高中物理粵教版（2019）必修第一册 2.5 匀变速直线运动与汽车安全行驶 教案

《匀变速直线运动与汽车行驶安全》教学设计
【课题】匀变速直线运动与汽车行驶安全
【教材】粤教版高中物理必修一第二章第五节
【教学时间】20 分钟
【教学对象】高中一年级学生
【教学内容分析】
《匀变速直线运动与汽车行驶安全》是普通高中粤教版物理必修一第二章
《匀变速直线运动》第五节的内容，这章是高中物理重点和难点。本节内容是在
学生学习了运动学知识后编排的，是匀变速直线运动的特例，既是对前面知识的
复习和巩固，又加强了课本与实际生活的联系。
2017 版普通高中物理课程标准中对本节课的要求是：
“理解匀变速直线运动的规律，能运用其解决实际问题”
对于如何在教学中强调重点、突破难点，教材编者认为需要从认识匀变速直
线运动的规律入手。如果学生从问题中认识认识匀变速直线运动的规律，从而在
教师的引导下归纳总结安全距离包括刹车距离和反应距离，在这基础上结合匀变
速直线运动的规律，进而学习汽车安全问题可能会更加容易一些。
本节内容共有 3 个知识点：汽车行驶的安全距离、醉酒驾车的危害、汽车的
安全系统。
【学生情况分析】
1.学生的兴趣特点：
高一的学生对物理有着较强的操作兴趣、因果认识兴趣。但他们已经不满足
于单纯的观察实验现象，逐渐希望能通过自己的思考来理解现象产生的原因，并
自己总结出其中规律。所以在教学中，应充分发挥演示实验与学生实验的作用，
注意激发学生的认知兴趣，并充分调动学生学习的积极性和自主性。
2.学生的知识基础：
学生已了解描述运动的基本物理量：位移、路程、速度、加速度，掌握了匀
变速直线运动的规律，同时也对生活中的汽车安全问题有一定感性认识。所以在
教学中要充分利用学生已有的知识经验，使学生积极主动地参与教学过程。
3.学生的技能基础：
1
高一学生通过对前几节问题的研宄，已经具备一定的实验探宄能力，已体会
到物理学研宄问题的一些方法，如运用理想模型和数学方法图像、公式，以及测
加速度、处理实验数据等方法了解物理的基本研宄方法。
4.学生的认识困难：
汽车在高速公路行驶的情况在生活中很常见，学生了解一般的安全行车要
求：如不要超速、不要酒后驾驶、要保持一定的行车距离。但要究其原因，即要
知其所以然，则缺少应用物理知识的科学论证。所以对学生来说并不陌生，但是
根据生活中的现象得到的一些结论是片面的。针对学生的一些不完全理解，教师
引导学生在自主探宄中寻找真理。学生自主探索发现物理规律的能力总体来说比
较差，因此，需要在教师引导下完成探宄活动。
因此，本节课中要充分利用多媒体辅助教学的优势，综合运用动画、图片、
视频、模型，引起认知冲突，转变学生由于生活经验的影响导致的错误观念。
【教学目标】
1.物理观念
知道汽车行驶的反应时间和刹车时间，能用运动学公式求解反应距离和刹车
距离，培养运用物理学规律解决实际问题的习惯。
2.科学思维
能分析汽车行驶的实际问题，能综合应用匀变速直线运动的规律，解决汽车
行驶的复杂问题，在对汽车行驶不同阶段的分析、推断中，培养综合分析科学推
理的思维习惯。
3.科学探究
通过汽车行驶安全问题与物理规律的关系探究，理解物理与生活、社会的关
系。
4.科学态度与责任
能通过计算推断饮酒发生交通事故的危害，培养应用物理学工具防止危害事
故发生的习惯和责任，具有应用科学保障社会安全的责任。
【教学重难点】
汽车保持安全距离的原因及距离推导
【教学策略设计】
本节课在教学的指导思想上，始终坚持“教师为主导，学生为主体”的原则，
