资源简介

匀变速直线运动的研究复习
课程基本信息
课例编号 学科 物理 年级 高一 学期 上学期
课题 匀变速直线运动的研究复习
教学目标
教学目标： 梳理知识形成知识网络。 梳理隐藏在知识背后的研究方法，促进学生的科学思维的发展。 通过具体问题的解决，提高学生处理实际问题的能力。 教学重点： 对本章内容进行回顾，形成网络。 深入研究本章涉及的研究方法。 教学难点： 1．深入研究本章涉及的研究方法。
教学过程
时间 教学环节 主要师生活动
3分钟 15分钟 3分钟 1分钟 环节一： 知识梳理与整合 环节二：研究方法 环节三：解决实际问题 环节四：课堂小结 前面几节课同学们学习了匀变速直线运动的研究这一章。本节课我们主要从知识梳理与整合、研究方法、解决实际问题这三个方面来进行复习。 环节一：知识梳理与整合 【讲解】第一节我们从实验探究入手，研究小车在重物牵引下运动的速度随时间变化的规律，利用打点计时器获取数据，绘制了小车的速度时间图像，得到了小车速度随时间均匀变化的结论。第二节我们在第一节实验研究的基础上，定义了匀变速直线运动，得到了匀变速直线运动的速度与时间的关系。第三节我们从其他角度继续研究了匀变速直线运动，得到了位移与时间的关系和位移与速度的关系，最后一节我们利用前面学习的方法和规律研究了自由落体运动，并了解了伽利略对落体运动研究的方法。 【讲解】具体来讲第一部分实验探究，主要探究了小车在重物的牵引下速度随时间变化的规律。整个实验先后经历了设计实验思路，进行实验，数据记录，数据分析四个步骤，最后通过绘制v-t图像找出了物体速度变化的规律。第二部分是对运动规律的研究，我们通过第一节得到的v-t图像，建立了匀变速直线运动这样一个理想模型， 我们先是定义了这种运动（沿着一条直线，且加速度不变的运动）。然后研究了它的特点（加速度保持不变，速度随时间均匀变化），同时根据加速度与初速度方向的关系对它进行了分类（可分为匀加速直线运动和匀减速直线运动）。接下来我们研究了这种运动速度与时间的关系 ，位移与时间的关系 ，位移与速度的关系 。我们知道在使用这三个公式时要先规定正方向，为什么有这个要求呢？因为这三个公式都是矢量式，具有方向性，当某个物理量的方向与规定的正方向相反时，要取负值代入公式。第三部分知识应用，主要研究了自由落体运动，我们仿照研究匀变速直线运动的思想，先是通过实验看到了在牛顿管中轻重不同的物体下落的一样快的现象，然后又建立了一个理想模型——自由落体运动。我们从理论上定义了这种运动（物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。）接着又是通过实验探究的方法发现这种运动的加速度保持恒定，方向竖直向下，大小为9.8m/s2。最后我们根据自由落体运动的特点，得到了它的速度与时间的关系 ，位移随时间的关系 。以上就是我们这一章最核心的内容。 环节二：研究的方法 【讲解】我们知道知识很重要，但是研究知识的方法更重要，那么这一章我们都学了哪些研究方法呢？ 我们学习了建立模型的方法，这一章中匀变速直线运动和自由落体运动就是我们建立的理想模型。 第二种研究方法是科学推理， 在应用极限思想研究匀变速直线运动的位移与时间的关系这部分内容时，我们就使用了科学推理中的“微元求和”思想 第三种研究方法是实验研究，本章的第一节正是用通过实验探究了小车速度随时间的变化规律。 第四种研究方法是实验探究+逻辑推理的方法。伽利略对落体运动的研究中就充分体现了这种方法的应用。 1建立模型 【讲解】第一种，建立模型。在研究落体运动的课堂上我们做过了纸片和铁片下落的实验，实验中我们观察到纸片和铁片同时下落时，纸片下落的比铁片慢，但将纸揉成纸团后，就可以和铁片下落的同样快。这个实验让我们意识到空气阻力是影响下落的复杂因素，在空气阻力的影响较小的情况下，忽略空气阻力，物体的运动就是自由落体运动。可见自由落体运动是一个理想模型。 建立理想模型是物理学的重要研究方法之一，第一章中学习的质点是对研究对象建立的理想模型，而匀变速直线运动、自由落体运动是对运动过程建立的理想模型。 【问题1】什么是理想模型？ 所谓的理想模型，就是对客观事物的一种近似反映，它突出地反映了客观事物的某一主要矛盾或主要特性，完全地忽略了其他方面的矛盾或特性。比如我们刚才忽略纸团和铁片受到的空气阻力就是建立了一种理想模型。 【问题2】为什么要建立理想模型？ 我们知道物理学所研究的对象往往受许多因素的影响，有的是主要因素，有的是次要因素。研究问题时，不可能把所有的因素都考虑在内，而是要化繁为简，抓住主要因素，忽略次要因素。 当我们忽略了次要因素，就可以集中全力去研究主要因素对研究问题的影响，这样有利于我们把复杂问题简单化，得到反映问题本质的结果。 伽利略曾经说过，懂得忽略什么，有时与懂得重视什么同等重要。 2．“科学推理” 第二种研究方法，科学推理。我们可以用 图像速度曲线与时间轴所围的面积，表示物体在这段时间内运动的位移。在得到这个结论的过程中，我们用到了科学推理中的“微元求和”思想。 【问题3】那么什么是微元求和思想呢？ 