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1.3位置变化快慢的描述——速度 教学设计
一、教学目标
本设计严格依据《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》，结合高一学生由具象思维向抽象思维过渡的认知特点，确立以下核心素养目标：
（一）物理观念
能准确表述速度的物理意义，明确其定义式、国际单位及常用单位换算（1m/s=3.6km/h），深刻理解速度的矢量性（包含大小和方向，方向与位移方向一致）。
清晰区分平均速度与瞬时速度的定义、适用场景及本质差异，知晓瞬时速率与平均速率的概念，能在具体运动情境中精准辨析上述概念。
掌握v-t图像的绘制方法，理解图像中横纵轴含义、点与线的物理意义，能根据图像判断物体速度的大小变化与方向变化。
（二）科学思维
通过对比“相同时间比位移”“相同位移比时间”的思维过程，体会比值定义法在构建速度概念中的科学性，培养抽象概括与逻辑推理能力。
在瞬时速度概念的建构中，通过“时间间隔无限减小”的推理，初步感知极限思想的物理价值，发展科学抽象思维。
通过对实验数据的分析与图像转化，学会运用数形结合的方法描述物理规律，提升数据处理与信息转化能力。
（三）科学探究
能规范操作打点计时器，准确测量纸带上计数点间的位移与时间，掌握利用平均速度近似计算瞬时速度的实验方法。
能根据实验数据独立绘制v-t图像，通过图像分析发现物体运动规律，并能对实验误差进行简单分析（如测量工具精度、计数点选取等）。
在小组合作探究中，主动参与数据记录、讨论分析等环节，提升合作交流与实验探究能力。
（四）科学态度与社会责任
通过对苏炳添田径赛事、高铁运行等生活实例的分析，感受物理知识与生产生活的紧密联系，激发物理学习兴趣。
在实验操作与数据处理中，培养严谨求实、尊重客观数据的科学态度，体会科学研究的严谨性。
结合速度概念在交通限速、航天器发射等领域的应用，认识物理知识在推动科技进步与保障社会安全中的作用，增强社会责任感。
二、教学重难点
（一）教学重点
速度的概念建构：包括定义、公式、单位、矢量性及与初中“速度”概念的本质区别。
平均速度与瞬时速度的辨析：明确二者对应“过程”与“状态”的核心差异，以及“Δt趋近于0时平均速度近似为瞬时速度”的联系。
实验探究：打点计时器的使用、瞬时速度的测量方法及v-t图像的绘制与分析。
（二）教学难点
矢量性的理解：学生易忽略速度的方向属性，需通过反向运动实例强化“速度正负表示方向”的认知。
瞬时速度的本质：极限思想的抽象性较高，需通过具象化的x-t图像“割线变切线”过程降低理解难度。
v-t图像的物理意义：避免学生将图像误解为“物体运动轨迹”，需通过对比x-t图像深化理解。
三、教学方法与用具
（一）教学方法
采用“情境驱动—问题链引导—探究建构—应用深化”的教学模式，融合以下方法：
情境教学法：以生活中的运动实例（苏炳添跑步、高铁与汽车竞速等）创设情境，激发探究欲。
问题探究法：通过递进式问题链（如“如何判断快慢？”“平均速度能反映瞬间快慢吗？”）引导学生主动思考。
实验演示与分组法：结合打点计时器传统实验与位置传感器数字化实验，兼顾操作体验与数据直观性。
多媒体辅助法：利用动画演示极限思想、图像转化过程，突破抽象概念教学难点。
（二）教学用具
教师用具：多媒体课件（含视频、动画、例题）、打点计时器（电磁式或电火花式）、纸带、刻度尺、小车、倾斜轨道、位置传感器及数据采集软件、投影仪。
学生用具：分组实验器材（打点计时器、纸带、刻度尺）、实验记录本、计算器、草稿纸。
四、教学过程
（一）情境导入：聚焦“快慢”的判断困惑
1.回顾旧知：提问“上节课我们用什么物理量描述物体的位置变化？”（位移），引导学生明确“位移仅说明‘位置变了多少’，未说明‘变得有多快’”，从而引出本节课核心问题——如何描述位置变化的快慢。
2.情境冲突：播放两段视频片段——①苏炳添东京奥运会100米半决赛，位移100m，用时9.83s；②我国复兴号高铁某段行程，位移100km，用时1h。提问：“苏炳添和高铁谁运动得更快？仅比较位移或时间能得出结论吗？”
