2.4 科学测量：做直线运动的瞬时速度 课时教案（表格式）2025--2026年鲁科版高中物理必修第一册

2.4《科学测量：做直线运动的瞬时速度》课时教案
学科 物理 年级册别 高一上册 共1课时
教材 鲁科版高中物理必修第一册 授课类型 实验探究课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容位于鲁科版高中物理必修第一册第二章第四节，是学生在学习了位移、时间与平均速度之后，进一步深入理解运动本质的关键环节。瞬时速度是描述物体在某一时刻或某一位置运动快慢和方向的物理量，是加速度概念建立的基础，也是后续学习匀变速直线运动规律的前提。教材通过实验测量小车在斜面上运动的瞬时速度，引导学生从平均速度过渡到极限思想下的瞬时速度，体现了从宏观到微观、从近似到精确的科学思维过程。
学情分析
高一学生已具备初步的运动学知识，掌握了位移、时间、平均速度等基本概念，具备一定的实验操作能力。但对“极限”这一数学思想缺乏直观理解，容易将平均速度与瞬时速度混淆。学生正处于形象思维向抽象思维过渡阶段，对实验探究兴趣浓厚，但数据分析与误差处理能力较弱。部分学生在打点计时器使用、纸带处理方面存在操作障碍。因此，教学中应通过真实实验情境降低认知难度，借助数据对比强化概念建构，并通过小组合作提升实践能力。
课时教学目标
物理观念
1. 理解瞬时速度是描述物体在某一时刻或某一位置运动快慢和方向的物理量，能区分瞬时速度与平均速度。
2. 掌握利用打点计时器测量物体做直线运动时瞬时速度的基本原理和方法，理解“以短代长、以平均代瞬时”的测量思想。
科学思维
1. 经历从平均速度逼近瞬时速度的极限思维过程，体会无限逼近的科学思想在物理研究中的应用。
2. 能根据实验数据进行合理分析，判断测量结果的可靠性，初步建立误差意识。
科学探究
1. 能独立完成打点计时器的安装、调试与纸带记录操作，具备基本的实验动手能力。
2. 能设计合理的实验方案，选取不同时间段计算平均速度，探究其趋近于瞬时速度的规律。
科学态度与责任
1. 在实验过程中养成严谨细致、实事求是的科学态度，尊重实验数据，不随意篡改结果。
2. 通过合作探究增强团队协作意识，体会科学测量在工程技术中的基础作用。
教学重点、难点
重点
1. 理解瞬时速度的概念，掌握利用打点计时器测量瞬时速度的实验方法。
2. 学会通过测量极短时间内物体的平均速度来近似表示瞬时速度的科学思想。
难点
1. 理解“极限”思想在瞬时速度定义中的体现，即当时间间隔趋近于零时平均速度趋近于瞬时速度。
2. 正确处理打点计时器纸带，准确测量位移并计算不同时间段的平均速度，分析其变化趋势。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、合作探究法、讲授法、实验法
教具准备
电磁打点计时器、学生电源、小车、长木板、刻度尺、纸带、复写纸、导线、支架、斜面轨道
教学环节 教师活动 学生活动
创设情境，提出问题
【5分钟】 一、生活实例导入，激发认知冲突 （一）、播放视频：赛车起跑瞬间
教师播放一段F1赛车从静止开始加速起跑的慢动作视频，画面定格在发车后0.5秒的瞬间。引导语：“同学们，请看这辆赛车在起跑线后0.5秒时的速度是多少？我们能否用之前学过的‘平均速度’来准确描述它在这一瞬间的运动状态？”
学生可能会回答“不知道”或尝试估算。教师追问：“如果我说它在这0.5秒内的平均速度是36km/h，那它在0.5秒这一时刻的速度是不是就一定是36km/h呢？”引发学生思考平均速度与某一时刻速度的区别。
（二）、引入瞬时速度概念
教师指出：“生活中我们常说‘汽车时速120公里’，其实指的是某一时刻的速度，这就是我们要学习的‘瞬时速度’。它比平均速度更能精确反映物体在某一位置的运动状态。那么，我们如何科学地测量一个物体在某一点的瞬时速度呢？今天我们就来动手实验，揭开这个谜题。”
