人教版高一物理必修一 第一章 运动的描述 第五节 速度变化快慢的描述——加速度 教学设计

第五节
速度变化快慢的描述——加速度
教学设计
一、教学目标
1．知识与技能：
从学生对自然现象的观察和生活体验出发，帮助学生建立加速度的概念，知道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，知道加速度是矢量。
2．过程与方法：
通过联系平均速度和瞬时速度，由平均加速度过渡到瞬时加速度，学生再次体会到极限思想在物理学习中的应用。
通过阅读“科学漫步”栏目中关于变化率的叙述，自然而然地渗透了科学方法教育。
3．情感、态度与价值观：
通过把所学的“加速度”概念联系自然、生活、科技，学生从物理走向自然、社会。
二、教学重点与难点
加速度是力学中的重要概念，也是高一学生较难懂的概念。之所以难懂，是因为学生在用已有的生活经验观察物体运动时，还不能清楚地分辨“运动的快慢”与“速度变化的快慢”。因此，帮助学生区分“速度大”、“速度变化大”、“速度变化得快”，理解速度、速度的变化量、速度的变化率的物理意义，建立加速度的概念，是本节教学的重点和难点。另外，由于学生对矢量只有初步认识，所以，加速度方向与速度方向的关系，在直线运动中用正、负号表示加速度的方向，也是这一节教学的难点。
三、教学设计
（一）感知活动
感知活动是物理概念形成的基础，物理概念的教学必须围绕学生丰富的感性认识进行。
变速运动是学生常见的运动，先引导学生根据生活中的见闻举出大量的变速运动的实例。如：苍蝇、蜜蜂、蝴蝶、小鸟、老鹰的起飞和降落，野兔、羚羊、乌龟、蜗牛的运动，发现猎物的狮子、猎豹的运动；自行车、汽车、火车的起动或制动，飞机的起飞或降落；操场上各种球类的运动，田径运动会上运动员的运动；子弹、炮弹的运动；火箭、卫星、天体的运动；等等。
教师还可以引导学生认识到诗人用诗的语言描述变速运动：
拟古（东晋
陶渊明）——
翩翩新来燕，双双入我庐。（诗人描述了燕子轻快地飞翔的情景）
春日（北宋
晁冲之）——鹅鸭不知春去尽，争随流水趁桃花。（诗人描述了鹅鸭不管花飞花落只知顺着流水追逐桃花的情景）
倡导学生向诗人学习，热爱生活，用心观察自然，因为物理源于自然、源于生活。
以上，结合学生对生活的观察和感性认识让学生自然而然地“从生活走向物理”，认识变速运动，认识速度的变化。
（二）建构结构
建构结构是物理概念教学的关键。一个物理概念的建立，关键是形成此概念对应的系统结构，即定义、公式以及与其它概念的联系等。
1、帮助学生主动建立加速度的概念
变速运动很复杂，本着从简单到复杂的研究问题的方法，从简单的变速运动——变速直线运动（速度大小变、方向不变）入手。例如：玩具车、火车、汽车做变速直线运动（见下表）。
t（s）
0
1
2
3
4
5
…
玩具车
v（m/s）
0
0.2
0.5
0
0.7
0.4
…
火车
v（m/s）
5.0
5.3
5.6
5.9
6.2
6.5
…
汽车
v（m/s）
30
25
20
15
10
5
…
引导学生根据上表提供的信息分析三个物体速度变化的特点：
玩具车——速度的变化规律不明显（走走停停，时快时慢）；
火车——速度随时间均匀增大；
汽车——速度随时间均匀减小。
帮助学生总结火车、汽车的运动的共同特点：速度均匀变化，即在相等的时间里速度的变化相等。
像火车、汽车这种速度均匀变化的直线运动，是自然界存在的最简单的变速直线运动——匀变速直线运动。
指引导学生分析研究：不同的匀变速直线运动，速度变化得快慢一般不同。上例中，火车速度改变得比较慢，汽车的速度改变得比较快。那么，怎样来描述速度变化的快慢呢？
教师可以用比较的方法（跟速度概念的建立比较）引发学生思考：描述物体运动的快慢，可以有两种方法。一种是在位移相同的情况下，比较所用时间的长短，时间短的运动得快；另一种是在时间相同的情况下，比较位移的大小，位移大的运动得快。因此，位移跟发生这段位移所用时间的比值可以描述物体运动的快慢，这个比值定义出来的就是速度，速度是描述物体运动快慢的物理量。