3.学生讨论：小组交流后发现“需结合位移和时间共同判断”，初步提出“用位移与时间的比值来比较”的思路，教师顺势导入本节课主题——速度。
【设计意图】通过新旧知识衔接建立认知基础，以学生熟悉的体育明星和科技成果创设情境，既激发兴趣又增强民族自豪感，同时通过“快慢判断”的冲突引出探究方向。
（二）概念建构一：速度——位置变化快慢的定量描述
1.比值定义的推导：
给出三组运动实例数据：
运动物体 位移Δx 时间Δt
苏炳添（100米） 100m 9.83s
复兴号高铁 100km 1h
普通家用汽车 100km 1.2h
引导学生分析：①当时间相同时（可假设都为1s），位移越大，运动越快；②当位移相同时，时间越短，运动越快。进而总结：“位移与时间的比值能定量反映位置变化的快慢”。
2.速度的定义：
明确速度的物理意义——描述物体位置变化快慢的物理量。给出定义：物体在某段时间内的位移与发生这段位移所用时间的比值。定义式：v=Δx/Δt（其中Δx为位移，Δt为对应时间）。
3.单位与换算：
国际单位：米每秒（m/s），常用单位：千米每小时（km/h）。通过数学推导得出换算关系：1m/s=3.6km/h，并举例说明“5m/s相当于18km/h，比普通步行快”，帮助学生建立直观认知。
4.矢量性的强调：
提问：“两辆汽车分别沿东西方向行驶，位移大小都是100m，用时都是10s，它们的速度相同吗？”引导学生发现“方向不同，运动状态不同”，从而明确速度是矢量，其方向与位移方向相同。在直线运动中，可规定正方向，用正负号表示速度方向（如向东为正，向西运动的速度为负）。
5.与初中概念的区别：
对比表格：
对比项 初中“速度” 高中速度
定义依据 路程与时间的比值 位移与时间的比值
矢量性 标量（只有大小） 矢量（大小+方向）
本质 平均速率 平均速度（过程量）
【设计意图】通过数据对比让学生自主发现比值定义的合理性，结合生活实例突破矢量性这一易错点，通过新旧概念对比厘清认知误区，落实物理观念的建构。
（三）概念建构二：平均速度与瞬时速度——过程与状态的区分
1.平均速度的局限性：
情境设问：“苏炳添100米全程的平均速度约为10.17m/s，这个速度能反映他起跑瞬间或冲线瞬间的真实快慢吗？”结合“龟兔赛跑”故事——乌龟全程平均速度大于兔子，但兔子某段时间内速度远大于乌龟，引导学生认识到“平均速度仅反映某段过程的平均快慢，无法精确描述某一时刻的运动状态”。
给出平均速度的严格定义：某段时间内的位移与这段时间的比值，对应“一段过程”，公式仍为v=Δx/Δt，但需明确Δx和Δt的对应关系。
2.瞬时速度的建构：
问题递进：“如何才能精确描述某一时刻的快慢？”引导学生思考“缩短时间间隔”的思路。
动画演示：展示物体做直线运动的x-t图像，取某一时刻t0，分别选取Δt1（较大）、Δt2（较小）、Δt3（极小）三个时间间隔，画出对应的割线。学生观察发现：随着Δt逐渐减小，割线越来越接近t0时刻的切线，割线斜率（平均速度）越来越接近t0时刻的真实速度。
给出瞬时速度的定义：当时间间隔Δt趋近于0时，平均速度的极限值即为该时刻的瞬时速度，对应“某一时刻或某一位置”，是状态量。
强调：初中物理中“速度”多为瞬时速度（如汽车速度表显示的速度），高中需明确区分“过程”与“状态”。
3.速率的概念补充：
瞬时速率：瞬时速度的大小，是标量（如汽车速度表读数）。
平均速率：某段时间内的路程与这段时间的比值，是标量，与平均速度的大小无必然联系（如绕操场跑一圈，位移为0，平均速度为0，但平均速率不为0）。
4.概念辨析表格：
概念 对应对象 矢量/标量 核心特点
平均速度 某段时间/位移（过程） 矢量 反映过程平均快慢
瞬时速度 某一时刻/位置（状态） 矢量 反映状态真实快慢
瞬时速率 某一时刻/位置（状态） 标量 瞬时速度的大小
平均速率 某段时间/路程（过程） 标量 路程与时间的比值
【设计意图】通过情境冲突引出概念深化的需求，利用动画直观演示极限思想，降低抽象概念的理解难度，通过表格对比强化概念辨析，培养科学思维。
（四）实验探究：速度的测量与v-t图像的绘制
1.实验目的：学会用打点计时器测量瞬时速度，通过数据绘制v-t图像并分析运动规律。
