《志鸿优秀教案》高中物理人教版必修一名师示范教学设计：第一章第五节 速度变化快慢的描述——加速度

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示范教案
5　速度变化快慢的描述——加速度
设计者：吕争光，安徽濉溪二中，本教学设计获全国青年物理教师大赛三等奖
教材分析
加速度是力学中的重要概念之一，也是高中一 ( http: / / www.21cnjy.com )年级物理课中比较难懂又比较抽象的概念，加速度的重要性还体现在它是运动学与动力学的桥梁．对加速度的概念及物理意义的理解，是本节课的重点．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”的理解以及加速度方向的理解有一定的困难，这是本节的难点．加速度用比值法来定义，用比值定义物理量是物理学中经常采用的方法，需要学生逐步理解，要让同学们体会比值定义的优越性．正确理解变化率的概念，对此类方法定义的物理量的理解具有积极的意义．为了减少学习中的困难，这一节比较合理地安排在学生已知匀变速直线运动之后，这给学习加速度这一概念，降低了台阶．本节从匀变速直线运动引入加速度的概念，并且只重点讨论匀变速直线运动的加速度．对学习基础较好的学生，可依据不同情况对一般变速运动的加速度概念进行不同程度的介绍，以便开阔学生的思路．加速度的方向是学生较难理解和掌握的，本节只是开始，随着以后学习的逐步深入，学生的理解会逐渐加深，对此，应注意循序渐进．速度和加速度是力学中的两个重要的又相互关联的概念，教学中要引导学生对速度、加速度及速度改变量进行对比、分析，以期对他们有更深入的理解．
学情分析
对刚进入高中的学生，仍处于从形象思维向抽象思维的过渡时期；而这一节是概念课，但加速度的概念不像质点等的概念那样，质点概念虽然抽象，但由于学生有直觉思维基础，还是比较容易理解的，而加速度这个概念具有“动态性”，对学生来说更加抽象，更加难以理解．加速度是力学中的重要概念之一，也是高中一年级物理课中比较难懂的概念，所以基于学生情况必须改变教学策略，以便更好地落实知识和能力的培养．正因为学生处于形象思维向抽象思维的过渡时期，所以要让学生首先感受．让他们感受的第一层是运动物体有速度，第二层是运动物体速度有变化，第三层是运动物体的速度变化有快有慢，从而自然地引入“加速度”这个物理量来描述运动物体的速度变化快慢程度．用这种循序渐进的方式来逐步培养学生们的良好学习习惯，同时还可以联系同学们的学习实际，对同学们进行情感态度和价值观的教育．　　21*cnjy*com
三维目标
1．知识与技能
（1）理解加速度的概念，理解加速度是表示速度变化快慢的物理量，知道它的定义、公式、符号和单位．
（2）知道加速度是矢量，知道加速度方向的确定方法，会区分加速度与速度、速度的变化以及速度的变化率．
（3）知道什么是匀变速直线运动，知道匀变速直线运动是加速度大小和方向都不变的运动．会用匀变速直线运动的图象求加速度．【出处：21教育名师】
2．过程与方法
通过对速度、速度的变化量、速度的变化率三者的分析比较，提高学生的比较、分析问题以及解决问题的能力，培养学生逻辑思维能力．【版权所有：21教育】
3．情感、态度与价值观
（1）培养学生善于区分事物的能力及学生的抽象思维能力．
（2）增强学生的交通安全意识．
教法选择[来源:21世纪教育网]
高中物理新课程标准在课程目标上的基本理念之一就是：“高中物理课程应促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考．通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神．”本节课采用探究式教学法不失为一种好的方法：学生主观感受——猜想与假设——提供物理模型——设置障碍实验——实验测量——分析数据——得出加速度的概念的探究之路，在实际中收到了很好的效果．2·1·c·n·j·y
实验器材
气垫导轨、光电门（四只）、数字计时器（两只）、斜槽轨道、小球、多媒体课件
导入新课
为充分调动学生的积极性和使学生的思维发展能 ( http: / / www.21cnjy.com )循序渐进，不感觉知识出现的突然性和为什么要有加速度概念等一系列问题，特设计了一组直观感受实验，让学生在直观感受与思维碰撞中学知识．引课方式如下：【来源：21·世纪·教育·网】
多媒体动画列举物体的运动：
（1）火车进站与“神舟六号”发射
（2）公共汽车启动与刹车
教师演示：①氢气球松手后上升；②石子竖直方 ( http: / / www.21cnjy.com )向上的减速上升与加速下降．请学生观察、分析得出：物体有速度、速度在变化、速度改变有快有慢．给学生设置障碍与悬念，激活其思维，促使其猜想与假设．www-2-1-cnjy-com
