1.3 位置变化快慢的描述——速度
【教材分析】
速度是描述物体运动的重要物理量。本节课采用循序渐进的方式，首先通过一些实例和问题，引导学生建立速度的概念，然后进一步阐述平均速度和瞬时速度的区别与联系，再用打点计时器测量平均速度和瞬时速度，最后讲解了速度时间图像。速度的矢量性问题，是本节的重点，也是和初中物理中速度概念的重要区别。另外对瞬时速度的理解，体现了极限思想，对此要求引导学生逐步理解，不要急于求成。速度的定义是高中物理中第一次用到比值定义法，可以对比初中学过的类似的概念，力求学生能理解。教学过程中，要多举实例，通过具体的例子从大小和方向两方面来强化对速度概念的认识。本节课内容多而且包含实验，所以安排2课时。
【教学目标与核心素养】
[物理观念]能建立速度的概念，并将速度概念与生活中相关现象联系起来，能从物理学的视角观察身边的运动现象，并能正确辨析平均速度和瞬时速度。
[科学思维]体会速度的比值定义法，体会研究瞬时速度用的极限方法和抽象思维的方法。
[科学探究]理解平均速度与瞬时速度的区别和联系。
[科学态度与责任]通过介绍或学习各种工具的速度，去感知科学的价值和应用；培养学生学习思考探索的信念。
【教学重难点】
教学重点：速度、瞬时速度、平均速度三个概念，及三个概念之间的联系。
教学难点：对瞬时速度概念的形成与理解。
【课前准备】
多媒体课件。
【课时安排】
2课时
【教学过程】
第1课时
[新课导入]
教师活动：指导学生观察这几张图片，提出问题：物体的运动，快慢程度不一样，那如何来描述物体运动的快慢？
[新课讲授]
一、速度
教师活动：指导学生仔细阅读“速度”一部分，同时提出问题：
1．比较物体运动的快慢，可以有几种方法？结合你身边的实例加以说明。
2．什么是速度？为什么用速度就可以描述物体运动的快慢？
3．表示速度的单位有哪些？速度是矢量还是标量？
学生活动：学生就老师提出的问题去阅读教材，寻求答案，然后分小组交流讨论，初步建立起速度的概念。讨论完后找小组展示答案。
归纳总结：如何判断谁运动的快？
方法一：位移x相同，比较时间t的长短。
例如：刘翔在110米栏比赛中，所用的最短，跑的最快，所以夺得金牌。
方法二：时间t相同，比较位移x的大小。
例如：假如用相同的时间，刘翔跑的更远，说明刘翔跑得更快。
★速度
1．定义：位移与发生这段位移所用时间的比值。
2．定义式：
3．单位：国际单位制为m/s(或m s-1)，常用单位：km/h cm/s等。
4．速度是矢量：既有大小，又有方向，速度方向（物体的运动方向）和位移的方向相同。
5．物理意义：速度大小在数值上等于单位时间内物体位移的大小；速度的方向和该时间内位移的方向相同。
教师提问：一个运动员参加百米赛跑。我们用公式计算出的速度，能否精确描述运动员在任一时刻运动的快慢？
学生活动：思考老师提出的问题，讨论后得出结论：不能。因为，只能反应一段时间内物体运动的平均快慢。
教师提问：怎样精确描述物体在某段时间或某一时刻运动的快慢呢？
二、平均速度和瞬时速度
教师活动：指导学生仔细阅读“平均速度和瞬时速度”部分，同时提出问题：
1．平均速度的定义是什么？它是标量还是矢量？
2．瞬时速度的定义是什么？它是标量还是矢量？
3．速率的定义是什么？它是标量还是矢量？
4．我们日常生活中说到的“速度”是指什么？请举例说明。
学生活动：根据老师提出的问题去阅读教材，寻求答案；然后分小组交流讨论，选出代表发表见解。
教师活动：聆听学生回答，点评总结。
★平均速度
1．定义：物体运动的位移和发生这段位移所用时间的比值，叫作平均速度。
2．定义式：
3．物理意义：粗略地描述了物体在△t内运动的平均快慢程度。
4．矢量：方向与位移方向相同。
5．计算物体的平均速度时要注意哪些问题？
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，因此，平均速度必须指明是“哪段时间”或“哪段位移”的。
【问题1】：田径场跑道周长是400米，运动员跑完一圈回到原位置用时80秒，他的平均速度是多大？
解析：运动员跑完一圈的总位移是0，所以平均速度是0。
教师提问：平均速度只是粗略描述运动物体在某一段时间内（或某一段位移内）运动的平均快慢程度和方向，怎样精确描述物体在某一时刻运动的快慢和方向呢？
