念、原理和方法,同時(shí)要結(jié)合數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程,準(zhǔn)確理解物理概念、掌握物理公式、抓住問題的關(guān)鍵并采用正確的解題方法來解決復(fù)雜的物理問題。
高中課本對物理知識的宏觀性和普遍性進(jìn)行了更深入和更全面的介紹,目的是希望大家通過相對系統(tǒng)的學(xué)習(xí),逐步形成較完整的物理思想體系.這就要求我們在思考問題的方法上不局限于一維和二維空間,而是要發(fā)揮立體思維想象,結(jié)合教學(xué)過程中物理模型的電腦動畫演示,構(gòu)思三維物理模型,并且破除思維定勢,以三維物理模型作為思考問題的依據(jù).
同時(shí),在初中物理學(xué)習(xí)中,因?yàn)榭紤]到低年齡同學(xué)對復(fù)雜問題的理解存在難度,課本中將很多物理現(xiàn)象理想和簡單化了,而在高中物理的后續(xù)學(xué)習(xí)中,高中課程對相關(guān)物理現(xiàn)象進(jìn)行了適當(dāng)?shù)膹?fù)雜化和真實(shí)化,使之更貼近真實(shí)世界.這就需要我們在學(xué)習(xí)的過程中實(shí)現(xiàn)從簡單到復(fù)雜的物理思考方式的轉(zhuǎn)變,比如說在力的分解章節(jié),就要巧用坐標(biāo)系解決數(shù)值變量與方向變化問題,準(zhǔn)確的找到問題的答案.
我們的中學(xué)教育一直被應(yīng)試教育誤導(dǎo),學(xué)生長期在老師和家長的督促下被動學(xué)習(xí),這種“中國式”教育方式使學(xué)生養(yǎng)成了強(qiáng)烈的依賴性,自主思維能力差.為完成高中課程學(xué)習(xí),更為了完成今后的大學(xué)學(xué)習(xí),我們應(yīng)盡力實(shí)現(xiàn)從被動學(xué)習(xí)到主動學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變.主要措施有提高自制能力、培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣和自學(xué)能力,養(yǎng)成課前對重點(diǎn)知識預(yù)習(xí)、課中帶著疑問聽課、做好課堂筆記、課后及時(shí)歸納總結(jié).
在高中物理學(xué)習(xí)的過程中,習(xí)題的作用千萬不能忽視,做題不是說題海戰(zhàn)術(shù),而是要通過有目的的做題理解相關(guān)的物理知識;這就需要我們在學(xué)習(xí)中有選擇性地做題,包括認(rèn)真分析教科書上的例題,根據(jù)教學(xué)重點(diǎn)和難度選擇課外習(xí)題.選題不能一味依靠老師,要品味出老師選題的思路和要求,逐步做到能自己選題;在解題時(shí)要保持思路清晰,圍繞知識點(diǎn)加深學(xué)習(xí)效果.當(dāng)然,在學(xué)習(xí)中多向老師請教,將自己的想法與老師溝通一直是我們的極佳選擇
高中物理引入極限思想的出發(fā)點(diǎn)就在于它是一種常用的科學(xué)思維方法,上一章教材用極限思想介紹了瞬時(shí)速度和瞬時(shí)加速度,本節(jié)介紹v-t圖線下面四邊形的面積代表勻變速直線運(yùn)動的位移時(shí),又一次應(yīng)用了極限思想.當(dāng)然,我們只是讓學(xué)生初步認(rèn)識這些極限思想,并不要求會計(jì)算極限.按教材這樣的方式來接受極限思想,對高中學(xué)生來說是不會有太多困難的.學(xué)生學(xué)習(xí)極限時(shí)的困難不在于它的思想,而在于它的運(yùn)算和嚴(yán)格的證明,而這些,在教材中并不出現(xiàn).教材的宗旨僅僅是“滲透”這樣的思想.在導(dǎo)出位移公式的教學(xué)中,利用實(shí)驗(yàn)探究中所得到的一條紙帶上時(shí)間與速度的記錄,讓學(xué)生思考與討論如何求出小車的位移,要鼓勵學(xué)生積極思考,充分表達(dá)自己的想法.可啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生具體、深入地分析,肯定學(xué)生正確的想法,弄清楚錯誤的原因.本節(jié)應(yīng)注重?cái)?shù)、形結(jié)合的問題,教學(xué)過程中可采用探究式、討論式進(jìn)行授課.