微元求和思想是分析、解决物理问题中的常用方法。也是从部分到整体的思维方法。它是将一个变化过程进行无限细分，从中抽取某一微小单元进行研究，然后将“元”过程进行累加求和，从而使问题得到解决。 【问题4】该如何使用这种思想？ 这种方法该如何用呢 还是以匀变速直线运动图像面积与位移关系为例。第一步，研究对象无限细分，对应 把时间无限细分；第二步，抽取微小单元进行研究，对应 取一小段时间间隔研究运动规律；第三步，将“元”过程进行求和 对应 将所有小过程的位移进行求和。 【问题5】这种思想对于研究问题有什么帮助呢？ 微元求和思想可以使一些复杂的物理过程用我们熟悉的物理规律迅速地加以解决，使所求的问题简单化。比如一大段时间的位移，我们不大容易求，但是当我们把时间进行无限细分时，每一小段时间的极短，速度变化不大，可以看成匀速直线运动，这种运动是我们非常熟悉的，位移等于速度乘以时间。然后我们再将所有小过程的位移进行求和，就可以得到一整段时间的位移，大家看是不是让所求的问题简单化了？ 实验探究 【讲解】第三种研究方法，实验研究。物理学是一门以实验为基础的学科，所有的物理概念、规律、定律都是建立在实验的基础上。所以实验研究是非常重要的，也是非常必要的。这一章主要研究匀变速直线运动，我们的研究过程也正是以实验为起点，通过对实验得到的数据进行分析处理，最终得到这种运动的规律。 在第一节的学习中，我们的实验探究主要经历了设计实验思路，进行实验，数据记录，数据分析四个步骤，这里我们想着重说说数据分析这部分内容。在中学阶段，我们通常是通过作图的方式进行数据分析，这种方法不仅可以用图示的方式直观地展示测量的结果，而且还可以清晰地揭示出各变量之间的变化关系。下面就以小车的速度时间图像为例，主要从以下三个方面介绍这种研究方法 ：1作图规范 2 图像分析 3 计算机绘制v-t图像 作图规范 ①在坐标纸上建立直角坐标系，水平轴画于纸的底端，纵轴画于纸的左端，图应尽可能大，有利于提高作图精确度。 ②明确自变量和应变量，并标于相应的坐标轴上，同时标上变量的单位 ③确定每个变量变化的范围，选择合适的比例标度，并标于相应的坐标轴上 ④在坐标纸上精确标定各个数据点，绘制一条最适合的光滑图线，让图线通过尽可能多的点，并且让不在线上的点比较均匀的分布在图线的两侧。 图像分析 【讲解】绘制图像不是实验研究的最终目的，研究的目的是通过绘制图像，找出隐含于其中的变量间的变化关系。下面结合速度时间图像看看如何进行分析，从图像上可以看出图像的数据点基本分布在一条直线上，根据数学知识，它应符合方程，那么如何推导这一线性方程的具体表达式呢？常用的做法是这样的： ① 在直线上选取距离足够大的两个点 ② 分别求出这两点之间的水平变化量和竖直变化量 ③ 算出直线的斜率 ④ 找出直线在纵轴上的截距b ⑤ 用实际变量的符号和计算结果代换直线方程 计算机绘制 v~t 图像 【讲解】其实，随着信息技术的发展和普及，有很多计算机软件可以帮助我们自动完成这一过程。例如Excel软件就是一个功能强大的图表制作与分析软件，它不仅可以帮我们轻松完成各种图形的制作，而且还能运用统计分析功能找出最合适的图线。 实验探究+逻辑推理 【讲解】第四种研究方法，伽利略在研究落体运动时，创造了把实验探究和逻辑推理结合起来的科学研究方法，这种研究方法也成为现代物理学研究的重要方法。 我们简单回顾一下伽利略对落体运动规律的研究过程。他首先提出一个问题，自由落体运动的规律是什么样的？然后他提出猜想，速度随时间均匀变化，接下来他用数学推理的方法得到了如果速度随时间均匀变化，必有位移与时间的平方成正比。接着他就开始用实验进行验证，发现只要斜面倾角一定，不管什么样的小球，加速度都是相同的。于是伽利略将结果进行合理外推，认为如果斜面的倾角增大到90度，也应该有这样的结果，最终得到结论所有物体做自由落体运动时的加速度都是一样的。大家看，整个研究过程非常严谨，得到的结论自然也是正确的。 环节三：解决实际问题 【视频】：一列高速行驶的列车上，有乘客突发重病，需要紧急停车，送病人治疗。 【例题】以30m/s的速率运动的列车，接到通知，要在前方小站临时停靠1min，送一个重病人下车，列车于是以大小为0.6m/s2的加速度做匀减速直线运动，到小站恰好停止。停车1min，放下病人后列车再以1.0m/s2的加速度匀加速直线启动，直到恢复原来的速度行驶。求列车由于临时停车，共耽误了多少时间？ 【教师】讲解例题 环节四：课堂小结 【教师】最后我们再来回顾一下，这节课都研究了哪些内容。我们先是从实验探究、理论分析、知识应用三个角度对全章的核心内容进行了梳理和整合。接着我们学习了四种物理学中常用的研究方法，分别是建立模型、科学推理、实验研究、实验探究与逻辑推理相结合的方法。最后我们用所学的知识解决了一个实际生活中遇到的一个问题。希望大家能通过这一章的学习学会研究运动学的方法，为以后研究其他复杂的运动打下坚实的基础。

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