《第二章 匀变速直线运动-本章内容与价值及学习情况分析分析》（word版教案）

《第二章 本章内容与价值及学习情况分析分析》
　　第二章 匀变速直线运动的研究
　　1.本章内容与价值分析
　　匀变速直线运动就是一种最简单的变速运动。本章在运动的描述基础上研究小车速度随时间变化的规律，进而研究匀变速直线运动的速度与时间的关系和匀变速直线运动的位移与时间的关系，并以研究自由落体运动为例，培养学生的科学思维和研究方法。
　　研究一种运动的特点和规律，要从某个具体事例开始，在真实的情境中分析运动情况，发现运动规律。作为最简单的变速运动，匀变速直线运动的学习为认识其他更复杂的运动创造了条件。本章第一节“实验：研究小车速度随时间变化的规律”突出物理学科特征，通过用打点计时器测物体速度的实验来研究匀变速直线运动的特点。在实验探究的教学中，突出了科学探究的基本要素，即“问题、证据、解释、交流”。要研究小车在重物牵引下速度随时间变化的规律这个问题，需要获取证据，并对证据进行分析、讨论，进而尝试去发现规律，那么如何获取证据？怎样设计实验？需要测量哪些物理量？选用什么器材？在学生的设计实验和讨论交流的过程中，培养学生科学探究的思路和方法。
　　教材的实验课题是：“研究小车速度随时间变化的规律”，而不是“研究匀变速直线运动”体现了课标科学探究核心素养的培养。学生设计实验，动手操作实验，利用打点计时器记录小车的运动时间和空间信息，利用第一章所学的方法测各计数点的瞬时速度，把小车在几个时刻的瞬时速度填入预先设计的表格中，再进行数据分析。在分析数据时提出问题：“你能否从表格中的数据看出小车速度随时间变化的定量关系？如果不能，怎么办？”学生观察数据，分析速度变化的大致趋势，在初步确定速度随时间变化的定性关系后，学会利用图像分析速度与时间的定量关系。实验中要求“增减所挂的槽码，更换纸带，再做两次实验”，“如果有些点难以落在曲线上，应该使它们大致均匀分布在曲线的两侧，这样曲线就更符合实际规律”均体现了注重获取知识的过程，培养学生的科学思维和研究方法的学科理念。
　　在“匀变速直线运动的速度与时间关系”的研究中，学生利用实验中获取的数据，画出小车运动的v-t 图像，学生发现该图像是一条倾斜的直线，小车的速度是变化的，无论Δt取在什么区间，速度的变化量Δv与时间的的变化量Δt之比都是一样的，结合加速度的概念，可以发现小车的运动是加速度不变的运动，建构“匀变速直线运动”的运动模型，进而探究其速度与时间的关系和位移与速度的关系。
　　学生经历了从实验研究中获取数据→作v-t图像→分析v-t图像→寻找规律。在看似简单的问题上引导学生经历完整的研究过程，这对刚刚跨入高中大门的学生养成科学的思维习惯和良好的研究态度具有重要的意义。
　　在研究匀变速直线运动速度与时间和位移与时间的关系时，教材突出速度、加速度、位移等物理量的矢量性，引导学生学会在直线运动中如何用数学语言表达物理概念，如“以汽车运动方向为正方向建立一维坐标系，与正方向一致的量取正号，相反的取负号”，在“匀变速直线运动位移公式的推导”中进一步渗透极限的思想，在 v-t 图像中读取“点、线、斜、截、面”等数学概念所表达的物理含义。教材关注了信息技术在物理教学中的应用，如利用计算机绘制v-t 图像，用手机测自由落体加速度，既有经典的打点计时器的使用，描点作图的分析方法，也有当今信息技术与课堂教学的整合。教材关注了我们国家的发展成就，既有列车驶过石拱桥的减速情境，也有嫦娥三号成功着陆月球；既有动车进站时的减速，也有舰载机在航母上的起飞与降落。
　　教学应突出体现物理学的研究方法，应以实验为基础，以问题为导向，在问题解决过程中获取知识，学习方法，培养能力。在教学中应关注概念的建构过程，关注学生科学思维的培养，关注科学方法的渗透。
　　在“自由落体运动”教学中，关注了司空见惯的物体下落的运动，人类对这种运动的认识经历了差不多两千年的时间，从亚里士多德的“重的物体下落得快”的论断，到伽利略的逻辑推理、实验验证、得出结论。伽利略的推理与实验相结合的方法为物理学的研究奠定了基础。