1.理解勻速直線運(yùn)動的位移及其應(yīng)用.
2.理解勻變速直線運(yùn)動的位移與時(shí)間的關(guān)系及其應(yīng)用.
1.v-t圖象中圖線與t軸所夾的面積表示物體在這段時(shí)間內(nèi)運(yùn)動的位移.
1.知道勻速直線運(yùn)動的位移與時(shí)間的關(guān)系.
2.理解勻變速直線運(yùn)動的位移及其應(yīng)用.
3.理解勻變速直線運(yùn)動的位移與時(shí)間的關(guān)系及其應(yīng)用.
4.理解v-t圖象中圖線與t軸所夾的面積表示物體在這段時(shí)間內(nèi)運(yùn)動的位移.
1.通過近似推導(dǎo)位移公式的過程,體驗(yàn)微元法的特點(diǎn)和技巧,能把瞬時(shí)速度的求法與此比較.
1.經(jīng)歷微元法推導(dǎo)位移公式和公式法推導(dǎo)速度位移關(guān)系,培養(yǎng)自己動手的能力,增加物理情感.
“適者生存”是自然界中基本的法則之一,獵豹要生存必須獲得足夠的食物,獵豹的食物來源中,羚羊是不可缺少的.假設(shè)羚羊從靜止開始奔跑,經(jīng)50 m能加速到最大速度25 m/s,并能維持較長的時(shí)間;獵豹從靜止開始奔跑,經(jīng)60 m能加速到最大速度30 m/s,以后只能維持這個(gè)速度4.0 s.設(shè)獵豹在某次尋找食物時(shí),距離羚羊30 m時(shí)開始攻擊,羚羊在獵豹開始攻擊后1.0 s才開始逃跑,假定羚羊和獵豹在加速階段分別做勻加速直線運(yùn)動,且均沿同一直線奔跑,獵豹能否成功捕獲羚羊?
1962年11月,赫赫有名的“子爵號”飛機(jī)正在美國馬里蘭州伊利奧特市上空平穩(wěn)地飛行,突然一聲巨響,飛機(jī)從高空栽了下來,事后發(fā)現(xiàn)釀成這場空中悲劇的罪魁禍?zhǔn)拙故且恢辉诳罩新肯璧奶禊Z.
在我國也發(fā)生過類似的事情.1991年10月6日,海南??谑袠窎|機(jī)場,海軍航空兵的一架“014號”飛機(jī)剛騰空而起,突然,“砰”的一聲巨響,機(jī)體猛然一顫,飛行員發(fā)現(xiàn)左前三角擋風(fēng)玻璃完全破碎,令人慶幸的是,飛行員憑著頑強(qiáng)的意志和嫻熟的技術(shù)終于使飛機(jī)降落在跑道上,追究原因還是一只迎面飛來的小鳥.
飛機(jī)在起飛和降落過程中,與經(jīng)常棲息在機(jī)場附近的飛鳥相撞而導(dǎo)致“機(jī)毀鳥亡”.小鳥為何能把飛機(jī)撞毀呢?學(xué)習(xí)了本節(jié)知識,我們就知道其中的原因了.
前面我們學(xué)習(xí)了勻變速直線運(yùn)動中速度與時(shí)間的關(guān)系,其關(guān)系式為v=v0+at.在探究速度與時(shí)間的關(guān)系時(shí),我們分別運(yùn)用了不同方法來進(jìn)行.我們知道,描述運(yùn)動的物理量還有位移,那位移與時(shí)間的關(guān)系又是怎樣的呢?我們又將采用什么方法來探究位移與時(shí)間的關(guān)系呢?
做勻速直線運(yùn)動的物體在時(shí)間t內(nèi)的位移x=v-t.
說明:取運(yùn)動的初始時(shí)刻物體的位置為坐標(biāo)原點(diǎn),這樣,物體在時(shí)刻t的位移等于這時(shí)的坐標(biāo)x,從開始到t時(shí)刻的時(shí)間間隔為t.
