第一单元 机械运动与物理模型-高中物理单元教学设计

>> 002 　高中物理单元教学设计　 第一单元  机械运动与物理模型 【单元教学设计】 1. 单元素养目标 第一单元的素养目标如表 1-1 所示。 表1-1　第一单元素养目标 教学内容 核心素养目标 物理观念 时间间隔、时刻、路程、位移、速度、 平均速度、瞬时速度、速率、加速度、 匀变速直线运动、自由落体运动 学生能够学会用比值法定义物理量，从变化率的 角度认识速度和加速度，学会从物理学视角描述 匀变速直线运动的规律 科学思维 质点、瞬时速度、加速度、匀变速 直线运动的速度与时间的关系、匀 变速直线运动的位移与速度的关 系、速度—时间图像、数形结合法、 微元法、理想实验法 学生能够体会构建物理模型的思维方式，认识物 理模型在探索自然规律中的作用。学生能够体会 极限思想，并学会用图像法研究和反映物理规律、 辨析物理概念、解决实际问题，从而提高应用数 学工具解决物理问题的能力。学生能够体会数形 结合法、微元法、理想实验法等思想方法在探究 匀变速直线运动规律和处理物理问题中的重要 性，并初步具备了建构物理模型和进行相关推理、 科学论证、质疑创新等能力 科学探究 练习使用打点计时器，探究小车速 度随时间变化的规律，利用频闪照 相、光电门等仪器测量时间，处理 纸带的图像法和逐差法、探究自由 落体运动的性质 学生能够基于观察和实验提出物理问题，形成猜 想和假设，设计实验制订方案，获取和处理信息， 基于证据得出结论并做出解释，以及对科学探究 过程和结果进行交流、评估、反思 王  静　祁会玲　张战强　汪  静 003 << 续　表 　第一单元 机械运动与物理模型　 教学内容 核心素养目标 科学态度 与责任 物理学史、物体的运动是相对的、 人类对物理现象的描述是客观的 学生能够认识物理实验与科学推理在物理研究中 的作用，逐步养成实事求是、持之以恒的科学态 度 ；体会合作的重要性，对他人的方案做出评价 时尊重是有效交流的前提 2. 学生情况分析 （1）物理观念方面：学生初中已经学习了参照物，没有建立时刻和时间间隔的 概念，知道用速度描述物体运动的快慢，能够运用速度与路程、时间的关系表达式 进行计算，但没有位移的概念，不能区分位移和路程，不能区分速度和速率，关于 速度的测量，能借助汽车速度盘读取，未接触过打点计时器、气垫导轨、光电门等 实验装置，在生活中接触过大量的变速直线运动，经常使用加速一词，但不明白加 速的具体含义。 （2）科学思维方面：学生未学习理想化模型的构建，不具备建模能力，未接触 过匀变速直线运动的描述。 （3）科学探究方面：学生初中阶段的科学探究基本上是在定性层面，定量实验 较少且不够充分。 （4）科学态度与责任方面：学生在初中阶段已经基本具备用物理知识解释生活 中现象的能力，对物理学与生产生活的紧密联系有一定体会。 【单元教学内容分析】 1. 单元地位 本单元出自普通高中《物理》教科书（人教版）必修第一册第一章、第二章。 本单元重点讲述的是描述机械运动的物理量（如质点、参考系、位移、时间、速度、 加速度等），以及研究匀变速直线运动中这几个物理量之间的定量关系，如图 1-1 所 示。本单元是运动学的基础，学生在学习直线运动时，需要先建立物理学概念之间 的关系，能够描述物体运动的性质，再研究这种运动的受力条件和初速度条件，最 后再去理解牛顿运动定律对运动的分析和应用，也就是解决为什么这样运动的问题。 匀变速直线运动是最简单的变速运动。学生对匀变速直线运动的学习为认识其他更 复杂的运动创造了条件。学生只有了解了匀变速直线运动的规律，才能进一步学习 平抛运动、圆周运动和简谐运动的规律。学生掌握了匀变速直线运动中位移和速度 的关系，就能进一步推导出动能定理的关系式。由此可见本章的知识是整个力学的 基础。 >> 004 　高中物理单元教学设计　 教师在这一单元的教学中可以大量引入形象生动的实例，引导学生发现、思考、 实践和应用，启发学生学习思考问题的科学方法。