　　
图a 图b
学生分析比较：
对图a，请同学们看这个小球在轨道上的速度在慢慢增大．（强调慢慢）
对图b，说明这个小球在轨道上速度增大较快．（强调较快）
然后，请同学们比较这两个小 ( http: / / www.21cnjy.com )球的速度变化快慢的情况怎样．由于同学们无法用肉眼看出，这样便给学生设置了障碍和悬念，为学生的猜想与假设，以及继续自主探究奠定了基础．速度改变的快慢不仅和速度改变的大小有关，还和速度改变所用的时间有关，为了描述速度改变的快慢，引进一个新的物理量——加速度．如此便顺利导入新课．
推进新课
这一节为概念课，一般对概念课的教学方法 ( http: / / www.21cnjy.com )主要有两种，一种是直接给出概念或定义，然后对此进行巩固练习，加深理解；另一种是提供一大堆数据或物理现象，归纳出共同点，然后给出概念，再巩固练习，加深理解．对加速度概念的得出应采用第二种方法为好．因为它是从易到难，从现象到本质，从形象到抽象，符合学生的思维发展规律，容易为学生所接受，具有探究性的特点；让学生用探究的方法，走一遍加速度概念的建立过程，应当是学生掌握加速度概念的最有效途径．而且，这也是创新精神的反映，所以本节课围绕“探究性”而展开．21世纪教育网版权所有
要得出加速度概念遇到的第一个问题是 ( http: / / www.21cnjy.com )，分析所需的一系列速度值从何而来？绝大多数教师只是提供一堆现有数据或自己造一堆数据，然后用列表的形式展示给学生，再由教师归纳得出结论．【来源：21cnj*y.co*m】
这种方法虽然有效，但它缺乏科学性和 ( http: / / www.21cnjy.com )可靠性，学生会误以为教师在“造假”．为避免这种不必要的质疑，为了让学生接触科学的真实，应让学生实际测量，现场采集数据．这样，既体现物理是以实验为基础的学科，体现了真实性、可靠性，又能激发学生的学习热情．所以必须要设计一个实验，在较短的时间内准确地测出一组速度值，然后学生才可以清晰地比较这两个小球的速度变化的快慢情况．21教育名师原创作品
测速度的实验本身就是一个很好的探究资源，所以，上课时如果让学生思考讨论，学生会提供很多种方案．比如把汽车上的速度仪表拆下来装到研究物体上．比如利用交通警察查违章超速车辆的测速仪等等．但学生的这些方案可操作性不够，那如何测出物体运动的速度呢？由于实验室没有现成的测速度的仪器．教材在第二章第一节才正式使用打点计时器探究小车速度随时间变化的规律，因此这里不宜使用打点计时器，所以，可行的方案：利用气垫导轨和光电计时器，比较两个小球的速度变化的快慢．教师向学生说明用挡光片的宽度除以时间即为物体在挡光处的瞬时速度，记下相邻两个光电门所记录的时间，可以算出时间段，这样既测出了某个位置的速度，又测出了两个速度变化所用的时间，就可以比较速度变化的快慢了．再配以事先做好的课件，将测得的时间输入课件，很快可得速度值．然后用多媒体Flash动画向学生解释其原理，清楚又易懂．21*cnjy*com
学生活动设计：
（1）在老师已介绍实验装置和实验原理的基础上 ( http: / / www.21cnjy.com )，学生亲自动手完成实验操作并记录数据．实验中，一只小球在轨道上的速度在慢慢增大，另一只小球在轨道上的速度增大得较快．
（2）分析实验数据，定量比 ( http: / / www.21cnjy.com )较单位时间内速度的改变量．对于比较速度变化的快慢该以什么为依据有很大的帮助，可以让学生分组讨论，组长发表意见．教师引导，归纳得出加速度概念．
师生互动总结：
（1）定义：速度的改变跟发生这一改变所用时间的比值．（文字语言描述加速度）
（2）公式：a＝（vt－v0）/t或a＝Δv/t（数据语言描述加速度）
（3）单位：m·s－2（读作：米每二次方秒）
（4）物理意义：表示速度改变快慢的物理量
引入加速度的概念后，通过 ( http: / / www.21cnjy.com )有趣的实例体会加速度的实际应用．通过具体数据表格说明匀变速直线运动是加速度不变的运动．由于速度和加速度的重要性及其关联性，应引导学生对速度、速度的变化量及加速度进行比较、分析，以期对它们有更深入的理解．
可以用课堂讨论的方式向同学们强调两个问题：第一，速度、速度变化的大小和加速度的物理意义是完全不同的，速度变化大的加速度不一定大，还要看这一变化所用的时间；第二，加速度的大小与速度的大小没有任何直接关系，例如高速公路上高速匀速行驶的汽车，它的加速度为零．