2.实验原理：利用“Δt足够小时，平均速度近似等于瞬时速度”的思想，选取纸带上相邻计数点间的平均速度作为中间时刻的瞬时速度。
3.实验步骤：
（1）仪器安装：将打点计时器固定在倾斜轨道一端，连接电源（电磁式接低压交流电源，电火花式接220V交流电源），将纸带一端固定在小车上，另一端穿过计时器限位孔。
（2）操作规范：释放小车，待小车运动稳定后接通电源，纸带打出点后立即关闭电源，更换纸带重复实验3次，选取点迹清晰的纸带备用。
（3）数据处理：①选取计数点：在纸带上选取连续的点，每5个点取一个计数点（时间间隔T=0.02s×5=0.1s），标记为A、B、C、D……②测量位移：用刻度尺测量相邻计数点间的距离（如xAB、xBC、xCD……），精确到0.1mm。③计算瞬时速度：以B点为例，vB=(xAB+xBC)/(2T)，同理计算各计数点对应时刻的瞬时速度。
（4）图像绘制：以时间t为横轴，瞬时速度v为纵轴，建立直角坐标系，根据数据描点，用平滑曲线连接各点，得到v-t图像。
4.数字化实验补充：教师用位置传感器连接电脑，演示小车运动过程，软件实时生成x-t图像并自动计算瞬时速度，绘制v-t图像，对比传统实验与数字化实验的异同，强调“实验原理的一致性”。
5.误差分析：引导学生讨论“误差来源”，如刻度尺测量的读数误差、计数点选取的间隔大小影响（间隔过小，位移测量误差大；间隔过大，近似效果差），培养严谨的实验态度。
【设计意图】通过传统实验强化操作能力，通过数字化实验提升直观性，让学生在“测量—计算—绘图”的过程中落实科学探究目标，理解实验方法的本质。
（五）应用深化：概念辨析与图像解读
1.核心知识归纳：
（1）速度概念体系：
定义核心：位移与时间的比值（矢量），区分初中“路程与时间的比值”（标量）。
两类速度：平均速度（过程量，v=Δx/Δt）、瞬时速度（状态量，Δt→0时的平均速度）。
速率关联：瞬时速率=瞬时速度大小，平均速率≠平均速度大小。
（2）v-t图像解读：
横轴：时间t；纵轴：速度v（正负表示方向）。
图像上的点：对应某一时刻的瞬时速度。
图像的线：反映速度随时间的变化规律（如倾斜直线表示速度均匀变化，水平直线表示匀速运动）。
易错警示：v-t图像不是物体的运动轨迹，而是速度随时间的变化曲线。
2.分层练习：
【基础巩固题】
1.关于速度的说法，正确的是（）
A.速度是描述物体位置变化的物理量
B.速度的方向与位移方向一定相同
C.速度的大小与平均速率一定相等
D.速度越大，说明物体的位移越大
答案：B
解析：A项错误，位移描述位置变化，速度描述位置变化快慢；B项正确，速度是矢量，方向与位移方向一致；C项错误，平均速率是路程与时间的比值，与平均速度大小无必然联系（如曲线运动中平均速率大于平均速度大小）；D项错误，速度越大，说明位置变化越快，位移大小还与时间有关。
2.某同学从家到学校，先以1m/s的速度步行500m，再以5m/s的速度骑车1000m，全程的平均速度是多少？
答案：2.5m/s
解析：平均速度的核心是“总位移与总时间的比值”。①总位移Δx=500m+1000m=1500m；②步行时间t1=Δx1/v1=500m/1m/s=500s，骑车时间t2=Δx2/v2=1000m/5m/s=200s，总时间Δt=500s+200s=700s；③全程平均速度v=Δx/Δt=1500m/700s≈2.14m/s？（此处修正：1000m/5m/s=200s，总时间700s，1500/700≈2.14？原答案有误，正确计算应为：500m步行时间500s，1000m骑车时间200s，总时间700s，总位移1500m，平均速度1500/700≈2.14m/s。此前“2.5m/s”为错误，需更正）
更正答案：约2.14m/s
解析补充：计算平均速度时，需严格遵循“总位移对应总时间”，不可直接取速度的平均值（(1+5)/2=3m/s是错误的），因两段运动时间不同。
【能力提升题】
3.下列关于瞬时速度和平均速度的说法，正确的是（）
A.匀速直线运动中，瞬时速度与平均速度一定相等
B.瞬时速度为零的物体，平均速度一定为零
C.平均速度为零的物体，瞬时速度一定为零
D.瞬时速度越大，平均速度一定越大
答案：A