这种比值定义的方法能够启发学生认识到用一个比值来描述速度变化的快慢。
火车速度变化的大小与所用时间的比值是个恒量：
…
汽车速度变化的大小与所用时间的比值也是一个恒量：
…
这个比值的大小反映了物体速度变化的快慢。
这样，在教师的启发下，学生经历了主动建构加速度概念的过程。
定义：在匀变速直线运动中，速度的变化和所用时间的比值，叫做匀变速直线运动的加速度。
公式：用v0表示运动物体开始时刻的速度（初速度），用vt表示经过一段时间t末了时刻的速度（末速度），那么，速度的变化量为Δv=vt
-v0，用a表示加速度，则
a==
单位：m/s2（米每二次方秒）。
2、比较加速度与速度
引导学生讨论两者的区别和联系：
速度v和加速度a都是比值定义（某一个量对时间的变化率，表示变化的快慢）。
速度v表示物体运动（位置变化）的快慢。
速度变化量Δv表示速度变化的大小。
加速度a表示速度变化的快慢。
帮助学生理解：a不是v，也不是Δv，而是（速度对时间的变化率。）
说明：如果学生学习基础较好，建议先不引出“匀变速直线运动”，直接从大量的实例出发建立加速度的概念。
（三）掌握方法
掌握方法是物理概念教学的手段，物理概念的形成需要应用多种数学、物理方法。
从上文不难看出，在建立加速度概念的过程中，已经涉及到了“从简单到复杂的研究问题的方法”、“比较的方法（跟速度概念的建立比较）”、“用变化率描述变化快慢的方法”。
为了帮助学生理解匀变速直线运动的加速度的方向，教师可以引导学生用“同一条直线上矢量运算”的数学方法。
根据上表的数据计算火车、汽车的加速度：
火车：v0=5.0m/s，vt=6.5m/s，Δv=1.5m/s，t=5s，则a
=
0.3m/s2。
汽车：v0=30m/s，vt=5m/s，Δv=
－25m/s，t=5s，则a
=－5m/s2。
提出问题：哪个加速度大？（引发学生思考“－”的物理意义）
引导学生用矢量图示表示出初速度、末速度和速度的变化量：
同一条直线上的矢量运算可简化为代数运算，规定一个正方向（一般取v0方向为正方向），则
若vt>v0，a>0，表示a与v0方向相同，加速；
若vt可见，“－”表示速度变化量的方向、加速度的方向跟初速度方向相反，加速度是矢量，做匀变速直线运动的物体的加速度的方向与速度变化量的方向相同。
而后，教师采用“从特殊到一般”和“极限思想”的方法，帮助学生初步了解：一般的变速运动的加速度常常大小、方向都在不断变化，可以引入平均加速度和瞬时加速度来描述速度变化的快慢。
另外，还可以从v-t图象看加速度，加深对速度图象的认识，为以后用图象的方法解决问题做铺垫。
说明：如果学生学习基础不好，建议“矢量图示”从具体数据画起，另外，瞬时加速度的概念可暂不要求学生有更深入的认识，注意循序渐进。
（四）巩固深化
巩固深化是物理概念教学的必要措施，它是指学生把所建立的概念和规律牢牢地保持在记忆里，不断地丰富概念的内容，发展概念的外延，并能顺利应用新知识解决物理问题。
为了巩固“加速度”的概念，可以让学生完成以下作业：
1、举例说明自然界哪些动物运动的加速度大？哪些动物运动的加速度小？
（龟、兔，猎豹、羚羊，蝴蝶、苍蝇，等等。）
2、汽车的加速性能是发动机的重要参数之一，对赛车尤其重要。在课外搜集这方面的资料，以加深对加速度概念的理解。
（0～100km/h加速时间：夏利15s，宝来10.5s，奔驰6.5s，宝马5.6s，F-1赛车2.3s，等等。）
通过把所学的“加速度”概念联系自然、生活、科技，学生从物理走向自然、社会，将学习延伸到课外，在应用中加深了对“加速度”的理解。
四、课堂评价
1．学生：
对知识与技能掌握的情况
在认知活动中的参与水平
学生的观察能力、语言表达能力
2．教师：
教学后在教学设计、教学组织等方面的自我评价与反思
v0
v0
vt
vt
Δv
Δv