到这里，本节课的教学思路已基本形成，即 ( http: / / www.21cnjy.com )学生主观感受（第一层是运动物体有速度，第二层是运动物体速度有变化，第三层是运动物体速度变化有快有慢）——猜想与假设——提供物理模型——设置障碍实验——实验测量——收集与分析数据——得出加速度概念．这条探究之路已经很好地落实了本节课的重点，也即加速度概念及理解．
本节课的难点也即速度方向的理解如何来突破，下面的做法可帮助我们解决对加速度的深入理解．
加速度是矢量还是标量？若是矢量其方向与什么相同？
学生讨论活动教师提问并总结：
（1）因速度是矢量，速度变化也是矢量， ( http: / / www.21cnjy.com )所以加速度是矢量，且方向与速度变化量方向相同，在直线运动中，若加速度方向和速度同向，则物体一定加速，反之一定减速．通过具体的例子让学生体会到加速度有方向，说明加速度方向的确定和加速度正负的物理意义．如：A物体在2 s的时间内速度由3 m/s变为12 m/s，则它的加速度是多大？B物体在2 s的时间内速度由10 m/s变为4 m/s，它的加速度多大？再先让学生感受，让学生分组讨论，让他们自主认识到加速度只有大小还不能说明具体问题，要说明具体问题一定需要另一个因素，这一因素即为加速度的方向，使学生有恍然大悟、豁然开朗之感．
（2）在匀变速直线运动中，因为速度均匀变化，故比值Δv/Δt为定值，即加速度的大小、方向保持不变．在速度—时间图象中，图象的斜率k＝Δv/Δt＝a，故斜率越大，速度变化越快，加速度越大，反之则相反．通过具体数据表格说明匀变速直线运动是加速度不变的运动，通过下面例题让学生分清加速度与速度、速度的变化以及速度的变化率的关系．
巩固练习
1．下列所描述的运动中可能的是（　　）．
A．速度变化量很大，加速度很小
B．速度变化量的方向为正、加速度方向为负
C．速度变化越来越快，加速度越来越小
D．速度很大的物体，加速度很小
教师点拨：由a＝Δv/Δt可知a方向与Δv的方向相同，而a大小并不是由Δv大小决定的，a的大小与Δv的大小也无必然的联系．21cnjy.com
参考答案：AD
2．计算下列时间段内的加速度：
（1）一辆车从车站出发做匀加速直线运动，经10 s速度达到108 km/h.
（2）以40 m/s的速度运动的汽车，从某时刻起开始刹车，经8 s停下．
参考答案：（1）a＝＝ m/s2＝3 m/s2[来源:21世纪教育网]
（2）a＝＝ m/s2＝－5 m/s2
最后，为使物理知识回归生活，通过有 ( http: / / www.21cnjy.com )趣的实例体会加速度的实际应用，向学生介绍“死亡加速度”的实例，分析和讨论为什么赛车手在比赛时要戴上头盔，开汽车时要系好安全带等实例，适时进行交通安全教育．www.21-cn-jy.com
布置作业
1．教材第29页“问题与练习”第1、2、3、4题．
2．补充：沿光滑水平面以10 m/s运动的小球，撞墙后以原速度大小反弹，与墙壁接触时间为0.2 s，求小球在这段时间内的平均加速度．21·世纪*教育网
教学反思
到这里，本节课的设计思路已基本形成，即： ( http: / / www.21cnjy.com )学生主观感受并提出问题——猜想与假设——制定计划与设计实验——实验测量——数据收集与分析数据——得出加速度的概念——对加速度的理解．这一条探究之路很好地落实了本节课的重点：加速度的概念及理解．让学生用探究的方法，体验加速度概念的建立过程，应当是学生掌握加速度概念的最有效途径．
5　速度变化快慢的描述——加速度
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加速度
1．解答：100 km/h＝27.8 m/s
aA＝ m/s2＝2.46 m/s2
aB＝ m/s2＝2.11 m/s2
aC＝ m/s2＝1.79 m/s2.21世纪教育网
2．解答：A．汽车做匀速直线运动时．
B．列车启动慢慢到达最大速度50 m ( http: / / www.21cnjy.com )/s，速度变化量较大，但加速时间较长，如经过2 min，则加速度为0.42 m/s2，比汽车启动时的加速度小．21·cn·jy·com
C．汽车向西行驶，汽车减速时加速度方向向东．[来源:21世纪教育网]
D．汽车启动加速到达最大速度的过程中，后一阶段加速度比前一阶段小，但速度却比前一阶段大．
3．解答：A的斜率最大，加速度最大．
aA＝0.63 m/s2，aB＝0.083 m/s2，aC＝－0.25 m/s2
aA、aB与速度方向相同，aC与速度方向相反．
4．解答：滑块通过第一个光电门的速度v1＝ cm/s＝10 cm/s
滑块通过第二个光电门的速度v2＝ cm/s＝27 cm/s
滑块加速度a＝＝ cm/s2＝4.8 cm/s2.