2
通过教师创设物理情境和有效的设问引导，让学生经历物理知识的构建过程。
1.教学方法
综合应用实验、讲授、谈话和讨论等多种方法，把教学过程设计成：以学生
对液压传动现象的感性认识为切入点，以观察实验和已有知识为基础，以问题为
主线的师生对话交流的过程。
（1）谈话法
谈话法是通过师生间的“问题性对话”活动传递和交流信息，能较好地调动
学生学习积极性。
本节课中，我针对课本上的问题，与学生进行一系列谈话式的问答，步步引
导学生解决问题，最终得出饮酒驾车的危害。学生经历了思维上的探究过程，由
此学会解决相关问题的思路。
（2）讲授法
在教学过程中，我利用讲授法，突出问题重点，阐述物理现象，强调计算结
论，积极引导学生开展思维活动，以达到突出重难点目的。
2．教学媒体设计
以多媒体课件为载体，利用汽车安全距离的图像、模型，让学生从生活的现
象出发，帮助学生建立安全行驶的概念，并了解影响汽车行驶过程中保持安全距
离的必要性。
3．学法指导
在学法指导上，让学生尝试自己推导计算现象，分析、概括出物理规律，使
学生在获取知识的过程中，领会物理学的研究方法，同时得到协作精神、探索精
神等情感态度价值观的教育。
【教学过程】
1. 阐述目标
教师阐述：本节课需要完成的目标有(1)知道汽车行驶的反应时间和刹车时
间，能用运动学公式求解反应距离和刹车距离，培养运用物理学规律解决实际问
题的习惯。(2)能分析汽车行驶的实际问题，能综合应用匀变速直线运动的规律，
解决汽车行驶的复杂问题，在对汽车行驶不同阶段的分析、推断中，培养综合分
析科学推理的思维习惯。(3)通过汽车行驶安全问题与物理规律的关系探究，理解
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物理与生活、社会的关系。(4)能通过计算推断饮酒发生交通事故的危害，培养应
用物理学工具防止危害事故发生的习惯和责任，具有应用科学保障社会安全的责
任。
2. 新课引入
教师阐述：根据我国道路交通管理的相关规定，同一车道行驶的机动车后车，
必须根据行驶、速度、天气和路面情况与前车保持必要的安全距离
提出疑问：大家知道这是为什么吗？
3. 知识讲授
（1）汽车行驶的安全距离
教师展示图片：如图所示是安全距离的示意图，这个图标出了一般情况下，
汽车在不同行驶速度下所对应的大致安全距离. 比如说当小车的车速为 40 千米
每小时时，司机需要保留 20 米的安全距离，而当我们的速度变成 60 千米每小时
时我们就需要保留 35 米的安全距离，其中 15 米为反应距离，20 米为刹车需要的
刹车距离，从这个图中，我们可以看到，随着速度的变大，我们所需要的安全距
离会越来越长，相应的反应距离和刹车距离也越来越长，这是为什么呢？
教师阐述：下面我们就用一个例子来讲解其中的原因，在课本的 53 页有这么
一道题目，例题 1，一辆汽车在高速公路行驶的速度为 108 千米每小时，当驾驶
员发现前方 80 米处发生了交通事故时，马上紧急刹车，并以 7.5 米每秒的平方的
重力加速度减速行驶，该汽车行驶是否会出现安全问题呢？
教师诱导解答：在这个题目中，我们为了突出主要因素，研究时我们可以将
汽车的运动做近似处理,当驾驶员采取刹车措施后，汽车就会做匀减速直线运动，
我们可以将这一过程看作是一个匀减速直线运动过程，而我们判断汽车是否会出
现安全问题，就是要把刹车到完全停下来，所通过的位移与前方 80 米处所通过的