本单元从运动的描述的基本概念 和基本物理量出发，引到匀变速直线运动规律的建立，再到运用规律解决实际问题， 让学生体会科学思维的抽象方法和物理问题研究的极限方法、微元法，并让学生在 科学探究的过程中，体会提出问题、收集证据、做出解释、沟通交流的全过程。 图 1-1　第一单元主要内容 2. 单元内容分析 （1）单元内容线索。第一单元的内容线索如图 1-2 所示。 　第一单元 机械运动与物理模型　 005 << 图 1-2　第一单元内容线索 （2）单元内容进阶图。第二单元的内容进阶图如图 1-3 所示。 图 1-3　第一单元内容进阶图 【单元教学任务设计】 1. 单元大任务 本单元的核心任务是研究现实生活中常见的运动过程，教师选取的物理过程应 具备无论是将研究对象抽象为质点还是将运动抽象为匀加速直线运动都比较清晰， >> 006 　高中物理单元教学设计　 适合在课堂上面向全体学生研究的特点。在建立模型后，学生通过小组合作探讨， 确定参考系，并通过实验探究和理论分析来确定速度、加速度、位移的关系。整个 单元以现实生活中常见的运动实例为载体，将匀变速直线运动的特点及各物理量之 间的关系体现出来，使学生在真实情境中学习描述运动的各个物理量和匀变速直线 运动的相关知识，并用知识来解决实际问题。 2. 单元小任务 任务一：学会获取运动信息、绘制运动图像的技能。 任务二：分析“亚洲飞人”苏炳添跑得有多快。 任务三：学习伽利略的探索之路。 任务四：感受匀加速直线运动、匀减速直线运动。 任务五：验证伽利略对落体运动的推论。  5 主题一　运动的描述 1.1　质点　参考系（1课时） 杨朋聚 【设计理念】 本小节本着“以教师为主导，以学生为主体”的原则，尽量调动学生的积极性， 尽量创设贴近学生生活的实际情境，帮助学生理解和体会。本小节设置了以下几个 环节。 1. 教师创设花样滑冰实际情境，对花样滑冰运动员进行分析，引出概念。 2. 教师列举生活中的一些物体，让学生判断这些物体能否看作质点，让学 生总结能将这些物体看作质点的条件。 3. 创设情境，提出问题，引出参考系的概念。 【教材分析】 质点模型是高中物理建立的第一个物理模型，这对于刚从初中进入高中的学生 来说并不是很困难。本节课主要有两个内容：质点和参考系。本节内容虽然简单， 　第一单元 机械运动与物理模型　 007 << 但是学生要详细的理解质点的条件也是要花许多时间的，所以教师在教学设计上既 要注重丰富感性认识，也要传递知识。 【学情分析】 学生在初中对物体的运动已经有所接触，并且初中所学的参照物是参考系的基 础，所以学生对于参考系的理解并不困难。但对于学生来说，质点的概念是全新的 内容，学生理解起来还是有一定难度，教师在教学中应尽量多举一些例子来说明。 【教学目标】 1. 物理观念 学生能够建立质点和参考系的物理观念，能用物理语言科学地描述运动的相对 性，并建立辩证唯物主义的世界观。 2. 科学思维 学生能够知道质点是一种理想化的物理模型，现实中并不存在，具有建构“理 想化的物理模型”的意识。 3. 科学探究 学生能够掌握把物体看作质点的条件，能将特定实际情景的物体抽象成质点， 初步掌握“科学抽象”这种研究方法。 4. 科学态度与责任 （1）学生能够理解物理概念的建立过程和规律。 （2）学生能够感悟自然界的统一美、和谐美。 （3）学生能够认识人们对物理现象的描述是客观的，物体的运动是相对的。 （4）学生能够感悟科学家的奉献精神。 【教学重点】 1. 质点概念的建立，质点模型的判断条件。 2. 参考系的概念、运动的相对性。 【教学难点】 1. 把物体看成质点的条件。 2. 研究实际问题时参考系的选择方法。 【教学方法】 启发式教学法、实验法。 >> 008 　高中物理单元教学设计　 【教学过程】 1. 创设情境、引入新课 教师通过日常生活中的实例，如人在行走、汽车在公路上行驶等，引出质点和 参考系的概念。 2. 质点的概念 （1）定义：质点是一个理想化的模型，它将物体看作一个只有质量而没有大小 和形状的点。 （2）适用条件：当研究物体的运动时，如果物体的大小和形状对运动的影响可 以忽略不计，那么可以将物体看作一个质点。 （3）举例说明：地球绕太阳公转时，地球的大小和形状对公转运动的影响可以 忽略不计，因此可以将地球看作一个质点。 3. 参考系的概念 （1）定义：参考系是描述物体运动的基准，它是一个假定不动的物体。 （2）选择原则：参考系的选择应该根据问题的需要和方便来确定，通常选择地 面或相对地面静止的物体作为参考系。 （3）相对性：在不同的参考系中，物体的运动状态可能会有所不同，这就是运 动的相对性。 （4）举例说明：坐在火车上的人观察窗外的景物，相对于火车来说，景物在向 后运动；而相对于地面来说，景物是静止的。 4. 总结 质点和参考系是描述物体运动的基本概念，它们是物理学中非常重要的概念。 在研究物体的运动时，学生需要根据问题的需要选择合适的质点和参考系，并理解 运动的相对性。 5. 练习 学生通过对本节课本的课后练习与应用的解答，能够巩固学生对质点和参考系 的理解。 　第一单元 机械运动与物理模型　 009 << 1.2　时间 位移（1课时） 张战强 【设计理念】 本节课的设计强调“自主探究”和“合作学习”，培养学生的自主学习意识。本 节课教师可以从以下三个认知层次展开活动。 1. 教师通过检验预习的方式，提出问题，引入新课的教学。 2. 教师通过设置学生活动，让学生亲身体验描述物体的位置变化的方法， 从而使学生加深对位移方向性的感知。 3. 教师通过小组合作的方式，让学生自己寻找矢量运算的法则。 【教材分析】 机械运动作为自然界中最简单、最基本的运动形式，它所描述的是物体的空间 位置随时间的变化。本节学习描述质点做机械运动所需要用到的时刻、时间间隔和 位移等概念，学习这些内容的过程和方法为后期速度和加速度的学习奠定了基础， 这些概念也是学习运动学的基础。 【学情分析】 高中一年级的学生在分析具体问题时，难以区分时刻和时间间隔，这是由于日 常生活一些通俗说法的影响，因此给学生的学习造成了一定的困难。另外，因为思 维惯性，在第一次接触既要考虑大小又要考虑方向的问题时，学生会因不适应造成 学习障碍。 【教学目标】 1. 物理观念 学生能建立时间和位移的物理观念，知道时间间隔、时刻，位移、位置的区别 与联系。 2. 科学思维 学生能够建立严密的数学思维方法，能用坐标系来理解时间间隔和时刻，位置、 位移，学会用图像描述运动，掌握位移—时间图像。 3. 科学探究 学生能够知道时间和位移的意义，掌握时间和位移的思想和方法。 >> 010 　高中物理单元教学设计　 4. 科学态度与责任 通过对时间位移的学习，学生能够了解生活和物理的关系，同时学会用科学的 思维看待事实，养成良好的思考表述习惯和科学的价值观。 【教学重点】 1. 学生能够理解时间间隔和时刻的概念，以及它们之间的区别和联系。 2. 学生能够理解位移的概念，以及位移与路程的区别。 【教学难点】 1. 学生能够正确认识生活中的时间间隔与时刻。 2. 学生能够理解位移的概念，会用有向线段表示位移。 【教学方法】 启发式教学法、探究法问题法、演示法、归纳法。 【教学过程】 1. 创设情境、引入新课 通过日常生活中的实例，如运动员赛跑、汽车行驶等，引出时间和位移的概念。 2. 时间的概念 （1）定义：时间是描述物体运动过程的一个物理量，通常用 t 表示。 （2）单位：在国际单位制中，时间的单位是秒，符号是 s。 （3）测量：时间可以用钟表、计时器等工具测量。 3. 位移的概念 （1）定义：位移是描述物体位置变化的物理量，通常用 l 表示。 （2）矢量性：位移是一个矢量，有大小和方向。 （3）大小：位移的大小等于物体初末位置之间的距离。 （4）方向：位移的方向是由初位置指向末位置。 4. 时间和位移的关系 （1）路程和位移的区别：路程是物体运动轨迹的长度，是标量；位移是物体初 末位置之间的距离，是矢量。 （2）时间和位移的图像表示：位移—时间图像（v-t 图像）可以直观地表示物体 的运动情况。 　