加速度是运动学中极为抽象的概念．对于一 ( http: / / www.21cnjy.com )个抽象概念，学生要根据自己的经验来认识、理解和掌握，对作为速度变化率的加速度，学生很难利用日常的感觉经验来建立这个概念．所以本教学设计利用学生已经对物体运动的轨迹、路程、位移、快慢、运动方向有足够丰富、生动的感性认识，类比速度概念的建立，使学生能够较容易地理解加速度是描述速度变化快慢的物理量．在概念确立后，教学设计把高级跑车、死亡加速度作为阅读材料，加深对概念的理解．本教学设计几乎涉及了探究过程的各个环节，创设的情景为夯实加速度的概念作了有效的铺垫．21教育网
某些物体的加速度 数量级/（m·s－2）
加速器中的质子 1015
高速离心机中的物质 106
子弹在枪膛中 105
弓箭射出时 103
火箭升空 102
地球上自由落体 101
卡车起步，月球上自由落体 100
地球绕太阳公转 10－3
太阳绕银河系中心公转 10－6
赛车与战机的较量
某日傍晚，六届世界冠军舒马赫驾驶着帮他赢得第6个年度总冠军头衔的F2003GA赛车，在意大利的格罗塞托空军基地的飞机场跑道上与欧洲联合战机阵风2000上演了一场超级“尖峰时刻”．在和战机总共三局的时速较量中，舒马赫最终以1比2不敌阵风2000.21世纪教育网
根据协议，舒马赫的F2003－ ( http: / / www.21cnjy.com )GA和阵风2000战斗机将分别进行长度为600米、900米和1 200米的3次比试，以全面测试是法拉利赛车的加速性能更强，还是阵风2000能在更短时间内达到最快速度．竞速之时，意大利当地还下起了蒙蒙细雨，战机由前意大利功勋宇航员切里驾驶．舒马赫驾驶的法拉利赛车只是在最短距离的600米比赛中稍稍胜出，在随后的900米和1 200米竞速中，法拉利赛车加速性与战机涡轮发动机相形见绌，败下阵来．上千名观众观摩了此场特殊的比赛，舒马赫赛后对这一刺激的比赛意犹未尽．“这真是一次有趣的经历，”舒马赫说道，“非常高兴今天能够来到这里，这次比赛给我留下了深刻的印象．”在记者问到和战机比赛压力大，还是大赛道上和蒙托亚争夺年度冠军压力大时，这位34岁的德国人还是选择了F1赛车，“今天的比赛压力不能和F1比赛相提并论．”
谈谈曲线运动中的Δv的求解
如果物体是做曲线运动，v0、v、Δv三 ( http: / / www.21cnjy.com )者就必须遵循矢量关系，（同学们要先预习一下第三章第四节的内容，相信你能自学得很好！）已知其中两者，要运用矢量的三角形定则或平行四边形定则求解第三者．如图甲所示，当一个物体做匀速圆周运动时，初速度v0与末速度v不在同一条直线上，则可以先把表示v的有向线段平行移动，使v与v0矢量的尾端共点，再利用三角形定则作出表示Δv的有向线段，如图乙所示．如图丙所示，也可以用平行四边形定则作出表示Δv的有向线段，此时，v就成为平行四边形的对角线．
此外，由Δv＝v－v0知，Δv＝v＋（－v0），同学们也可以把v与（－v0）合成，求解Δv，请你在图甲中，用这种方法画出Δv的求解图示．2-1-c-n-j-y
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