物理必修一2019新人教版: 1.4 速度变化快慢的描述—加速度 学案(共3份)

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名称 物理必修一2019新人教版: 1.4 速度变化快慢的描述—加速度 学案(共3份)
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资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2019-10-13 16:47:37

文档简介


速度变化快慢的描述 加速度
〖自学导案〗
请阅读教材第一章第5节P25至P27。完成下列问题,并将相应内容在书上做上记号
【任务1】
加速度是描述 的物理量。
【任务2】
加速度用字母 表示,是 与发生这一变化所用 的比值。
其定义式为 ,加速度的国际单位是 ,符号是 。
【任务3】
加速度是矢量。它的方向与 的方向相同。
在直线运动中,如果物体做加速运动,加速度的方向与速度的方向 ;
如果物体做减速运动,加速度的方向与速度的方向 。
〖问题讨论〗
【问题1】关于加速度,下列说法正确的是( )?
A.加速度表示物体运动的快慢?
B.加速度表示物体运动速度变化的大小?
C.加速度表示物体运动速度变化的快慢?
D.加速度的方向一定与物体运动方向相同?
【问题2】物体做直线运动时的速度为v,加速度为a,根据给出速度和加速度的正负,对下列运动性质的判断正确的是 ( )?
A.v>0,a<0,物体做加速运动 ?
B.v<0,a>0,物体做加速运动?
C.v>0,a>0,物体做加速运动 ?
D.v<0,a<0,物体做减速运动
【问题3】
质点以4m/s的初速度一直向东运动(取向东方向为正方向)2秒后速度增加为8m/s。
求:(1)此过程速度变化的大小和方向;(2)加速度的大小和方向.
【问题4】速度大,速度变化量(Δv)一定大吗? 速度变化量大,加速度一定大吗?
〖我的疑惑〗


〖典型例题〗
1、甲、乙两物体在同一直线上做匀变速运动,已知甲的加速度比乙的加速度大,则下列说法中正确的是 ( )?
A. 甲的速度一定比乙大?
B. 甲的速度变化量一定比乙的速度变化量大?
C. 甲的速度变化一定比乙的速度变化快?
D. 如果甲、乙两物体的速度变化量相同,则甲用的时间一定比乙多?
2、火车紧急刹车时,在15s内速度从54km/h均匀减小到零,求火车的加速度。
3、物体某时刻的速度v=5m/s,加速度a= —3m/s2,它表示 ( )
A. 物体的加速度方向与速度方向相同,而速度在减小?
B. 物体的加速度方向与速度方向相同,而速度在增加?
C. 物体的加速度方向与速度方向相反,而速度在减小?
D. 物体的加速度方向与速度方向相反,而速度在增大?
4、一个加速运动的物体,其加速度是6m/s2,关于这个6m/s2理解正确的是( )
A.某1s末的速度比该1s初的速度大6m/s
B.某1s末的速度比该1s初的速度大6倍
C.某1s初的速度与前1s末的速度相差6m/s
D.某1s末的速度与前1s初的速度总是相差6m/s
5、一钢球在光滑水平面上以10m/s的速度撞向墙壁,碰到墙壁经0.1s后以8m/s的速度被反向弹了回来.设钢球撞向墙壁时的方向为正方向,则钢球在碰撞这段时间内的平均加速度是 ( )?
A. 20m/s2,方向与正方向相同
B. 20 m/s2,方向与正方向相反?
C. 180 m/s2,方向与正方向相同
D. 180 m/s2,方向与正方向相反?
〖拓展训练〗
1、关于速度与加速度的说法中,正确的是( )
A.运动物体的加速度大,速度有可能大?
B.运动物体的加速度变小,速度一定变小?
C.物体的速度变化大,加速度也一定大?
D.物体的速度变化慢,加速度可能大?
2、甲、乙两个物体沿同一直线向同一方向运动时,取物体的初速度方向为正,甲的加速度恒为
2 m/s2,乙的加速度恒为—3m/s2,则下列说法中正确的是 ( )
A. 两物体都做加速直线运动,甲的速度变化快
B. 甲做加速直线运动,它的速度变化快
C. 乙做减速直线运动,它的速度变化率大
D. 甲的加速度比乙的加速度大
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. 汽车的速度可能不变?
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?
4、一物体做匀变速直线运动,某时刻速度的大小为4m/s,1s后速度的大小变为10m/s,则在这1s内该物体的( )
A. 速度变化的大小可能小于4m/s B. 速度变化的大小可能大于10m/s
C. 加速度的大小可能小于4m/s2 D. 加速度的大小可能大于10m/s2
《速度变化快慢的描述——加速度》
教 学 目 标
知识与技能
1.理解加速度的意义,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,能用公式a=△v/△t进行定量计算.