第一单元 机械运动与物理模型　 011 << 5. 总结 时间和位移是描述物体运动的基本物理量，它们之间存在着密切的关系。在研 究物体的运动时，学生需要正确理解和使用时间和位移的概念。 6. 练习 通过对本节课本的课后练习与应用的解答，学生能够巩固对时间和位移的理解。 1.3　位置变化快慢的描述—速度（2课时） 祁会玲 【设计理念】 本节从生活实例出发，从学生感兴趣的点入手，从我国的运动健将创造历史的 事件出发，激发学生爱国热情，增强学生学习动力，让学生自己通过观察、计算、 归纳、总结得出结论，有利于学生记忆和理解。学习的主体是学生，教师起引导的 作用。 【教材分析】 本节是人教版物理必修第一册第一章第 3 节的内容。这是一节概念课，用单位 时间的位移引出速度的概念。本节还讲解了平均速度和瞬时速度的区别与联系，探 究了用打点计时器测量平均速度和瞬时速度的实验，最后讲解了速度—时间图像。 速度的矢量性问题是本节的重点。人们对瞬时速度的理解体现了一种极限的思想。 【学情分析】 学生初中甚至是小学时就已经学习了速度，知道 v = s t ，能够运用此公式及其变 形式进行计算。在生活中学生知道很多体现速度快慢的实例，对平均速度和瞬时速 度存在模糊认识，但不能分辨是速度还是速率。学生对描点作图的方法还不熟练。 【教学目标】 1. 物理观念 学生能将速度概念与生活中相关现象联系起来，能从物理学的视角观察身边的 运动现象。 2. 科学思维 学生能够结合瞬时速度概念的建构，体会极限思想在物理学中的运用。 >> 012 　高中物理单元教学设计　 3. 科学探究 学生能够通过对平均速度和瞬时速度的比较，对瞬时速度的测量方法有所了解。 4. 科学态度与责任 学生能够知道物理学研究的很多问题就在身边，对自然界有好奇心，具有探索 的兴趣；知道物理学能解决人们生产生活中的一些问题。 【教学重点】 速度、平均速度、瞬时速度三个概念及三个概念之间的联系。 【教学难点】 瞬时速度概念的形成与理解。 【教学方法】 讲授法、讨论法、实验法。 【教学过程】 1. 创设情境、引入新课 教师通过日常生活中的实例，如汽车在公路上行驶、运动员赛跑等，引出速度 的概念。 2. 速度的概念 （1）定义：速度是描述物体运动快慢的物理量，通常用 v 表示。 （2）单位：在国际单位之中，速度的单位是米每秒，符号是 m/s 或 m·s-1。 （3）矢量性：速度是一个矢量，既有大小，又有方向。 （4）大小：速度的大小等于物体在单位时间内通过的位移。 （5）方向：速度的方向与位移的方向相同。 3. 平均速度和瞬时速度 （1）平均速度：物体在一段时间内通过的位移与所用时间的比值，通常用 v 表示。 （2）瞬时速度：物体在某一时刻或某一位置的速度，通常用 v 表示。 4. 速度的计算 （1）平均速度的计算公式 v = ∆ ∆ x t （1-1） 　第一单元 机械运动与物理模型　 013 << 式中， ∆x 表示在 ∆t 时间内物体的位移； ∆t 表示时间。 （2）瞬时速度的计算 当时间间隔趋近于零时，平均速度就趋近于瞬时速度。 5. 练习 通过对本节课本的课后练习与应用的解答，学生能够巩固对速度的理解。 1.4　速度变化快慢的描述—加速度（2课时） 汪  静 【设计理念】 教师在教学过程中应充分调动学生的积极性，创设真实情境引导学生体会、理 解加速度的概念。为了使学生更好地理解本节内容，教师设定了以下几个环节。 1. 教师通过分析苏炳添与博尔特分别在百米比赛中的数据和三种火车的启 动阶段速度变化的数据，引导学生利用比值定义法得出加速度的定义式。 2. 为了帮助学生分辨易混淆的速度、速度变化量、加速度等概念，使学生 能够分析这三者之间的区别和联系，教师采用提问法逐层递进铺设台阶。 【教材分析】 加速度是描述物体运动的一个重要概念，在前几节内容的基础上，加速度的引 入可以更加完整、准确地描述物体的运动情况，促进学生运动观念的逐步构建。教 材以节前“问题”引出建立加速度概念的必要性，进而启发学生仿照速度定义式得 出加速度的定义式，接着进一步研究加速度的方向，以及从 v-t 图像看加速度等问 题。