★瞬时速度
1．定义：物体在某一时刻（或某一位置）时的运动快慢。
2．理解：当△t非常非常小时，△x/△t可看作某时刻（某位置）的瞬时速度。
3．物理意义：精确描述某个时刻（或对应位置）的实际运动快慢程度。
4．矢量：方向即物体在这一时刻的运动方向。
教师讲解：瞬时速度的定义用到了极限思想，理论上分析，△t越小，平均速度就越接近瞬时速度，当△t非常非常小时，平均速度就等于该时刻的瞬时速度。以后大家学了数学上的微积分就更好理解了。
★速率
1．定义：瞬时速度的大小通常叫作速率。
2．标量：只有大小，没有方向。
教师活动：指导学生观察图1.3-1汽车的速度计，提出问题：从表盘上都能获得哪些信息？
学生活动：分组讨论，说出从表盘上获取的有用信息。
信息1：可以知道汽车某时刻的速率。指针指在相应数字的瞬间，就表示汽车在那一瞬间的速率是该值。
信息2：可以从表盘上直接读出汽车行驶里程。
信息3：汽车的速度计显示的是速率。称呼为“速率计”更准确。
教师提问：我们日常生活中说到的“速度”，可能指：“平均速度”、“瞬时速度”或“速率”。请举例说明。
学生活动：小组派代表举例说明。
【讨论与交流】
【问题2】甲、乙两位同学分别用不同的时间绕操场跑了一圈，都回到了出发点，他们的平均速度相同吗？怎样比较他们运动的快慢？
分析1：平均速度相同。平均速度等于位移与发生这段位移所用时间的比值，所以他们的平均速度都是零。
分析2：即使一位同学站在原地不跑，他的平均速度也是零，显然若我们用跑完操场一圈对应的平均速度无法准确比较他们运动的快慢，应该用另一个物理量来表示。
结论：他们两人通过的路程相同且都不为零，但所用时间不同，显然用时短的运动得快，也就是平均速率大。
★平均速率
定义：物体的平均速率等于物体通过的路程和所用时间的比值。
典例分析
【例1】一个运动员在某次百米赛跑中，50 m处的速度是6 m/s，16 s末到达终点时的速度为7.5 m/s，则整个赛跑过程中他的平均速度的大小是（ ）
A．6 m/s B．6.25 m/s
C．6.75 m/s D．7.5 m/s
【答案】B
【例2】一物体沿直线运动，先以3 m/s的速度运动60 m，又以2 m/s的速度继续向前运动60 m，物体在整个运动过程中平均速度是多少？
【解析】根据平均速度的定义公式 INCLUDEPICTURE "http:///peixun/xkpx/gzwl/1s/wzkl/200807/W020080703331849562937.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http:///peixun/xkpx/gzwl/1s/wzkl/200807/W020080703331849562937.gif" \* MERGEFORMATINET ，s为总位移，t为总时间，等于前一段位移与后一段位移所用时间之和。
全过程的位移s=120 m
物体在前一段位移用的时间为 INCLUDEPICTURE "http:///peixun/xkpx/gzwl/1s/wzkl/200807/W020080703331850029095.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http:///peixun/xkpx/gzwl/1s/wzkl/200807/W020080703331850029095.gif" \* MERGEFORMATINET
后段位移用的时间为 INCLUDEPICTURE "http:///peixun/xkpx/gzwl/1s/wzkl/200807/W020080703331850020484.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http:///peixun/xkpx/gzwl/1s/wzkl/200807/W020080703331850020484.gif" \* MERGEFORMATINET
整个过程的用的总时间为t=t1+t2=50 s
整个过程的平均速度m/s=2.4 m/s