2.知道加速度与速度的区别和联系,会根据加速度与速度的方向关系判断物体是加速运动还是减速运动.
3.理解匀变速直线运动的含义,能从匀变速直线运动的v—t图象理解加速度的意义.
过程与方法
1.经历将生活中的实际上升到物理概念的过程,理解物理与生活的联系,初步了解如何描述运动.通过事例,引出生活中物体运动的速度存在加速和减速的现实,提出为了描述物体运动速度变化的快慢,引入了加速度概念的必要性,激发学生学习的兴趣.
2.帮助学生学会分析数据,归纳总结得出加速度.
3.教学中从速度一时间图象的角度看物体的加速度,主要引导学生看倾斜直线的“陡度”(即斜率),让学生在实践中学会应用数据求加速度.
情感态度与价值观
1.利用实例动画激发学生的求知欲,激励其探索的精神.
2.领会人类探索自然规律中严谨的科学态度,理解加速度概念的建立对人类认识世界的意义,培养学生区分事物的能力及学生的抽象思维能力.
3.培养合作交流的思想,能主动与他人合作,勇于发表自己的主张,勇于放弃自己的错观点.
教学重点、难点
教学重点
1.加速度的概念建立和加速度与匀变速直线运动的关系.
2.加速度是速度的变化率,它描述速度变化的快慢和方向.
教学难点
1.理解加速度的概念,树立变化率的思想.
2.区分速度、速度的变化量及速度的变化率.
3.利用图象来分析加速度的相关问题.
教 学 方 法
探究、讲授、讨论、练习
教 学 手 段
教具准备
多媒体课件,带滑轮的长木板、小车及砝码等.
教 学 活 动
[新课引入]
[演示]让小球分别在倾角较小的斜面和倾角较大的斜面上滚动.
[提问]小球两次各做什么运动?它们的不同之处在哪里?
[得出]小球两次都是做速度越来越快的直线运动,但后一次速度改变得快.那么怎样比较速度改变的快慢呢?
[讨论]速度改变快慢的比较
[讨论与交流]
利用多媒体投影播放赛车、高速列车、自行车,运动员等录像,提出问题,让学生思考讨论.谁的速度“增加”得快?如何来表示增加的快慢?
课件展示:某竞赛用的跑车启动时,4s内速度达到108km/h;某高速列车启动时, 120s内速度达到108km/h;自行车4s内速度达到6 m/s;而100 m跑运动员起跑时,0.2s内速度达到12m/s推算出这些物体启动时,速度的增加量和1 s内速度的增加量,并填入下列表格:
师:试根据上述数据,推算出这些物体启动时,速度的增加量和1 s内速度的增加量,并填入下列表格:
启动物体
速度增加量(m/s)
经历的时间(s)
1 s内速度的增加量(m/s)
速度增加的快慢程度(最快、较快、较慢、最慢)
A竞赛用跑车
30
4
7.5
较快
B高速列车
30
120
0.25
最慢
C自行车
6
4
1.5
较慢
D运动员
12
0.2
60
最快
比较A和B:它的速度的变化量相等(30m/s),A经过的时间比B短,在速度变化量相等的情况下,运动时间短的物体速度改变快,即跑车比列车速度改变快.
比较A和C:它的经过的时间都是4 s,A速度的变化量比B大,在经过的时间相等的情况下,速度变化量大的速度改变快,即跑车比自行车速度改变快
比较C和D:它们的速度变化量和所用的时间都不相同,要比较它们速度改变的快慢,只有计算它们的平均每秒钟速度的变化量,单位时间内速度变化多的物体速度变化快,得运动员速度变化(每秒钟改变60m/s)比自行车、列车、跑车速度变化(每秒钟改变1.5m/s)快.
因此,单位时间内速度变化量大的物体速度变化快.上述四物体,运动员速度变化最快,火车速度变化最慢.
师:很明显,这几个运动物体速度的增加量不同,速度增加的快慢也不同,且速度增加大的不一定就增加得快.为了描述物体运动中速度变化的快慢,人们引入了加速度的概念——加速度是用来描述速度变化的快慢的物理量.§1.5速度变化快慢的描述——加速度(板)
[新课教学]
一、加速度
师:请回忆一下我们是怎样描述物体运动位置的变化的?例如在直线运动中,物体从A点运动到B点,如下图1—5—l所示
建立数轴AB,设A点在数轴上的读数x1(一维位置坐标,下同)为2 m,B点在数轴上的读数x2为7m,则物体运动位置的变化大小为多少?