解析：A项正确，匀速直线运动中速度大小和方向不变，任意时刻的瞬时速度与任意过程的平均速度都相等；B项错误，如竖直上抛运动到最高点时瞬时速度为零，但全程平均速度不为零；C项错误，如绕操场跑一圈，平均速度为零，但运动过程中瞬时速度不为零；D项错误，瞬时速度是某一时刻的速度，平均速度反映全程平均快慢，如汽车启动时瞬时速度逐渐增大，但初始阶段平均速度较小。
4.某物体的v-t图像如图所示（假设沿直线运动，规定正方向为东），请分析：
（1）0-2s内物体的运动方向和速度变化规律；
（2）2-4s内物体的运动方向和速度变化规律；
（3）t=3s时物体的瞬时速度大小和方向。
（注：图像描述为：0-2s，速度从0均匀增大到4m/s；2-4s，速度从4m/s均匀减小到-2m/s）
答案：
（1）0-2s内，速度为正值，物体向东运动；速度从0均匀增大到4m/s，做加速直线运动。
（2）2-4s内，前2-3s速度为正值，物体向东运动，速度逐渐减小；3-4s速度为负值，物体向西运动，速度大小逐渐增大（即向西做加速运动）。整个2-4s内速度先减小后反向增大。
（3）t=3s时，瞬时速度大小为1m/s，方向向西（因速度为负值，与正方向相反）。
解析：v-t图像中，速度的正负表示方向，绝对值表示大小，图像斜率表示速度变化快慢。2-4s内，速度从4m/s减小到-2m/s，中间在t=3s时速度为0，是运动方向改变的时刻。
【拓展创新题】
5.苏炳添在100米比赛中，起跑后0.3s内速度从0增大到3m/s，0.3-1.0s内速度从3m/s增大到10m/s，1.0-9.83s内速度基本保持10m/s匀速运动，冲线后速度逐渐减小。请计算：
（1）0.3-1.0s内的平均加速度（加速度定义为速度变化量与时间的比值）；
（2）全程的平均速度（结果保留两位小数）。
答案：
（1）平均加速度a=Δv/Δt=(10m/s-3m/s)/(1.0s-0.3s)=7m/s/0.7s=10m/s 。
（2）全程位移Δx=100m，总时间Δt=9.83s，平均速度v=Δx/Δt=100m/9.83s≈10.17m/s。
解析：（1）加速度是后续学习内容，本题通过定义式引导学生迁移应用比值法，为后续学习铺垫；（2）强调平均速度与瞬时速度的区别，苏炳添全程平均速度约10.17m/s，但冲线瞬间的瞬时速度可能更高。
（六）课堂小结与作业布置
1.小结：引导学生以思维导图形式梳理本节课知识体系，核心脉络为“快慢判断→速度定义（矢量、公式、单位）→平均速度与瞬时速度（过程与状态）→实验测量与v-t图像”，强调“矢量性”“极限思想”“数形结合”三个核心要点。
2.作业布置：
（1）基础作业：完成教材P23-24习题1、3、5题，巩固速度概念与平均速度计算。
（2）实验作业：整理本节课实验数据，完善v-t图像绘制，分析实验中存在的误差及改进方法。
（3）实践作业：记录生活中3个“速度”实例（如汽车速度表、高铁播报速度、运动员比赛速度），区分其是平均速度还是瞬时速度，并说明判断依据。
五、教学反思
1.核心素养落实：本节课通过情境创设、概念建构、实验探究等环节，较好地落实了物理观念、科学思维等核心素养。特别是在速度矢量性和瞬时速度概念的教学中，通过生活实例和动画演示，有效突破了抽象概念的教学难点。但部分学生对极限思想的理解仍需后续学习中通过更多实例强化。
2.教学方法效果：问题链引导法有效激发了学生的主动思考，实验探究环节让学生亲身体验“从数据到图像”的过程，提升了实践能力。但在分组实验中，需关注个别学生的参与度，可采用“小组分工记录+轮流展示”的方式确保全员参与。
3.练习设计梯度：分层练习覆盖了基础概念辨析、公式应用、图像解读等不同层次，能满足不同学生的学习需求。但拓展创新题中加速度概念的引入需控制讲解深度，避免增加学生认知负担，重点放在方法迁移上。
4.改进方向：可在课后通过线上平台发布v-t图像的互动练习，结合动画演示帮助学生深化图像理解；同时，收集学生的实践作业案例，在后续课堂中进行展示交流，进一步强化物理与生活的联系。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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