过渡语：“正如伽利略所说：‘自然之书是用数学语言写成的。’而我们要读懂这本书，就必须学会测量。今天，我们将借助一种精密的计时工具——打点计时器，来捕捉运动的瞬间。” 1. 观看视频，思考问题。
2. 参与讨论，表达观点。
3. 认识瞬时速度的重要性。
4. 明确实验目标。
评价任务 理解概念：☆☆☆
提出问题：☆☆☆
激发兴趣：☆☆☆
设计意图 通过真实赛车起跑情境引发学生对“瞬间速度”的关注，制造认知冲突，使学生意识到平均速度无法精确描述某一时刻的运动状态，从而自然引出瞬时速度的概念。借助名人名言提升科学探究的使命感，为后续实验探究做好心理和认知铺垫。
实验准备，掌握工具
【8分钟】 一、认识打点计时器，规范操作流程 （一）、实物展示与原理讲解
教师拿出电磁打点计时器实物，结合多媒体动画演示其工作原理：当接通50Hz交流电源时，振针每秒上下振动50次，每次振动在运动的纸带上打出一个点。因此，相邻两点间的时间间隔为0.02秒。强调：“这个稳定的0.02秒是我们测量时间的最小单位，就像一把精确的尺子，帮我们记录下运动的每一个足迹。”
教师演示如何正确安装打点计时器于长木板一端，连接学生电源（调至6V交流档），将纸带穿过限位孔，压上复写纸，固定在小车上。提醒学生注意：先通电再释放小车，防止振针损坏；实验结束后先断电再取纸带。
（二）、学生分组练习操作
将学生分为四人小组，每组发放一套实验器材。要求各组完成以下任务：①正确组装实验装置；②练习启动打点计时器并在静止状态下打出一串点，观察点距是否均匀；③模拟小车运动，打出一条清晰的纸带。教师巡视指导，纠正错误操作，如电源接错、纸带未压紧复写纸等。
（三）、纸带数据读取训练
教师投影一条已打出的纸带，示范如何选取计数点。说明：“为了便于测量，我们通常每5个点取一个计数点，这样相邻计数点间的时间间隔就是0.1秒。”带领学生用刻度尺测量某段位移，强调视线垂直、估读到最小分度的下一位（如毫米刻度尺需估读到0.1mm）。发放练习纸带，让学生分组测量几段位移并计算对应时间内的平均速度，为后续实验打基础。 1. 观察仪器，理解原理。
2. 动手组装，练习操作。
3. 测量纸带，计算速度。
4. 小组协作，互帮互助。
评价任务 规范操作：☆☆☆
数据读取：☆☆☆
团队协作：☆☆☆
设计意图 通过实物与动画结合的方式，帮助学生直观理解打点计时器的工作原理，建立“时间标记”的概念。通过动手组装与模拟操作，强化实验技能，减少正式实验中的操作失误。提前进行纸带测量与计算训练，降低后续数据分析难度，确保实验高效推进。强调操作规范与安全，培养良好的实验习惯。
实验探究，获取数据
【15分钟】 一、设计实验方案，开展测量实践 （一）、明确实验目的与步骤
教师提出核心问题：“我们如何用打点计时器测出小车经过某一点P时的瞬时速度？”引导学生讨论。提示：“我们可以测量小车经过P点附近一段极短时间内的平均速度，来近似代替该点的瞬时速度。时间越短，近似程度越高。”
给出实验步骤：①将长木板一端垫高形成斜面，固定打点计时器；②将纸带一端固定在小车上，另一端穿过打点计时器；③接通电源，待打点稳定后释放小车，使其沿斜面下滑；④关闭电源，取下纸带；⑤在纸带上选取一点P，分别测量以P为中心的前后0.02s（1个点距）、0.04s（2个点距）、0.06s（3个点距）、0.10s（5个点距）内的位移，计算对应的平均速度。
（二）、分组实验，采集多组数据
各小组按照上述步骤进行实验，至少成功获取两条清晰的纸带。要求每组在每条纸带上选定两个不同的位置P 和P ，分别测量不同时间间隔下的位移并记录数据。教师巡视，重点关注：打点是否清晰、纸带是否打弯、时间间隔选取是否正确、测量是否规范。对操作困难的小组及时指导，鼓励学生多次尝试，追求数据质量而非速度。