生:△x=x2一xl=7 m一2 m=5 m,方向由A指向B.
师:如果物体从A到B是做匀速运动,如果所用时间为t=10s,怎样求这段过程中物体的速度?
生:物体运动的速度v=△x/△t=5m/10s=0.5m/s,方向从A指向B.
师:如果物体做加速直线运动,同样在10s内,速度从2m/s增加到7m/s,怎样描述物体运动的速度增加的快慢呢?
生:用物体速度的增加量除以所用的时间来描述这段过程中物体运动速度增加的快慢.
师:如果用a符号表示物体速度增加的快慢,△v表示物体的速度变化量,△t表示物体的速度变化所用的时间,那么用公式如何表达呢?
生:a=△v/△t=(7-2)m/10s2=0.5m/s2
师:不同物体的运动,速度变化的快慢往往是不同的,再看下面的例子.
案例1:飞机的速度由。增加到约300km/h,飞机的速度的变化是多少?若发生这一变化用时约30 s,则物体的速度平均每秒增加多少?
案例2:迫击炮射击时,炮弹在炮筒中的速度在0. 005 s内就可以由0增加到250 m/s,炮弹速度的变化与发生这个变化所用时间的比值是多少?
学生讨论后回答.
生1(回答第一个案例):300km/h约相当于83m/s,a=△v/△t=(83—0)/30m/s2=2.8m/s2.
生2(回答第二个案例):a=△v/△t=(250—0)/0.005m/s2=5×104m/s2
师:上述方法就是变速直线运动中,描述物体运动速度变化快慢的基本思路和基本方法.其中a=△v/△t是变速直线运动的加速度的基本定义式.
(板书) 加速度
(1)定义:加速度等于速度的改变量跟发生这一改变所用时间的比值.
定义式:a=△v/△t =(vt-v0)/△t
v0——开始时刻物体的速度
vt——经过一段时间t时的速度
(2)物理意义:加速度是表示速度改变快慢的物理量.
(3) 国际单位:m/s2或m·s-2读作米每二次方秒
(4)加速度也是矢量,不仅有大小,也有方向.
[问]用两辆汽车以相同的速度变化率做匀加速运动和匀减速运动,虽然速度变化快慢相同,但速度的变化情况不同,前者速度越来越大,后者则反之.启发学生思考,只凭速度变化快慢(速度变化率的大小)不能完全反映速度变化的规律,从而引出加速度不仅有大小,而且有方向,是矢量.
(4)方向 : 加速度的方向和速度改变量的方向相同
加速度定义公式中时间△t是标量,是没有方向的,因此加速度a的方向跟速度改变量△v的方向相同,对做直线运动的物体,加速度的方向与初速度v0的方向相同或相反,若取v0的方向为正方向,则a的方向可用正负号来表示.因此:
加速度的方向和速度改变量的方向相同
加速直线运动:加速度的方向和初速度的方向相同,为正值.
减速直线运动:加速度的方向和初速度的方向相反,为负值.
[分析]当物体加速时,则△v =(vt-v0)>0,时间△t是标量,加速度a的计算值为正值,如果以初速度的方向为正方向(即初速度 v0取正值),a为正值则可表示a的方向与初速度的方向相同,或反过来说,若加速度a与初速度同向时,则这个直线运动为加速运动.
当物体是减速时,则△v =(vt-v0)<0,时间△t是标量,加速度a的计算值为负值,如果仍以初速度的方向为正方向(即初速度Iv0取正值),a为负值则可表示a的方向与初速度的方向相反,或反过来说,若加速度a与初速度反向时,则这个直线运动为减速运动.
阅读课文,说说什么是匀变速运动.
生:如果物体的加速度保持不变,该物体的运动就是匀变速运动.
师:如同平均速度与瞬时速度那样,加速度也有平均和瞬时之分.在匀变速运动中,平均加速度与瞬时加速度有什么关系?
生:在匀变速运动中,其速度随时间均匀变化(增加或减少),每时每刻的加速度,即瞬时加速度与一段时间内的加速度,即平均加速度相同.
师:匀速直线运动可看成什么运动?
生:可看成加速度为零的匀变速运动.
[实验与探究]
课题:体验1 m/s2加速度究竟有多大.
实验器材:高度约为斜面长度的十分之一的斜面(越光滑越好).