教師設(shè)疑:同學(xué)們在坐標(biāo)紙上作出勻速直線運(yùn)動的v-t圖象,猜想一下,能否在v-t圖象中表示出做勻速直線運(yùn)動的物體在時(shí)間t內(nèi)的位移呢?學(xué)生作圖并思考討論.
1.作出勻速直線運(yùn)動的物體的速度—時(shí)間圖象.
2.由圖象可看出勻速直線運(yùn)動的v-t圖象是一條平行于t軸的直線.
3.探究發(fā)現(xiàn),從0——t時(shí)間內(nèi),圖線與t軸所夾圖形為矩形,其面積為v-t.
4.結(jié)論:對于勻速直線運(yùn)動,物體的位移對應(yīng)著v-t圖象中一塊矩形的面積,如圖2-3-1.
點(diǎn)評:1.通過學(xué)生回答教師提出的問題,培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決問題的能力和語言概括表達(dá)能力.
2.通過對問題的`探究,提高學(xué)生把物理規(guī)律和數(shù)學(xué)圖象相結(jié)合的能力.
討論了勻速直線運(yùn)動的位移可用v-t圖象中所夾的面積來表示的方法,勻變速直線運(yùn)動的位移在v-t圖象中是不是也有類似的關(guān)系,下面我們就來學(xué)習(xí)勻變速直線運(yùn)動的位移和時(shí)間的關(guān)系.
教師啟發(fā)引導(dǎo),進(jìn)一步提出問題,但不進(jìn)行回答.
問題:對于勻變速直線運(yùn)動的位移與它的v-t圖象是不是也有類似的關(guān)系?
通過該問題培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)想的能力和探究問題、大膽猜想的能力.
學(xué)生針對問題思考,并閱讀“思考與討論”.
學(xué)生分組討論并說出各自見解.
結(jié)論:學(xué)生A的計(jì)算中,時(shí)間間隔越小,計(jì)算出的誤差就越小,越接近真實(shí)值.
點(diǎn)評:培養(yǎng)用微元法的思想分析問題的能力和敢于提出與別人不同見解發(fā)表自己看法的勇氣.
說明:這種分析方法是把過程先微分后再累加(積分)的定積分思想來解決問題的方法,在以后的學(xué)習(xí)中經(jīng)常用到.比如:一條直線可看作由一個(gè)個(gè)的點(diǎn)子組成,一條曲線可看作由一條條的小線段組成.
教師活動:(投影)提出問題:我們掌握了這種定積分分析問題的思想,下面同學(xué)們在坐標(biāo)紙上作初速度為v0的勻變速直線運(yùn)動的v-t圖象,分析一下圖線與t軸所夾的面積是不是也表示勻變速直線運(yùn)動在時(shí)間t內(nèi)的位移呢?
學(xué)生作出v-t圖象,自我思考解答,分組討論.
討論交流:1.把每一小段Δt內(nèi)的運(yùn)動看作勻速運(yùn)動,則各矩形面積等于各段勻速直線運(yùn)動的位移,從圖2-3-2看出,矩形面積之和小于勻變速直線運(yùn)動在該段時(shí)間內(nèi)的位移.
2.時(shí)間段Δt越小,各勻速直線運(yùn)動位移和與勻變速直線運(yùn)動位移之間的差值就越小.如圖2-3-3.
3.當(dāng)Δt→0時(shí),各矩形面積之和趨近于v-t圖象下面的面積.
4.如果把整個(gè)運(yùn)動過程劃分得非常非常細(xì),很多很小矩形的面積之和就能準(zhǔn)確代表物體的位移了,位移的大小等于如圖2-3-4所示的梯形的面積.
根據(jù)同學(xué)們的結(jié)論利用課本圖2.3-2(丁圖)能否推導(dǎo)出勻變速直線運(yùn)動的位移與時(shí)間的關(guān)系式?
點(diǎn)評:培養(yǎng)學(xué)生利用數(shù)學(xué)圖象和物理知識推導(dǎo)物理規(guī)律的能力.