位移做对比，如果汽车从刹车开始到停止下来，总位移小于 80 米就不会发生安全
问题，否则就会有安全问题。在已知初末速度求位移的情况下，我们可以选用 vt
的平方减去 v 的平方等于 2as 去处理,此外根据题目给出的条件，我们可以画出示
0
意图。这能够帮助我们正确的认识物理过程。根据题目所给的条件，我们可以将
汽车的初速度，末速度，以及加速度的方向和所经过的位移在示意图中表示出来。
引导学生跟着一起做题。
教师展示答案：“当汽车刹车后做匀减速直线运动，我们设加速度为 a，从刹
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车到停止运动通过的位移为 s,选定汽车行驶的初速度方向为正方向，根据题意,
我们可以得到汽车的初速度为 108 千米每小时，即 v =30 米每秒，末速度 v =0，
0
t
a=-7.5 米每秒的平方。在匀变速直线运动的计算当中，当我们知道了这三个物理
量，我们就可以通过 v 的平方减去 v 的平方=2as 去求解，由 v 的平方减去 v0 的
t
0
t
平方=2as 可得 s=vt 的平方减去 v0 的平方÷2a，代入数据可以得到 S 等于 60 米。
由于交通事故是在汽车前方 80 米发生的，而汽车从刹车到停止所用的距离为 60
米，所以汽车不会发生安全问题。
教师总结，承上启下：这便是我们考虑安全距离的第 1 个要素，刹车距离。
但是在一开始的时候，我们曾经说过，除了刹车距离，安全距离还需要考虑驾驶
员在的反应时间中所走的距离。
教师提问：同样的，在课本的 53 页有这样一道例题，例题二:在例题一中我
们没有考虑到驾驶员的反应时间，但在现实生活中反应时间是行车安全中不可忽
略的一个因素，如果驾驶员看到交通事故时的反应时间是 0.5 秒，该汽车行驶是
否会出现安全问题呢？
引导学生跟着一起做第 2 个问题。
教师诱导解答：参照例题 1，我们可以将该运动简化为运动模型，我们可以将汽
车的实际运动分为两部分，第一，当驾驶员看到交通事故时，在反应时间内汽车
做匀速直线运动，第二，当驾驶员刹车时，汽车以原行驶速度为初速度做匀减速
直线运动，汽车的总位移为这两部分的位移之和，当我们解决问题时，要分别对
不同的运动情况进行求解。在驾驶员刹车前汽车做匀速直线运动，我们设该位移
为 S 。当汽车刹车后，汽车做匀减速直线运动，我们设该位移为 S .现选定汽车行
1
2
驶的初速度方向为正方向.那么由于例题一中我们已经求得汽车做匀减速直线运
动的位移是 60 米.现在我们只需要求汽车在匀速直线运动的位移就可以了。
教师解答：那么通过匀速直线运动公式，s=v t，我们可以得到 s =15 米.而 s
1
0
1
和 s 之和等于 75 米，也就是说汽车从司机开始反应要刹车，到最后停下的实际距
2
离为 75 米,而前方距离有 80 米，所以，不会发生安全问题。
教师总结：现在大家知道这个安全距离是怎么算的吧？当我们汽车速度越大，
在反应时间内汽车走过的位移越长，所以我们留给司机反应的安全距离就需要越
长，同时速度越快，从减速到停下所需要的刹车距离也越长，因此，总体的安全
距离就必须要更长，这也是为什么不同的车速所对应的安全距离不一样。现在，
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高速公路上有很多安全距离指示牌，指示大家在不同的车速情况下所需要保持的
安全距离是多少，尽可能的避免交通事故的发生.