“思考与讨论”栏目让学生举出生活中的实例，加深学生对加速度及相关概念 的理解。而“科学漫步”是从更普遍的角度研究变化率的含义和意义、应用，开阔 学生视野。“STSE”从交通工具的发展变化讨论其与社会发展、能源及环境的关系， 引发学生对人类与自然和谐发展的思考。本节课内容多而且理解困难，所以安排 2 课时。 【学情分析】 学生在生活中接触过大量的变速直线运动，经常使用加速一词，但不明白加速 的具体含义。加速度概念比较抽象，学生在生活经验中对它并没有清晰的认识和深 入的思考，分辨不清“快”的含义是速度大还是加速度大。 >> 014 　高中物理单元教学设计　 【教学目标】 1. 物理观念 学生能够通过抽象概括的过程，理解加速度的概念，知道加速度的定义式、方 向和单位，并能够将加速度的概念与生活中相关现象联系起来，能从物理学的视角 观察身边的运动现象，并能正确辨析速度和加速度。 2. 科学思维 学生能够体会速度的比值定义法。 3. 科学探究 （1）学生能用 v-t 图像分析、计算加速度，体会数学方法在物理研究中的应用。 （2）学生能够理解加速度与速度、速度变化量和速度变化率之间的区别与联系， 并会分析生活中的运动实例。 （3）学生能够初步体会变化率对描述变化过程的意义。 4. 科学态度与责任 （1）通过介绍各种工具的加速度，学生能够感知科学的价值和应用。 （2）学生能够对科学产生兴趣，坚定学习、思考、探索的信念。 （3）通过生活中有关利用加速度和防止加速度的实例，学生能够体会物理与生 活实际的紧密联系。 【教学重点】 加速度的概念，用 v-t 图像分析、计算加速度。 【教学难点】 加速度的概念、加速度的矢量性、图像的极限思想、变化率与变化的关系。 【教学方法】 讲授法、讨论法、实验法。 【教学过程】 1. 创设情境、引入新课 教师通过日常生活中的实例，如汽车启动、飞机起飞等，引出加速度的概念。 2. 加速度的概念 （1）定义：速度的变化量与发生这一变化所用时间的比值，通常用 a 表示。 　第一单元 机械运动与物理模型　 015 << （2）矢量性：加速度是一个矢量，有大小和方向。 （3）方向：加速度的方向与物体速度变化量的方向相同。 （4）意义：加速度是描述物体速度变化快慢的物理量。 3. 加速度的计算 （1）加速度的计算公式 a = ∆ ∆ v t （1-2） 式中， ∆v 表示在时间 ∆t 内速度的变化量； ∆t 表示时间的变化量。 （2）加速度的单位：在国际单位制中，加速度的单位是米每二次方秒符号是 m/s2 或 m·s-2。 4. 加速度与速度的关系 （1）加速度与速度的方向关系：当加速度与速度方向相同时，物体做加速运动； 当加速度与速度方向相反时，物体做减速运动。 （2）加速度与速度大小的关系：加速度越大，物体速度变化越快；加速度为零， 物体速度不变。 5. 加速度的应用 教师通过实例，如汽车的加速、运动员的起跑等，让学生了解加速度在实际生 活中的应用。 6. 练习 通过对本节课本的课后练习与应用的解答，学生能够加深对加速度的理解。 >> 016 　高中物理单元教学设计　  5 主题二　匀变速直线运动的研究 2.1　实验：探究小车速度随时间变化的规律（2课时） 汪  静 【设计理念】 实验教学应当充分调动学生的积极性，通过设计实验原理、确定实验方案、选 定实验器材、如实记录实验数据、对数据进行正确的处理等教学活动，培养学生严 谨的科学态度。利用纸带上的点迹获得小车的加速度是本节课的教学难点。为了突 破这个难点，教师在传统作图法的基础上设计了如下实验。教师在课前录制好实验 视频，然后应用 Tracker 软件捕获小车运动的位移、时间、速度、加速度信息，再应 用 Excel 软件做出速度—时间图像和加速度—时间图像等，帮助学生快捷、直观找到 小车运动的特点，同时使学生体会电脑软件为物理学研究中数据处理提供的便利。 