【例3】一个做直线运动的物体，在5 s内速度从v1=12 m/s增加到v2=28 m/s，通过的位移s=80 m，则该物体在这5 s内的平均速度大小为（ ）
A．28 m/s B．12 m/s C．16 m/s D．20 m/s
【解析】在这5 s内，物体通过的位移x=80 m，则物体在这5 s内的平均速度= 16 m/s，故C项正确。
【答案】C
板书设计
意义：表示物体运动的快慢
速率：瞬时速度的大小，标量
瞬时速度：物体经过某位置(或在某时刻)的速度，矢量
平均速率：路程与发生这段路程所用时间的比值，标量
平均速度：位移与发生这段位移所用时间的比值，矢量
速度与速率
矢量性：方向与位移△x的方向相同
公式：v=△x/ △t
定义：位移与发生这段位移所用时间的比值
速度
运动快慢的描述——速度
图1.3-11.3 位置变化快慢的描述——速度
【教材分析】
第一课时对速度概念的理解和运用，本课时打点计时器是高中物理实验中经常使用的仪器，通过本节课的学习，让学生能正确熟练的使用打点计时器，会根据纸带上的点迹计算运动物体的平均速度，理解用平均速度表示瞬时速度所采用的思想方法。能运用实验数据描点、拟合曲线画出v-t图像，并会根据图像分析物体速度的变化特点。
【教学目标与核心素养】
[物理观念]能通过纸带处理，正确辨析平均速度和瞬时速度。
[科学思维]理解v-t图像的含义，能用实验数据描绘v-t图像，能根据图像分析速度随时间的变化特点。
[科学探究]会使用打点计时器测量物体的平均速度和瞬时速度，并知道二者的区别和联系。
[科学态度与责任]通过介绍或学习各种工具的速度，去感知科学的价值和应用；培养学生如实记录实验数据，实事求是的科学态度；培养学生对科学的兴趣，坚定他们学习思考探索的信念。
【教学重难点】
教学重点：打点计时器的使用以及通过纸带上的点迹计算平均速度和瞬时速度；描绘v-t图像并能根据图像分析速度随时间的变化。
教学难点：通过纸带上的点迹计算瞬时速度概念。
【课前准备】
多媒体课件、打点计时器、电源、纸带、导线若干、坐标纸等。
【课时安排】
2课时
【教学过程】
第2课时
[新课导入]
教师提问：我们之前学习了打点计时器的使用，请同学们思考一下，回答下面问题：
1．打点计时器的种类有哪些？它们的工作原理是什么？
2．打点间隔为多少时间？
3．使用打点计时器有哪些注意事项？
学生活动：思考，翻阅课本，回答问题。
[新课讲授]
一、实验探究：测量纸带的平均速度和瞬时速度
教师活动：现在每个小组都有一个电火花打点计时器和配套的器材，大家分组讨论一下如何通过这些仪器测量物体的运动速度？设计出实验方案。
学生活动：分组讨论，设计实验方案，派代表展示方案。
归纳总结：速度是一个间接测量量，要根据速度的定义，先测量位移和时间，再间接计算出对应时间内的速度。我们可以用物体连接纸带，通过打点计时器在纸带上打的点迹计算出物体的速度。
[分组实验]教师指导学生阅读教材“实验”部分，分组进行实验，用手拉动纸带运动，或者用其他物体拉动纸带运动，打出对应的点迹。注意打点计时器的正确使用方法。
教师指导学生动手练习使用打点计时器，并引导学生思考：纸带上的点与小车的位移和时间是如何对应的，怎样将纸带上的点变成相关的数据？
根据学生的实际操作，让学生体会操作过程的乐趣。指导学生解决实验过程中遇到的问题。
[数据处理]
1．测量纸带的平均速度
教师活动：展示某同学打出的一条点迹清晰的纸带，并提出问题：怎样根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度？
学生活动：讨论回答。
教师总结：测出两个点的距离△x，数出两个点之间有n段时间间隔，则，用公式即可计算出平均速度。
（1）要测的量：某段时间△t，以及对应的位移△x。
（2）关系式：
教师活动：指导学生对打出的纸带进行测量、计算，把计算结果填入课本21页表1中。
学生活动：测量，计算，填表。
2．测量纸带的瞬时速度
教师活动：通过以上知识的学习，尤其是通过纸带的数据处理，我们可以计算出纸带上某段时间的平均速度。但是，如何来计算某点的瞬时速度呢？
学生活动：思考并交流讨论，得出在极短时间内，平均速度可近似代替某点的瞬时速度。
教师总结：如果不要求很精确，可以用某段时间内的平均速度来粗略地代表这段时间内某点的瞬时速度。所取的时间间隔越短计算出的瞬时速度就越精确。