（2）酒驾的危害
教师陈述：我们知道，道路交通规则中还有一条非常重要的规定，那就是禁
止酒驾。那么，酒驾又会对开车造成怎样的影响呢？我们接着看下一题。
教师展示下一个问题：例题 3：一般人的刹车反应时间为 t 等于 0.5 秒，但是，
0
饮酒会引起反应时间延长。在某次试验中，一名志愿者少量饮酒驾车，以 V 等于
0
72km/h 的速度，在试验场的水平路面上匀速行驶。从发现紧急情况到汽车停下，
行驶距离为 l 等于 39 米，减速过程中汽车位移 s 等于 25 米。此过程可视为匀变
速直线运动。求:一，减速过程中汽车加速度的大小和所用时间 二、饮酒使志愿
者的反应时间延长了多少？
教师诱导解答：我们可以看到在这个题中汽车的运动情况，与上一个题的运
动情况是一样的，都是先经历匀速直线运动，然后再经历匀减速直线运动。所以
行驶过程中的安全距离等于两部分之和。我们先看第一个问，减速过程中，汽车
加速度的大小和所用时间是多少？
教师解答：通过分析题干，我们可以看到，汽车减速的初速度是 72 千米每小
时,即 20 米每秒，末速度为零，减速的位移 s 等于 25 米。这里，我们选定汽车初
速度的方向为正方向。那么根据题意，我们在用运动学公式的时候，加速度前面
就应该加一个负号。已知，初速度、末速度和位移，我们可以用运动学公式 v 平
t
方减去 v 平方等于 2as 来计算加速度的大小，算出加速度之后，用公式 v =v -at
0
t
0
来计算减速的时间，代入数据即可算出加速度的大小为 8m/s，减速的时间为 2.5s。
我们再来看第二问，饮酒使志愿者的反应时间延长了多少？在反应时间内，汽车
做匀速直线运动，所以，我们首先需要算出汽车做匀速直线运动的时间，再来比
较志愿者的反应时间延长了多少。设志愿者的反应时间为 t'，反应时间的延长值
为Δt，我们用反应时间乘以汽车的初速度即为汽车做匀速直线运动的位移，再加
上汽车减速的位移 s，就等于汽车在整个过程中所运动的位移 l，代入数据即可求
得志愿者的反应时间 t'为 0.7 秒,最后，再用饮酒的反应时间的 t'减去没有饮酒
的反应时间 t 得到反应时间延长了 0.2 秒。
0
教师总结并引导：同样的，若例题 2 中的驾驶员是酒后驾驶，是否会出现安
全问题 若驾驶员酒后驾驶，则反应时间 t'=0.7s，反应距离：s =v t'=21m，得
1
0
6
s +s =81m>80m，会出现安全问题！由于饮酒会引起反应时间延长，而在反应时间
1
2
内，汽车仍以原来的速度做匀速直线运动，所以司机的反应迟缓，会导致汽车滑
行的距离增长，增加了交通安全隐患。因此，《中华人民共和国道路交通管理条
例》明确规定:严禁酒后开车!
（3）汽车的安全系统
教师陈述：我们再来关注一下汽车安全的其他问题，汽车制动性能是影响汽
车行驶安全的重要性能之一。许多交通事故都是由汽车制动距离过长、紧急制动
时丧失方向稳定性等因素造成的。汽车制动的基本原理就是利用摩擦力消耗汽车
的动能，最终使汽车停下来。随着科技的发展，各种各样的制动技术被应用于汽
车制造，以提高汽车的安全性能。首先我们先看一下防抱死制动系统 ABS，没有
装配 ABS 的汽车在紧急制动时，如果四个轮子被完全抱死，汽车将丧失转向能力，
汽车受到轻微的侧向力( 比如行驶在倾斜的路面或者压到一块小石头)，就有可能
发生侧滑，甚至侧翻。装配了 ABS 的汽车在刹车时，ABS 通过控制刹车油压来控
制汽车的制动力，使车轮既受到制动又不致抱死，直至汽车完全停下来。ABS 能
显著改善汽车的制动性能，有效保障驾驶员与乘客的安全。然后我们再看看电子
制动力分配 EBD。
教师陈述：EBD 技术在本质上是 ABS 的辅助功能。汽车制动时，如果四个轮子
附着地面的情况不同，其与地面的摩擦力也不同，汽车在制动时就容易导致打滑、
倾斜和侧翻等。EBD 的功能就是在汽车制动的瞬间，探测四个轮子受到的地面摩
擦力，然后调整制动装置，使汽车制动力与其所受的地面摩擦力相匹配，以保证
汽车刹车过程的平稳与安全。
教师陈述：最后是电子稳定程序 ESP,ESP 系统由传感器、ECU（中央控制处理
单元)和执行器三大部分组成。在电脑实时监控汽车行驶状态的前提下，ESP 对发
动机及制动系统进行干预和调控。ESP 最重要的特点就是它的主动性。如果说 ABS
和 EBD＋ABS 是被动地作出反应，那么 ESP 就可以做到防患于未然。ABS、EBD 和
ESP 等保障汽车安全行驶的技术与物理学息息相关，可以说，物理知识的运用推
动了技术的不断发展。
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