“速度快慢的描述 ——加速度”教学设计
1． 教材分析
教材选自人民教育出版社普通高中课程标准实验教科书《物理》必修1，第一章“运动的描述”中5节，第5节是“速度变化快慢的描述——加速度”，这一节教学概括四个板块：探究用什么物理量表示速度变化的快慢；关于加速度定义的学习；从v—t图像中认识速度v和加速度a；关于平均加速度和瞬时加速度。为了把这节讲清讲透，学生更好理解与运用，教学设计两个课时。现将本节第一课时设计展现给大家。
（一）教材地位
加速度是连接动力学和运动学的桥梁，在以后学习的机械振动、电磁学、能量守恒、动量定理等内容中都涉及到。可以说贯穿整个高中物理。因此让学生很好的理解与学习本节内容十分重要。
（二）学情分析
相对于初中来说，高中物理在理性分析、逻辑思维、定量要求、数学计算、概念的严密性、实验的复杂性方面都上了一个台阶。
在学习本节之前学生已经掌握的知识有：质点（学会用理想模型的观点来思考问题）；时刻和时间间隔、路程和位移，了解矢量和标量的区别（体会时刻、时间、位置、位移等概念的准确性）；用打点计时器进行定量测量（在物理问题中渗透极限的思想）。这些内容给本节加速度的学习奠定了很好的基础。
加速度作为速度变化率△v/△t比速度的变化量△v更有深刻得含义，也是学生学习中应该上的一个台阶，因为它不像速度的变化量那么具体那么“看得见，摸得着”。
（三）教学目标
1.知识与技能：知道速度变化有快慢之分的，理解加速度的含义及物理意义。知道加速度单位的符号和读法，会用公式a=△v/△t来解释一些简单的实际问题。
2.过程与方法：通过影片、演示实验及典型例题让学生充分理解加速度的概念、加速度的矢量性、v、△v及△v/△t的联系。
3.情感态度与价值观：培养学生的抽象思维能力，能对事物进行具体分析和判断，使学生了解物理推理过程提高学习物理的兴趣。
（四）教学重难点
1.重点：加速度的概念及理解；
2.难点：加速度方向的理解。
二.设计思路
加速度的概念不像质点等概念那样，质点的概念虽然抽象，但由于学生有知觉思维为基础，还是比较容易理解的，而加速度这个概念具有“动态性”，反映速度变化的快慢，所以理解加速度a的过程，就是要逐渐地去理解速度v，速度的变化△v，和速度的变化率△v/△t之间的关系。对于学生来说非常抽象，很难理解，对此我采用这样的教学策略：
提供物理现象→归纳出共同点→然后给出概念→再巩固练习→加深理解。
这样从易到难，从现象到本质，从形象到抽象，符合学生的思维发展规律，易为学生所接受，具有探究性的特点；然而，许多教师认为概念性的东西没必要再去探究，但是我感觉让学生亲身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。所以本节课围绕“探究性”而展开。
教学遇到的第一个问题是，要得出加速度概念所需的一系列速度值从何而来？
常规的做法是上课时教师提供一堆现有的数据或自己“造”一堆数据，然后以列表的形式展示给学生，再由老师归纳得出概念。这种方法虽然有效，但是缺乏科学性和可靠性，学生会产生质疑，为了避免这些最好的方法是进实验，现场采集数据。这样既体现了物理是以实验为基础的科学，体现了真实性可靠性又能激发学生的学习积极性。那么，如何把物体运动的速度测出来呢？由于一节课只有45分钟，必须要设计一个实验，要求实验精度高（准确），速度快（省时间）。为此我利用气垫导轨、光电门、数字计时器等这些装置来进行课堂演示实验。
利用气垫导轨和数字计时器，向学生说明测量物体的挡光时间，再用挡光片的宽度除以时间即为物体在挡光处的瞬时速度，利用两只数字计时器，一个用来测量挡光时间，一个用来测定一处挡光到另一处挡光的时间段。这样既测出了某个位置的速度，也测出了两个速度变化所用的时间，就可以比较速度变化快慢了。装置如图1所示
图1 实验装置原理图
对于该演示实验，学生应该在第4节“实验：打点计时器测速度”中的“科学漫步”知识栏目中对其原理已有初步的了解，所以我会把这个课堂演示实验的装置、原理布置为课前阅读知识。