做一做:位移與時(shí)間的關(guān)系也可以用圖象表示,這種圖象叫做位移—時(shí)間圖象,即x-t圖象.運(yùn)用初中數(shù)學(xué)中學(xué)到的一次函數(shù)和二次函數(shù)知識,你能畫出勻變速直線運(yùn)動x=v0t+ at2的x-t圖象嗎?(v0、a是常數(shù))
學(xué)生在坐標(biāo)紙上作x-t圖象.
點(diǎn)評:培養(yǎng)學(xué)生把數(shù)學(xué)知識應(yīng)用在物理中,體會物理與數(shù)學(xué)的密切關(guān)系,培養(yǎng)學(xué)生作關(guān)系式圖象的處理技巧.
(投影)進(jìn)一步提出問題:如果一位同學(xué)問:“我們研究的是直線運(yùn)動,為什么畫出來的x-t圖象不是直線?”你應(yīng)該怎樣向他解釋?
學(xué)生思考討論,回答問題:
位移圖象描述的是位移隨時(shí)間的變化規(guī)律,而直線運(yùn)動是實(shí)際運(yùn)動.
若一質(zhì)點(diǎn)初速度為v0=0,則以上兩式變式如何?
(1)1 s末、2 s末、3 s末……n s末的速度之比為多少?
(2)1 s內(nèi)、2 s內(nèi)、3 s內(nèi)……n s內(nèi)的位移之比為多少?
(3)第1 s內(nèi)、第2 s內(nèi)、第3 s內(nèi)……第n s內(nèi)的位移之比為多少?
(4)第1個(gè)x,第2個(gè)x,第3個(gè)x……第n個(gè)x相鄰相等位移的時(shí)間之比為多少?
點(diǎn)評:通過該問題加深對公式的理解,培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力.
(1)由v=at知,v∝t,故1 s末、2 s末、3 s末……n s末的速度之比為:1∶2∶3∶…∶n
(2)由x= at2知x∝t2,故1 s內(nèi)、2 s內(nèi)、3 s內(nèi)……n s內(nèi)的位移之比為:1∶4∶9∶…∶n2
(3)第1 s內(nèi)位移為x1= a,第2 s內(nèi)位移為x2= a(22-12),第3 s內(nèi)位移為x3= a(32-22),第n s內(nèi)位移為xn= a[n2-(n-1)2]
故第1 s內(nèi),第2 s內(nèi),第3 s內(nèi),…第n秒內(nèi)位移之比為:1∶3∶5∶…∶(2n-1).
(4)由x= at2知t∝ ,故x,2x,3x,…nx位移所用時(shí)間之比為:1∶ ∶ ∶…∶ .
第1個(gè)x,t1= ;第2個(gè)x,t2= ;第3個(gè)x,t3= ……第n個(gè)x,tn= ,故第1個(gè)x,第2個(gè)x,第3個(gè)x……第n個(gè)x相鄰相等位移的時(shí)間之比:1∶( -1)∶( - )∶…∶( - )
引導(dǎo)學(xué)生由v=v0+at,x=v0t+ at2兩個(gè)公式導(dǎo)出兩個(gè)重要推論,再利用兩個(gè)推論解決實(shí)際問題,加深對公式的理解,提高學(xué)生邏輯思維能力.
問題:在勻變速直線運(yùn)動中連續(xù)相等的時(shí)間(T)內(nèi)的位移之差是否是恒量?若不是,寫出之間的關(guān)系;若是,恒量是多少?
Δx=xn+1-xn=aT2(即aT2為恒量).
展示論點(diǎn):在勻變速直線運(yùn)動中,某段時(shí)間內(nèi)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度.
= = = +
所以 = .
例1一個(gè)做勻變速直線運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn),在連續(xù)相等的兩個(gè)時(shí)間間隔內(nèi),通過的位移分別是24 m和64 m,每一個(gè)時(shí)間間隔為4 s,求質(zhì)點(diǎn)的初速度和加速度.