体验方法:把斜面的高度调节为斜面长度的十分之一(向学生讲明),让小球在斜面上滚下(注意观察速度变化的快慢程度),小球在这个斜面上运动的加速度便大约是1 m/s2.它的含义是说物体每秒钟速度的改变量是1 m/s.
[讨论与交流]
师:“上海磁悬浮列车的最高速度可达430 km/h,它的加速度一定很大.”这一说法对吗?为什么?
生:不对,当匀速运动时,尽管速度很大,加速度可以为零.
师:运载火箭在点火后的短时间内,速度的变化很小,它的加速度一定很小吗?
生:不对.由公式a=△v/△t可知,加速度等于速度的变化量和时间的比值,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.
[说一说]
日常生活中,对于运动物体说它走多远,是指路程或位移,说它走得多快,是指速度,而对加速度则没有相对应的典型词语.一般只有笼统的“快”和“慢”,往往指的是速度,但有时也有一些说法是模模糊糊地指加速度.请大家讨论哪些说法中指的是加速度?
生1:汽车的加速性能是汽车的一个很重要的参数,有人说,我这车好,启动快.
生2:在百米赛跑中,我们常说某某同学素质好,有很好的爆发力,起跑快.
阅读师:请学生阅读教材第30页“一些运动物体的加速度”.
学生阅读“一些运动物体的加速度”后应注意:
1.注意标题后括号内标明的“a/(m·s-2)”的含义,注意养成时时关心物理单位的习惯.
2.阅读汽车、电车、旅客列车、炮弹加速时的典型值,形成大小印象.
3.表中汽车急刹车时的加速度值为负值,这是什么含义?这是因为加速度是矢量,不但有大小,而且有方向,而负号只表示其方向,不表示其大小.
师:加速度大小反映了什么?加速度的方向一定跟什么方向相同?
生:加速度大小反映了物体速度改变的快慢,加速度越大,速度改变得越快,加速度越小,速度改变得越慢.加速度的方向跟速度改变的方向总是相同.
师:加速度跟速度是否有关?
生:加速度和速度是两个完全不同的物理量,加速度反映了物体速度改变的快慢,而速度反映了物体运动的快慢.不能根据加速度大小,判断物体运动快慢(速度大小),也不能根据速度大小判断速度改变的快慢(加速度大小),同样不能根据加速度方向判断物体的运动方向(速度方向),也不能根据速度方向判断物体速度改变的方向(加速度方向).
师:物体做匀加速直线运动时,加速度一定为正吗?物体做匀减速直线运动时,加速度一定为负吗?
生:不一定.物体做匀加速直线运动时,加速度方向一定跟物体的运动方向相同,物体做匀减速直线运动时,加速度的方向跟物体的运动方向相反.但是,加速度是正值还是负值,与正方向的选取有关,若取运动方向为正方向,则匀加速直线运动的加速度为正值,匀减速直线运动的加速度为负值;若取运动的反方向为正方向,则匀加速直线运动的加速度为负值,匀减速直线运动的加速度为正值.
师:加速度增加的运动是加速运动,加速度减小的运动是减速运动.这种认识对吗?如果不对,你认为应该怎样根据加速度判断物体的速度是增加还是减小?
生:不对.加速度的大小反映的是速度变化的快慢,并不能反映速度的大小.应该根据加速度的方向和速度方向的关系,判断速度增加还是减小.只要加速度方向跟速度方向相同,无论加速度大小如何变化,物体一定做加速运动;只要加速度方向跟速度方向相反,无论加速度大小如何变化,物体一定做减速运动.
师:速度、速度变化量及加速度有何区别?
生:速度是用来表示物体运动快慢的物理量,它等于位移和所用时间的比值,而加速度是用来表示物体的速度变化快慢的物理量,它等于速度的变化量和时间的比值(速度的变化率).
加速度的大小只反映物体速度变化的快慢,不能反映物体运动的快慢,加速度大说明物体速度变化得快,并不意味着物体就运动得快;加速度小说明物体速度变化得慢,并不意味着物体运动得慢;加速度为零,说明物体速度不变化,但并不意味着物体的速度为零,物体可能以很大的
速度做匀速直线运动.不仅速度大小和加速度大小没有必然联系,速度方向和加速度方向也没有必然联系.加速度方向与速度方向可能相同,也可能不相同.对于速度的变化量和加速度的区别,可根据加速度的定义a=△v/△t来理解,加速度是速度的变化率,而不是速度的变化量,加速度表示的是速度变化的快慢,而不是速度变化的多少,速度的变化量不仅与加速度有关,还与时间有关.因此,根据加速度不能判断速度变化的量的大小,反过来,根据速度变化量的大小也不能判断加速度的大小.