　　了解匀变速直线运动的规律，才能进一步学习平抛运动的规律。认识匀变速直线运动加速度的特点，才有利于进一步认识匀速圆周运动和简谐运动加速度的特点。掌握了匀变速直线运动位移和速度的关系，通过牛顿第二定律，就能进一步推导出动能定理的关系式。学会了研究匀变速直线运动思路和方法，能更好地提升科学探究的核心素养，以适应未来社会发展的需要。本章的知识在整个力学中具有基础性的地位。
　　2.本章学习情况分析
　　研究物体的运动需要知道物体位置的变化情况，而物体位置的变化有快慢之分，即物体的运动有快慢的区别，也即物体的速度有所不同或可以变化，这些问题是学生在初中学习机械运动时已有的知识基础。学生在初中学习了位置、时间、路程和速度的概念，知道要描述物体的运动需要选择参照物。第一章是在初中的基础上学习了参考系和坐标系，学习了时间、位移、速度和加速度的概念，为本章研究匀变速直线运动的位置和位移奠定了基础，并进而为进一步研究匀变速直线运动中这些物理量之间的关系做好知识准备。
　　在第一章“测量纸带的平均速度和瞬时速度”实验中，学生练习使用打点计时器，在利用极限思想建构瞬时速度概念的过程中，理解平均速度和瞬时速度，学会利用打点计时器在纸带上记录物体（或小车）运动的时间和空间信息，学会了测量运动物体在某一时刻或某一位置的瞬时速度，为本章研究匀变速直线运动提供了方法准备。
　　学生在第一章经历了质点模型的建构过程，体会了建构物理模型的思维方法。学生有了初步的模型及模型建构的意识，知道研究物理问题需要建构物理模型，知道建构模型的过程需要突出主要因素，忽略次要因素，为本章建构匀变速直线运动的模型提供了能力准备。
　　学生学习本章知识时可能会遇到以下困难：
　　(1)关于矢量性
　　位移、速度和加速度都是矢量，在第一章学习这些概念时强调其矢量性，明确这些概念是既有大小又有方向的物理量。在一维情况下对速度、速度的变化和加速度有了初步的认识，但在研究匀变速直线运动时，涉及这些矢量并建立它们之间的定量关系，学生要学会建立坐标系，学会在建立的坐标系中用带正负号的数值和单位表示有大小和方向的物理量，在实际应用中理解所求物理量的矢量性。教学中要关注学生的认知发展过程，引导学生深化对矢量概念的理解，逐步学会在坐标系中正确表达并理解其矢量性，同时为学习力、其他矢量，以及矢量运算法则打好基础。
　　(2)关于数学表达
　　匀变速直线运动的速度与时间和位移与时间的关系，可以用文字和公式表达，也可以用图表达。在研究匀变速直线运动的过程中应引导学生学会用一维坐标系表示位移、速度和加速度等矢量，也要学会在平面直角坐标系中表示速度随时间的变化情况，学会描点作图，学会从图像中寻找并尝试发现规律，学会分析误差及减小误差的措施。引导学生学会用数学语言表达物理问题，理解并应用数学工具分析、处理物理问题
　　(3)关于“微元求和”思想
　　“一个变化过程在极短区间内可以认为是不变的”，这是物理学中处理变化问题常用的一种方法。将一个个小区间不变的量求和，就可以解决整个过程变化的问题，这就是微元求和（微积分）。在第一章建构瞬时速度概念时已经用到这种思想，本章在“探究小车速度随时间变化关系”实验时再次用到。在利用速度-时间图像推导匀变速直线运动位移与时间关系时又一次用到“微元求和”的思想，而“极限”或“微元求和”的思想在后续的学习和生活中应用非常广泛，是高一学生较难理解而又非常重要的思想方法，不可能通过灌输达成，需要经常、适时地渗透，让学生一次次地感受，不断加深理解。
　　(4)关于模型建构
　　学生在学习本章内容时会遇到如何解题的困难。高一学生学习物理时通常是记住了公式，记住了结论，遇到具体题目无处入手，即出现学生经常说的“一听就会，一做就错”的情况。物理教学要引导学生从关注解题到关注解决问题的转变，在真实的情境中发现物理问题，并建构物理模型，而建模的过程需要教师的引导。引导学生切实经历模型建构的过程，能把真实的物理过程与匀变速直线运动模型建立联系。在真实的情境中抽象出物理概念，如初速度、末速度和加速度，时间和时刻，位置和位移等。可以通过画运动过程图的方法，分析运动过程，建构运动模型，再应用运动规律解决物理问题。