解析:勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律可用多個(gè)公式描述,因而選擇不同的公式,所對應(yīng)的解法也不同.如:
解法一:基本公式法:畫出運(yùn)動過程示意圖,如圖2-3-6所示,因題目中只涉及位移與時(shí)間,故選擇位移公式:
將x1=24 m、x2=64 m,代入上式解得:
a=2.5 m/s2,vA=1 m/s.
= = = m/s=11 m/s.
a= = m/s2=2.5 m/s2.
解得 =1 m/s.
說明:1.運(yùn)動學(xué)問題的求解一般均有多種解法,進(jìn)行一題多解訓(xùn)練可以熟練地掌握運(yùn)動學(xué)規(guī)律,提高靈活運(yùn)用知識的能力.從多種解法的對比中進(jìn)一步明確解題的基本思路和方法,從而提高解題能力.
2.對一般的勻變速直線運(yùn)動問題,若出現(xiàn)相等的時(shí)間間隔問題,應(yīng)優(yōu)先考慮公式Δx=at2求解.
一個(gè)滑雪的人,從85 m長的山坡上勻變速滑下,初速度是1.8 m/s,末速度是5.0 m/s,他通過這段山坡需要多長時(shí)間?
分析:滑雪人的運(yùn)動可以看作是勻加速直線運(yùn)動,可以利用勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律來求.已知量為初速度v0、末速度vt和位移x,待求量是時(shí)間t,此題可以用不同的方法求解.
解法一:利用公式vt=v0+at和x=v0t+ at2求解,
由公式vt=v0+at得,at=vt-v0,代入x=v0t+ at2有,
t= = s=25 s.
關(guān)于剎車時(shí)的誤解問題:
例2 在平直公路上,一汽車的速度為15 m/s,從某時(shí)刻開始剎車,在阻力作用下,汽車以2 m/s2的加速度運(yùn)動,問剎車后10 s末車離開始剎車點(diǎn)多遠(yuǎn)?
分析:車做減速運(yùn)動,是否運(yùn)動了10 s,這是本題必須考慮的.
初速度v0=15 m/s,a=-2 m/s2,設(shè)剎車時(shí)間為t0,則0=v0+at.
得:t= = s=7.5 s,即車運(yùn)動7.5 s會停下,在后2.5 s內(nèi),車停止不動.
解析:設(shè)車實(shí)際運(yùn)動時(shí)間為t,vt=0,a=-2 m/s2,由v=v0+at知t=7.5 s.
故x=v0t+ at2=56.25 m.
如圖2-3-7所示,物體由高度相同、路徑不同的光滑斜面靜止下滑,物體通過兩條路徑的長度相等,通過C點(diǎn)前后速度大小不變,問物體沿哪一路徑先到達(dá)最低點(diǎn)?
合作交流:物體由A→B做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動,到B點(diǎn)時(shí)速度大小為v1;物體由A→C做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動,加速度比AB段的加速度大,由C→D做勻加速直線運(yùn)動,初速度大小等于AC段的末速度大小,加速度比AB段的加速度小,到D點(diǎn)時(shí)的速度大小也為v1(以后會學(xué)到),用計(jì)算的方法較為煩瑣,現(xiàn)畫出函數(shù)圖象進(jìn)行求解.
根據(jù)上述運(yùn)動過程,畫出物體運(yùn)動的v-t圖象如圖2-3-8所示,我們獲得一個(gè)新的信息,根據(jù)通過的位移相等知道兩條圖線與橫軸所圍“面積”相等,所以沿A→C→D路徑滑下用的時(shí)間較短,故先到達(dá)最低點(diǎn).
提示:用v-t圖象分析問題時(shí),要特別注意圖線的斜率、與t軸所夾面積的物理意義.(注意此例中縱軸表示的是速率)
“適者生存”是自然界中基本的法則之一,獵豹要生存必須獲得足夠的食物,獵豹的食物來源中,羚羊是不可缺少的.假設(shè)羚羊從靜止開始奔跑,經(jīng)50 m能加速到最大速度25 m/s,并能維持較長的時(shí)間;獵豹從靜止開始奔跑,經(jīng)60 m能加速到最大速度30 m/s,以后只能維持這個(gè)速度4.0 s.設(shè)獵豹在某次尋找食物時(shí),距離羚羊30 m時(shí)開始攻擊,羚羊則在獵豹開始攻擊后1.0 s才開始逃跑,假定羚羊和獵豹在加速階段分別做勻加速直線運(yùn)動,且均沿同一直線奔跑,問獵豹能否成功捕獲羚羊?(情景導(dǎo)入問題)
由以上二式可得:a1= =6.25 m/s2,同理可得出獵豹在加速過程中的加速度a2= = =7.5 m/s2.羚羊加速過程經(jīng)歷的時(shí)間t1= =4 s.獵豹加速過程經(jīng)歷的時(shí)間t2= =4 s.