那么，怎样引入新课呢？
为了充分调动学生的积极性和思维发展的循序渐进，我先设计了一组直观感受实验，如图2（a）说明：发现小球在轨道上的速度在慢慢增大（强调增大慢），如图2（b）说明：发现小球在轨道上的速度增大的较快（强调增大快）。
图2（a） 图2（b）
这时提问：请大家比较两小球的速度变化的快慢情况？由于用肉眼无法无法看出，给学生设置了障碍，然后在学生的猜想与假设的基础上进行自主探究。
到这里，整节课的思路已经基本形成，即：学生的主观感受（让他们感受的第一层是运动物体有速度，第二层运动物体速度有变化，第三层是速度变化有快慢）→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，这样一条探究之路。这一条探究之路其实已经落实了本节课的重点：加速度的概念及理解。
本节课的难点—加速度方向的理解如何来突破呢？我认为加速度方向的认识取决于对速度变化量△v的认识，而速度的变化量对初学矢量的学生是不容易理解的，因为学生很难将速度和速度的变化区别开，特别是速度的方向和速度变化的方向可能相同也可能不同。在这部分教学时可以先让学生回忆第3节研究位置变化的过程，用计算位移时位移的方向可能与坐标的正方向相同，也可能与坐标的正方向相反。但是位移的方向与速度方向一定相同，通过回忆可以很好地理解速度变化实际上是在进行矢量减法，当初末速度在同一直线上，并确定速度的方向后，速度的变化可能与速度方向相同，也可能与两个速度方向相反。通过例题如：已知汽车甲在10s内速度由10m/s增加到20m/s，汽车乙在10s内速度由20m/s减小到10m/s，求甲乙车的加速度各是多少？让学生感受加速度有正有负。此时教师加以点拨，把例题用有向线段表示出来如书上26页图1.5-2所示
书图1.5-2 加速度方向与速度方向的关系
在处理矢量减法时，可以将处理为对图中的有向线段可以引导学生这样去理解：将与方向相同的相加正好是两个有向线段头尾相连，得到如图甲，将与方向相反的相加，两个有向线段头尾相连，得到如图乙中的。
用正负号表示矢量的方向性，的方向与△v的方向相同，当为正时速度增加，当为负时速度减小。学生自主探究并在教师的讲解下学生对加速度的方向性已经有了全面深刻的认识，再通过例题对所学的知识加以巩固。到这里本节课的教学已基本完成，为使物理知识回归生活向学生介绍研究加速度在实际生活中有何用途及意义。
由此归纳出本节学习内容的教法就是通过实例分析、引导启发、实验探究，逐步建立起加速度概念，再通过典型的例题让学生进一步认识到加速度的方向性及v、△v及△v/△t之间的联系。学生的学法是通过观察视频和直观实验，小组间讨论、猜想、归纳。然后通过演示实验对实验数据进行分析得出加速度的表达式。再通过老师的点拨充分理解并掌握加速度的物理意义及应用。最后通过习题作业对所学的知识加以巩固体会。
三.教学设计
课题：速度改变快慢的描述—加速度
教具：气垫导轨、光电门（四个）、数字毫秒计时器（两个）、滑块、斜槽轨道、小球、多媒体课件、多媒体设施等。
教学过程：
1．举例 物体的运动（引导学生通过观看多媒体动画及视屏录像中物体运动的不同情境，使学生从不同层面更加细致、准确地领会已经学过的速度这一概念，使学生感受到物体运动及变化描述具有不同的层次性，为逐步建立加速度概念做好准备）--4分钟：
1) 法拉利赛车在赛道上疾驶，感受运动物体的位置在不断变化，即运动物体具有速度。
2) 仔细观察视屏中一头猎豹从发现到追赶瞪羚的过程，让学生直观感受运动物体速度有变化，速度大小方向可以不同。
3) 描述飞机起飞和轮船起航的过程，体会速度的变化有快慢之分。
在教师的引导下请同学观察、分析会得出：运动物体有速度、速度在变化、速度改变有快慢。
2．观察障碍实验 --2分钟：改变斜槽轨道的倾角使小球从同一斜槽位置由静止开始运动，示意图如下图3
图3 演示实验1示意图
老师问学生：如何比较两次小球的速度变化快慢？