（三）、数据记录与初步处理
教师投影设计好的实验数据记录表，包含“位置”、“时间间隔Δt(s)”、“位移Δx(m)”、“平均速度v (m/s)”等栏目。要求学生将测量数据填入表格，并计算各段平均速度。提醒学生注意单位统一（位移用米，时间用秒），保留三位有效数字。鼓励学生在组内讨论测量结果的合理性，如速度是否随时间增加而增大（符合加速运动特征）。 1. 讨论方案，明确任务。
2. 动手实验，采集数据。
3. 记录数据，计算速度。
4. 组内交流，检查结果。
评价任务 方案设计：☆☆☆
实验操作：☆☆☆
数据记录：☆☆☆
设计意图 通过问题驱动，引导学生自主构建“以平均速度逼近瞬时速度”的实验思路，体现科学探究的主动性。通过设置不同时间间隔的测量任务，为后续分析“时间越短越接近瞬时速度”提供数据支撑。强调多次实验与数据质量，培养学生严谨的科学态度。规范的数据记录表有助于学生系统整理信息，为分析结论奠定基础。
数据分析，建构概念
【10分钟】 一、处理实验数据，揭示变化规律 （一）、展示数据，引导对比分析
邀请三组学生代表上台展示他们在同一位置P测得的不同时间间隔下的平均速度数据。教师将数据汇总到黑板表格中。例如：
Δt=0.10s, v =0.48m/s
Δt=0.06s, v =0.51m/s
Δt=0.04s, v =0.53m/s
Δt=0.02s, v =0.54m/s
提问：“随着测量时间间隔的减小，计算出的平均速度是如何变化的？你能推测当时间间隔趋近于零时，这个速度会趋近于一个什么值吗？”
引导学生发现：时间间隔越短，平均速度越大，且趋于稳定。说明“以短代长”更接近真实瞬时速度。
（二）、引入极限思想，定义瞬时速度
教师总结：“同学们观察得很细致。物理学中，我们把当Δt趋近于0时，平均速度v =Δx/Δt的极限值定义为物体在该时刻的瞬时速度。即v = lim_(Δt→0) Δx/Δt。虽然实验中无法真正做到Δt=0，但我们可以通过不断缩短时间间隔，让测量值无限接近真实值。这正是微积分思想在物理学中的初步体现。”
结合纸带上的点，指出：“在实际操作中，我们通常取包含某点的极短时间（如0.02s或0.04s）内的平均速度作为该点的瞬时速度。”
（三）、误差分析与讨论
引导学生思考误差来源：打点计时器本身的频率误差、纸带与限位孔摩擦、测量位移时的读数误差、小车运动不平稳等。提问：“这些因素会使我们测得的瞬时速度偏大还是偏小？如何改进？”鼓励学生提出改进建议，如使用气垫导轨减小摩擦、多次测量取平均值等。 1. 展示数据，参与讨论。
2. 分析趋势，得出结论。
3. 理解极限，接受概念。
4. 反思误差，提出建议。
评价任务 数据分析：☆☆☆
概念建构：☆☆☆
批判思维：☆☆☆
设计意图 通过真实实验数据的集中展示与对比，让学生亲眼看到“时间越短，平均速度越趋近某一数值”的规律，从而深刻理解瞬时速度的极限定义。教师适时引入极限数学语言，提升理论高度，但又不深究数学推导，保持高中物理的适度性。通过误差分析，培养学生批判性思维和科学质疑精神，认识到任何测量都有局限性，推动科学不断进步。
总结升华，拓展应用
【7分钟】 一、回顾过程，提炼科学方法 （一）、结构化总结核心知识
教师带领学生回顾本节课的学习路径：从生活问题出发 → 认识测量工具 → 设计实验方案 → 获取实验数据 → 分析数据规律 → 建构物理概念。强调：“我们今天不仅学会了测量瞬时速度的方法，更重要的是体验了‘用实验逼近真理’的科学过程。瞬时速度不是一个直接可测的量，而是通过无限逼近的思想定义出来的，这正是科学智慧的体现。”
（二）、升华科学精神与责任