如果獵豹能夠成功捕獲羚羊,則獵豹必須在減速前追到羚羊,在此過程中獵豹的位移為:x2=x2+v2t=(60+30×4) m=180 m,羚羊在獵豹減速前的位移為:x1=x1+v1t′=(50+25×3) m=125 m,因?yàn)閤2-x1=(180-125) m=55 m>30 m,所以獵豹能夠成功捕獲羚羊.
本節(jié)重點(diǎn)學(xué)習(xí)了對勻變速直線運(yùn)動的位移—時(shí)間公式x=v0t+ at2的推導(dǎo),并學(xué)習(xí)了運(yùn)用該公式解決實(shí)際問題.在利用公式求解時(shí),一定要注意公式的矢量性問題.一般情況下,以初速度方向?yàn)檎较?;?dāng)a與v0方向相同時(shí),a為正值,公式即反映了勻加速直線運(yùn)動的速度和位移隨時(shí)間的變化規(guī)律;當(dāng)a與v0方向相反時(shí),a為負(fù)值,公式反映了勻減速直線運(yùn)動的速度和位移隨時(shí)間的變化規(guī)律.代入公式求解時(shí),與正方向相同的代入正值,與正方向相反的物理量應(yīng)代入負(fù)值.
1.教材第40頁“問題與練習(xí)”第1、2題.
2.利用課余時(shí)間實(shí)際操作教材第40頁“做一做”的內(nèi)容.
這節(jié)課有兩個(gè)比較難處理的問題:一是如何從自由落體這個(gè)很特殊的運(yùn)動很好地過渡到一般的勻變速直線運(yùn)動,二是如何讓學(xué)生理解好剎車題型中題目給出的時(shí)間超出實(shí)際運(yùn)動時(shí)間的問題以及它的處理方法。對于第一個(gè)問題,按照教材編寫中體現(xiàn)出來的'由簡單到復(fù)雜,由淺入深的思路,可以由初速度為零而且加速度為重力加速度的自由落體運(yùn)動,先過渡到初速度為零,加速度為一般值的勻加速直線運(yùn)動,此處可以安排伽利略斜面實(shí)驗(yàn),最后過渡到最一般的勻變速直線運(yùn)動。對于第二個(gè)問題可以畫出運(yùn)動簡圖幫助理解,首先讓學(xué)生自己思考,可能有很多人得到錯誤的答案,然后在分析錯誤的基礎(chǔ)上引出解題的關(guān)鍵。
書本的例題比較簡單,在此應(yīng)該讓學(xué)生明確基本的解題思路與步驟。討論2對大多數(shù)學(xué)生來說比較難,很多學(xué)生計(jì)算得到的結(jié)果為負(fù)值。畫出運(yùn)動簡圖,分析運(yùn)動過程,分析負(fù)值的物理意義,讓學(xué)生明確該題的解題關(guān)鍵在于求出實(shí)際運(yùn)動時(shí)間。對于基礎(chǔ)較差的班,在例題與討論2之間如果能插入一題作過渡更好,插入的題目應(yīng)該滿足以下要求:已知初速度,勻減速運(yùn)動的加速度和實(shí)際運(yùn)動時(shí)間,求末速度和位移。但是這樣就占更多的時(shí)間,這部分時(shí)間應(yīng)該可在前面的環(huán)節(jié)中省下來。對于基礎(chǔ)較好的班不需要做此過渡,可以進(jìn)一步做一道變式訓(xùn)練,加深對公式的理解,提高學(xué)生靈活運(yùn)用規(guī)律的能力。
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