3．猜想与假设--4分钟：由于两小球无法用肉眼观察区分哪次小球速度改变快，那么怎样通过计算准确地进行比较？速度改变的快慢如何表示？如果用△v表示速度的变化，△t表示速度改变所用的时间，△x表示物体在速度变化这段时间里的位移。用△v/△t表示速度变化快慢，还是用△v/△x表示速度变化快慢？
小组讨论，学生用生活经验（生活中比较快慢总是与时间有关），回顾初中学过做功快慢用用功率p表示p=△w/△t，通过自主分析得出速度变化快慢应该用△v/△t来描述。
4．实验验证—6分钟：
（说明：实验装置介绍及原理是作为课前预习内容，上课时教师选择性地讲解便可）
①介绍装置：气垫导轨、光电门（4个）、滑块、厚度不同的垫块、数字毫秒计时器（2个）。
如图4所示气垫导轨由平直光滑的三角形铝合金制成，轨面上均匀分布着孔径为0.6mm的两排喷气小孔。轨道一端封死，另一端为进气嘴。当由气源输出的压缩空气由进气嘴进入导轨腔体后就从轨面上的小孔喷出，托起滑块。滑块浮起的高度视气流大小及滑块质量而定。导轨底座有三个地脚螺旋，双脚端的螺旋用于调节轨面左右两侧的高度。单脚螺旋用于调节轨道水平。也可将不同厚度的垫块放在底脚螺旋下，以得到不同倾角的气轨斜面。
为了便于测量，导轨一侧固定有毫米刻度米尺，可测读光电门位置。
光电门固定在导轨带刻度的一侧，它由聚光灯泡和光电管组成。光电管与数字计时器相接，当有光照到光电管时，光电管电路导通，这时如果挡住光路，光电路为断路通过数字毫秒计门控电路，输出一脉冲使数字毫秒计开始或停止计时。
图4 实验装置示意图
数字毫秒计时器如下图5所示，当置于“计时1”时测量对任意光电门的挡光时间，可连续测量。按下取数键盘可查看。当置于“计时2”时测量光电门两次挡光的间隔时间，可连续测量。
图5 数字计时器控制面板
②.介绍实验原理：把四个光电门固定在气轨上，保持轨道有倾角，记下四个光电门的位置、、、，有、、，滑块向下运动第一个计时器记录滑块在四个光电门处的挡光时间、、、，用挡光片的宽度d除以挡光时间即为挡光处的瞬时速度、、、，用另一只数字计时器测定一处挡光到另一处的时间段、、，分析比较、、与、、。
改变垫块的高度，再测一组，两组间在进行分析比较。
③实验操作并记录数据：
课前先接好电路，讲到演示实验时打开电源用两个不同高度的垫块得到不同的气垫斜面的实验数据。每实验小组各发一张事先设计好的实验数据记录表格（由于本节课的重点不是实验设计，另外为了节省课堂时间在这里就不要求学生自行设计表格了）如下：
已知：挡光片宽度d=0.030m 挡光处速度
其中、、、是第一个计时器记录的挡光时间，、、、是挡光处的瞬时速度。
垫块高度h/m /s /s /s /s /m/s (m/s) /m/s /m/s
记录光电门的位置： 、 、 、 。
算出= 、= 、=
比较与：
垫块高度h/m
5.分析实验数据—3分钟：对于同一垫块学生很难看出、、之间的关系，却很容易看出==。说明先前猜想的描述速度变化快慢比用描述速度变化快慢更简单。
6.得出加速度概念—4分钟：
①在物理中用加速度描述速度变化的快慢，加速度用a来表示，加速度是物体速度的变化量与发生这一变化所用时间的比值。即。
②加速度的单位是读作“米每二次方秒”。
③加速度是矢量，既有大小又有方向。
7.通过具体的例题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—11分钟：
例题1：已知汽车甲在10 s内速度由10m/s增加到20m/s，汽车乙在10s内速度由20m/s减小到10m/s，求甲、乙车的加速度各是多少？
解：
发现a有负值，负号表示加速度方向跟速度的方向相反，即加速度既有大小又有方向是矢量。
例题2：下列关于速度和加速度的叙述中，结论正确的是 (D )
A.物体的速度越大，它的加速度也一定越大
B.物体运动的加速度为零，它的速度也为零
C.物体运动的速度改变越大，它的加速度也一定越大
