《第一章 运动的描述》学习活动设计三:瞬时速度的定义和测量教学设计

  课前准备:

  1.回忆初中知识,进一步探究速度是什么?应如何求解?

  2.阅读教材,分析平均速度和瞬时速度有何区别和联系?

  3.你能设计实验来测量瞬时速度的大小吗?

  课堂教学:

  【任务情景】

  学校运动会上,小明和小硕一起参加了百米赛跑,小明用时12.7秒,小硕用时13.1秒。

  思考1:如何比较谁跑的快呢?这里的“快”是指哪个物理量大呢?

  思考2:小明请小华帮他记录相关的数据,以便能粗略计算出他经过终点时刻的速度。你认为小华该记录哪些数据呢?数据如何测量?

  【学习任务一】通过实验,探究如何测量某一位置的速度大小。

  学生活动:讨论交流。

  预测:可以测量一段较短位移和通过这段位移所需的时间,例如撞线前1米对应的时间间隔或撞线后0.1s所走过的位移。用刻度尺、卷尺等;秒表、手机、计时器等仪器进行测量。

  教师:提供如图所示的装置,斜面上有刻度尺,计时仪器是秒表。


  学生活动:分组实验测量某一位置的速度大小。

  实验模型:选定固定位置,设置计时起点和终点,记录数据,并粗略计算速度大小。

  预测:不同学生测量出速度大小差距较大。

  实验结论:利用秒表测量较短时间误差较大。

  改进:利用更精确的仪器——光电计时器记录一段较短时间。

  【学习任务二】通过实验,测量物体到达某一位置的速度大小

  教师:介绍实验器材和原理。

  学生活动:分组实验用光电门测物体从斜面加速下滑到达某点的速度。

  注意:由于每组的光电门的位置不同,斜面的倾角也不同,所以各组的结果也会不同。

  示例数据如下:


  结论:在测量精度允许的范围内,遮光板越窄,挡光时间越短,测量得到的平均速度越接近一个定值。

  问题:为什么时间越短平均速度差异越小?

  学生活动:讨论交流。

  教师引导学生进行理论推导:通常情况下,物体的速度不会发生突变,当△t较小时,运动快慢的差异就不会太大,△t 越小,运动快慢的差异就越小,当△t非常非常小,接近于零时,运动快慢的差异可以忽略不计。那么△x/△t 就是某时刻(或某位置)的瞬时速度。

  问题:有没有什么方式可以测定物体运动过程中任意时刻的瞬时速度呢?

  提示:可以利用位移传感器和计算机测速,学生自主阅读P27拓展学习。

  【学习任务三】探究瞬时速度方向

  教师:创设问题情景

  任务情景:有两辆车同时从同一地点出发,速度大小相同,他们一定能到达同一位置吗?

  学生活动:思考交流并进一步研讨如何确定瞬时速度方向?

  提示问题:

  请画出AB、AC、AD、AE段物体的位移方向?哪一个更接近A点的瞬时速度方向呢?瞬时速度方向是不是位移的方向?


  理论推导:当时间足够短时,曲线上两个极近的点就近似成为直线了,即瞬时速度方向就是曲线的切线方向,也就是物体实际运动的方向。

  说明:对于单向直线运动,瞬时速度和平均速度的方向是一样的,都是物体运动的方向。

  【学习小结】

  教师:组织学生用上述探究过程的经验和结论,回答任务情境中问题。

  参考答案:采用高清摄像装置,利用视频慢动作等方式采集他撞线前的较短位移和对应时间,进而得到他经过终点时刻的速度。

  【学习评价自测】

  1.下面的几个速度中不是表示瞬时速度的是(  )

  A.子弹射出枪口的速度是800m/s,以790m/s的速度击中目标

  B.汽车从甲站行驶到乙站过程中的速度是40km/h

  C.汽车通过站牌时的速度是72km/h

  答案: B

  D.小球第3s末的速度是6m/s

  2.下列关于速度的说法中,正确的是(  )

  A.速度是描述物体位置变化的物理量

  B.速度是描述物体位置变化大小的物理量

  C.速度是描述物体位置变化快慢的物理量

  D.速度是描述物体运动路程和时间关系的物理量

  答案:C

  3.体育教练分析运动员跑100米的全程录像带时,测得运动员在前7s跑了61m,7s末到7.1s末跑了0.92m,跑到终点共用了10.8 s,则( )

  A.全程的平均速度是9.26m/s   B.前7s内的平均速度是8.7m/s

  C.第7s末的瞬时速度约为9.2m/s  D.无法知道7s末的瞬时速度的准确值

  答案:ABC


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