教师提问：根据下面这条纸带，如何求E点的瞬时速度？有三个同学，分别选取了不同的范围来计算，哪个同学计算出的结果更准确？
学生活动：思考讨论，回答问题。
教师总结：可以大致表示E点的瞬时速度，理论上，D、F两点离E点越近，算出的平均速度越接近E点的瞬时速度。然而D、E两点间距离过小，则测量误差增大。所以，应该根据实际情况选取这两个点。第二个同学的方法更合理准确。
原则：准确性、可行性。
教师活动：指导学生对打出的纸带进行测量、计算，把计算结果填入课本22页表2中。
学生活动：测量，计算，填表。
【例1】如图所示，打点计时器所用电源的频率为50 Hz，某次实验中得到的一条纸带，及毫米刻度尺测量情况如图所示，纸带在A、C间的平均速度_________m/s，在A、D间的平均速度为_________m/s，B点的瞬时速度更接近于___________m/s。
【答案】0.35 m/s 0.42 m/s 0.35 m/s
二、速度—时间图像
教师提问：图象是研究物理问题中经常使用的一种数据处理方式，图象法处理数据直观、方便，我们上一节也学习了位移—时间图像，请同学们回忆一下，位移—时间图像是如何描绘的？从图像中我们能看到什么有用信息？
学生活动：思考、翻阅课本，回答问题。
教师活动：图象是表示变化规律的好方法。我们也可以用图象来描述物体的速度变化情况，提出问题：那么怎样用图象来表示物体运动的速度呢？指导学生自主阅读课文并思考。
学生活动：通过自主学习归纳出用图象法表示物体运动的速度的方法：
在方格纸上建立直角坐标系，用纵坐标表示物体运动的速度，用横坐标表示时间，根据表中各时刻的速度。将（v，t）作为一组坐标在图象中描点，将点连线后得出的图象称为速度—时间图象（v－t图象），简称速度图象。
作图训练：要求学生根据课本22页表2中的数据作出速度—时间图象。
学生具体操作，纵坐标表示速度，横坐标表示时间，建立平面直角坐标系。教师指导学生画v－t图象时，横轴、纵轴单位长度的确定要根据实验数据的最大值、最小值合理选取，使描绘的v－t图象能充满坐标平面的大部分空间。
教师引导：虽然可以根据所描的点的走向大致看出纸带速度的变化规律，但为了更加清晰地反映规律，可把这些点用折线连起来。
学生在老师的提示和帮助下连线。
教师引导：速度的变化应该是比较平滑的，所以，如果是用一条平滑的曲线来“拟合”这些点，曲线反映的规律应该与实际情况更接近。
教师指导学生换用红色笔用平滑的线将刚才描过的点再重新描画一遍。
活动点评：通过指导学生亲手作出v－t图象可以使学生充分体会图象法处理数据的直观性、方便性。要求学生能根据作出的图象分析手拉纸带的速度变化情况。物理图象是一种特殊、形象的语言和工具，是研究物理问题的重要手段，在本环节让学生切实感受这一点。
【例2】如图，是甲乙两物体沿某一直线运动的v－t图象，请从以下三个方面分别说明它们的速度是怎么变化的。
（1）物体是从静止开始运动还是具有一定的初速度？
（2）速度的大小变化吗？是加速还是减速？
（3）运动的方向是否发生变化？
【解析】由图可知：
（1）甲物体具有一定的初速度，乙物体是从静止开始运动的；
（2）甲物体的速度大小没有变化，乙物体先加速，再匀速，再减速；
（3）两物体的运动方向都没有变化。
【例3】图示为甲、乙两质点的v-t图象，对于甲、乙两质点的运动，下列说法中正确的是( )
A．质点甲向所选定的正方向运动，质点乙与甲的运动方向相反
B．质点甲、乙的速度相同
C．在相同的时间内，质点甲、乙的位移相同
D．质点甲、乙之间的距离一定越来越大
【解析】速度、位移都是矢量，其正负表示与选取正方向的关系，两个矢量相同，必须大小和方向都相同；由于题目没有指明甲、乙两质点的初始位置，所以只根据甲、乙的速度反向，不能判断其具体的运动关系，它们有可能相向运动，也可能是反向运动。
【答案】A
板书设计
实验器材：打点计时器、纸带、电源等
理解图像：可看出速度随时间的变化规律
作图步骤：建系，描点，拟合曲线
常用作图法：描点作图法
图像特点：形象、直观
速度—时间图像
注意事项：准确性、可行性
实验步骤：略
原理公式：v=△x/△t
测量纸带的平均速度和瞬时速度
运动快慢的描述——速度