D.加速度的大小就是速度对时间的变化率的大小
例题3：下列所说的运动情况，可能的是 (ABCD )
A.物体的加速度增大，其速度也增大
B.物体的加速度减小，其速度也减小
C.物体的加速度增大，但速度减小
D.物体的加速度减小，但速度增大
教师对加速度的方向性加以讲解：回忆第3节研究位置变化的过程，用计算位移时位移的方向可能与坐标的正方向相同，也可能与坐标的正方向相反。但是位移△x的方向与速度方向一定相同，速度变化实际上是在进行矢量减法，当初末速度在同一直线上，并确定速度的方向后，速度的变化可能与速度方向相同，也可能与两个速度方向相反。但a的方向总与得方向相同。
8.举例分清速度变化与速度的变化率之间的关系—8分钟：
如下表格所示:
（m/s） （s） (m/s) （m/s） ()
A.自行车下坡 2 3 11 9 3
B.公共汽车出站 0 3 6 6 2
C.某舰艇出航 0 20 6 6 0.3
D.火车出站 0 100 20 20 0.2
E.飞机匀速飞行 300 10 300 0 0
提问：速度大加速度一定大吗？通过上面的表格学生很容易作出判断，速度大加速度不一定大，还与速度变化所用的时间有关系。
教师点拨（速度和加速度的区别）：速度是描述物体运动快慢的物理量，或者说描述位置变化快慢的物理量。速度大，表示运动得快或者说位置变化的快。加速度是描述速度变化快慢的物理量，加速度越大，表示速度变化得越快。速度等于位移和时间的比值，因而速度是位置对时间的变化率。加速度等于速度的变化和时间的比值，因而加速度是速度对时间的变化率。所谓某一个量对时间的变化率，是指单位时间内该量变化的数值。变化率表示变化的快慢，不表示变化的大小。
速度的大小决定于位移和发生这段位移所用的时间，位移大速度并不一定大，因为发生这段位移所用的时间可能很长。加速度的大小决定于速度变化大小和发生这一变化所用的时间，而不决定于速度本身的大小及速度变化大小。汽车启动时虽然速度很小，加速度却较大，汽车正常行驶时，速度很大，加速度却很小，甚至为零。
速度和加速度都是矢量。在直线运动中，速度的方向就是位移的方向，而加速度的方向可能跟速度方向相同，也可能跟速度方向相反。当加速度方向跟速度方向相同时，速度在增加；当加速度方向跟速度方向相反时，速度在减小。
9.介绍加速度在实际生活的应用—2分钟：
介绍死亡加速度，西方交通管理部门为了交通安全，特制定了死亡加速度500g(g=10)这一数值，以醒世人．意思是如果行车加速度超过此值，将有生命危险，那么大的加速度，一般情况下车辆是达不到的，但如果发生交通事故时，将会达到这一数值，因为，一般车辆碰撞的时间短，大多为毫秒级．为了避免交通伤亡，交通管理部门特规定，汽车驾驶员必须系安全带，骑摩托车必须带安全帽．安全帽、安全带有缓冲作用，增加缓冲时间能极大的减少冲力，这对人来说安全多了，认识了这个问题，人们在交通中会自觉遵守这些交通规则。
10.布置作业—1分钟：书29页1、2题。
补充：1、两辆摩托车时速每小时20km（5.6m/s），相向而行发生碰撞，碰
撞时间毫秒级，那么在这样短的时间内，产生的加速度在什么范围？
2.一个物体的加速度为零，则该物体一定是 ( )
A.静止不动 B.匀速直线运动
C.静止或匀速直线运动 D.做速度大小不变的运动
3.若汽车的加速度方向与速度方向一致，当加速度减小时，则( )
A．汽车的速度也减小
B．汽车的速度仍在增大
C．当加速度减小到零时，汽车静止
D. 当加速度减小到零时，汽车的速度达到最大
四．板书设计
板书说明：该板书在结构和布局上努力做到层次分明、有条理性；重点突出，详略得当；画龙点睛，具有启发性。板书结构设计的依据是教学内容、学生的认知特点和认识过程。设计不仅反映了知识的结构和内在联系而且反映学生知识的意义建构过程，充分调动学生的思维，使新知识的获得建立在原有知识经验的基础上。
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