师:加速度和速度的区别:
(1)速度大,加速度不一定大;加速度大,速度不一定大.
(2)速度变化量大,加速度不一定大.
(3)加速度为零,速度可以不为零;速度为零,加速度可以不为零.
(3)加速度和速度以及速度的变化量之间的区别
加速度和速度是两个完全不同的物理量,加速度是描述速度变化快慢的物理量,速度是描述位置变化快慢的物理量,它们之间没有必然的联系,速度大的物体,加速度不一定大,速度为零的物体加速度不一定为零;速度变化大的物体加速度也不一定大;但速度变化快的物体加速度一定大.
(4)加速度是速度对时间的变化率
速度是位置对时间的变化率,加速度是速度对时间的变化率,因此,也可以说加速度是位置对时间的变化率的变化率.
[例题剖析]
(出示例题1)做匀加速运动的火车,在40 s内速度从10m/s增加到20 m/s,求火车加速度的大小.汽车紧急刹车时做匀减速运动,在2s内速度从10m/s减小到零,求汽车的加速度大小.
(出示例题2)判断下列说法是否正确.
①做匀变速直线运动的物体,它的加速度方向和速度方向总是相同.
错.只有做匀加速直线运动的物体,它的加速度方向和速度方向相同.
②做匀变速直线运动的物体,它的速度变化越大,加速度越大.
错.速度变化大,但不知所用时间的多少.
③做匀变速直线运动的物体,它的速度变化越快,加速度越大.
对.
二、从v—t图象看加速度
师:速度一时间图象描述了什么问题?怎样建立速度一时间图象?
生:速度一时间图象是描述速度随时间变化关系的图象,它以时间轴为横轴,以纵轴为速度轴,在坐标系中将不同时刻的速度以坐标的形式描点,然后连线,就画出了速度一时间图象.
[思考与讨论]
图1—5—2中两条直线a、b分别是两个物体运动的速度一时间图象,哪个物体运动的加速度比较大?
教师引导,学生讨论后回答.
学生在没有学习斜率概念前,可以用陡度的“平缓”或“陡”来表述.
生:a直线的倾斜程度更厉害,也就是更陡些,而b相对较平缓。所以a的速度变化快,即a的加速度大,b的速度变化慢,加速度小.
师:我们可以从直线上任意选择间隔较大的两点来找到这两个点间的速度变化量△v,时间间隔△t.
生:这样就可以定量求加速度了,用加速度的定义式a=△v/△t
(2)在v—t图像中,图像的斜率在数值上等于加速度.
匀变速直线运动的v—t图像是一条直线,直线的斜率的数值等于其加速度.
三、阅读科学漫步
(四)总结、扩展
1.什么叫加速度?它的定义式、物理意义、单位各是什么?
2.怎样正确理解加速度?加速度与速度间有什么关系?
3.速度的改变量是否总是速度增加?怎样理解加速度的正负号.
4.根据v—t图像怎样求加速度?
5.怎样根据加速度的大小和方向去判定物体的运动规律?
学 生 活 动
提问:速度的改变量指的是什么?
学生:速度由v0经一段时间t后变为vt,那的差值即速度的改变量。用表示。
提问:比值是恒定的,具体的含义是什么?
学生讨论得出:就是速度随时间而均匀改变。即a不变的运动叫做匀变速运动。匀变速运动又分匀变速直线运动和匀变速曲线运动。我们这一册中都是研究匀变速直线运动。
作 业
评价手册11-12页
板 书 设 计
五、速度改变快慢的描述 加速度
1.速度改变快慢的比较
2.加速度
(1)定义
(2)物理意义
(3)单位
(4)方向
3.对加速度的进一步认识
(1)匀变速直线运动的特点
(2)加速度是v—t图像的斜率




虽然不必让学生从速度变化的方向去判断加速度的方向,但是应该让学生知道:物体做匀加速运动时,加速度的方向跟速度的方向相同;做匀减速运动时,加速度的方向跟速度的方向相反.这是直线运动中(无往复运动)的普遍性结论.至于加速度的正、负问题,只是在特定的条件下(v0取正值)判断物体做匀加速还是匀减速运动的一种方法,这不是实质性的结论,所以教学中不必强化.也可类比v=△x/△t中速度v的方向与位移△x的方向相同,理解a=△v/△t兰中速度a的方向与速度变化量△v的方向相同
《速度变化快慢的描述——加速度》
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