引用爱因斯坦的话：“我没有什么特殊的才能，我只是热情地好奇。”指出：“正是这种对‘瞬间如何运动’的好奇心，推动人类发明了打点计时器、高速摄像机、激光测速仪等精密仪器。今天的测量技术已广泛应用于交通监控、体育竞技、航空航天等领域。作为未来的建设者，你们掌握的不仅是知识，更是一种探索世界的态度。”
激励语：“也许有一天，你们中会有人设计出更精确的测速装置，去捕捉光速的波动，去测量量子的跃迁。而这一切，都始于今天你们在纸带上留下的一个个小点。” 1. 回顾流程，梳理知识。
2. 领悟方法，内化思想。
3. 感受科学，激发志向。
4. 静心聆听，思考未来。
评价任务 知识掌握：☆☆☆
方法理解：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
设计意图 采用“结构化总结+升华式总结”相结合的方式，既帮助学生系统梳理知识脉络，又将学习意义提升至科学精神与社会责任的高度。通过名人名言和未来展望，激发学生的科学热情和使命感，实现知识、能力与价值观的有机统一，使课堂在理性与感性的交融中圆满结束。
作业设计
一、实验报告撰写
请根据本节课的实验过程，撰写一份完整的实验报告，包含以下内容：
1. 实验目的：测量小车在斜面上运动时某一点的瞬时速度。
2. 实验原理：简述打点计时器的工作原理及“用极短时间内的平均速度近似瞬时速度”的思想。
3. 实验器材：列出所用器材名称。
4. 实验步骤：用自己的语言描述实验操作流程。
5. 数据记录与处理：画出实验数据记录表，填写测量数据，计算不同时间间隔下的平均速度。
6. 结论与讨论：回答（1）你测得的瞬时速度约为多少？（2）时间间隔越短，平均速度如何变化？说明了什么？（3）实验中可能存在哪些误差？如何改进？
二、拓展思考题
1. 若打点计时器使用的电源频率实际为49Hz，而我们仍按0.02s计算时间间隔，会对瞬时速度的测量结果产生什么影响？偏大还是偏小？请说明理由。
2. 查阅资料，了解现代生活中还有哪些测量瞬时速度的技术？（如雷达测速、光电门等）任选一种，简述其工作原理。
【答案解析】
一、实验报告撰写
1. 实验目的明确，表述清晰。
2. 实验原理需包含“50Hz→0.02s”和“以平均代瞬时”两点。
3. 器材列表完整。
4. 步骤逻辑清晰，操作顺序正确。
5. 数据表格规范，计算准确，有效数字合理。
6. 结论正确指出速度趋近稳定值，讨论误差合理。
二、拓展思考题
1. 频率偏低，则实际时间间隔大于0.02s，导致计算时Δt偏小，从而使v=Δx/Δt偏大，故测量结果偏大。
2. 如雷达测速：利用多普勒效应，通过发射电磁波并接收反射波，根据频率变化计算车速。
板书设计
科学测量：做直线运动的瞬时速度
【左侧】
一、问题引入
→ 平均速度？瞬时速度？
→ 赛车0.5s时速度？
二、实验工具
电磁打点计时器
f = 50Hz → T = 0.02s
纸带：点迹 = 时间标记
【中部】
三、实验原理
v_瞬时 = lim_(Δt→0) Δx/Δt
↓
v_瞬时 ≈ Δx / Δt （Δt极小）
四、数据规律
Δt↓ → v ↑ → 趋近定值
【右侧】
五、科学思想
极限思想
以短代长
以平均代瞬时
六、误差分析
摩擦、读数、频率偏差...
教学反思
成功之处
1. 以赛车起跑视频创设真实情境，有效激发学生探究兴趣，顺利引出瞬时速度的必要性。
2. 实验设计层次清晰，通过不同时间间隔的测量对比，让学生亲身经历“逼近”过程，深刻理解极限思想，突破教学难点。
3. 板书结构分明，图文结合，突出核心概念与科学方法，有助于学生形成系统认知。
不足之处
1. 部分小组在初次操作时打点不清晰，导致重复实验，占用了较多课堂时间，今后可增加课前预实验环节。
2. 对误差分析的引导还不够深入，部分学生仅能说出表面原因，未能联系测量原理进行深层次思考。
3. 课堂节奏在数据处理环节略显紧张，个别小组未能完成全部数据分析，下次可适当延长该环节时间或提前发放计算模板。