【教材分析】 本节课是必修第一册第二章第 1 节的内容，在这之前学生已经学过了打点计时 器的原理和操作方法，知道怎么通过打点计时器测量瞬时速度。学生通过本节课的 学习进一步熟悉打点计时器，通过实验来探究在恒力作用下的小车运动时速度随时 间变化的规律，为之后学习匀变速直线运动的相关知识打下基础，因此本节课具有 承上启下的作用。 【学情分析】 本节课的授课对象是高一学生，这个阶段的学生已经具备了一定的实验能力、 数据分析能力、归纳总结能力，而且在这节课之前学生已经学习了打点计时器的使 用，学习了测量瞬时速度的方法，因此本节课对于学生来说理解起来并不难，较有 难度的是实验的操作过程、要注意的事项，以及数据分析方法。 【教学目标】 1. 物理观念 学生能够从物理学的视角观察实验现象，并能正确分析小车运动的加速度。 　第一单元 机械运动与物理模型　 017 << 2. 科学思维 学生能够理解 v-t 图像的含义，能用实验数据描绘 v-t 图像，能根据图像分析速 度随时间的变化特点，以及加速度的特点。 3. 科学探究 学生能够使用打点计时器测量物体的速度和加速度。 4. 科学态度与责任 （1）通过学习测量加速度的方法，学生能够感知科学的价值和应用。 （2）学生能够养成实事求是的科学态度。 （3）学生能够建立对科学的兴趣，坚定学习、探索的信念。 【教学重点】 学生能够通过纸带上的点迹计算小车加速度。 【教学难点】 学生能够根据 v-t 图像分析加速度的情况。 【教学方法】 实验法、讲授法、讨论法。 【教学过程】 1. 创设情境、引入新课 通过日常生活中的实例，如汽车在不同时间段的速度变化等，引出探究小车速 度随时间变化规律的实验。 2. 实验目的 （1）练习使用打点计时器。 （2）探究小车速度随时间变化的规律。 3. 实验原理 打点计时器可以记录物体在不同时刻的位置，通过对纸带的分析，人们可以计 算物体在不同时刻的速度。 4. 实验器材 打点计时器、小车、纸带、细绳、砝码、刻度尺、电源、带滑轮的长木板等。 >> 018 　高中物理单元教学设计　 5. 实验步骤 （1）安装打点计时器：学生将打点计时器固定在带滑轮的长木板上，并连接 电源。 （2）放置小车：木板上放一个可以左右移动的小车，小车一端连接穿过打点计 时器的纸带，另一端连接绕过滑轮系有砝码的细绳。小车在砝码的重力作用下运动。 （3）记录纸带：启动打点计时器，小车在轨道上运动，同时在纸带上打出一系 列的点。 （4）数据分析：学生通过对纸带的分析，计算小车在不同时刻的速度。 6. 注意事项 （1）打点计时器要与电源正极相连。 （2）小车要靠近打点计时器。 （3）学生应先接通电源，再释放小车。 （4）学生应选取点迹清晰的纸带进行分析。 7. 数据处理 （1）学生应选择合适的纸带，舍掉开头过于密集的点，找一个适当的点作为计 时起点。 （2）学生应从计时起点开始记为计数点 0，每隔五个点取一个计数点，标明计数 点 1、2、3、4、5。 （3）学生应测量各计数点到计时起点的距离。 （4）学生应计算各计数点的速度。 8. 实验结论 通过对实验数据的分析，学生可以得出小车速度随时间变化的规律。 9. 误差分析 教师组织学生分析实验中可能存在的误差，以及这些误差的来源并讨论如何减 小误差。 10. 练习 教师组织学生练习实验操作及数据计算的方法，使学生加深对实验原理的理解。 　第一单元 机械运动与物理模型　 019 << 2.2　匀变速直线运动的速度与时间的关系（1课时） 祁会玲 【设计理念】 教师从学生熟悉的情境玩篮球入手，从学生已经学过的加速度入手，让学生经 过自己的反复实验、观察、思考、讨论，自己画出 v-t 图像，并从中分析得出匀变速 直线运动的概念以及分类。教师引导学生利用已有的数学知识，从 v-t 图像得出速度 与时间的关系表达式，并理解其适用范围。最后教师引导学生再回到初始的玩篮球 实验，让学生体会加速度在不断发生变化，引导学生画出更加符合篮球运动实际的 v-t 图像。学习主体是学生，教师的作用是引导。 【教材分析】 本节是人教版高中物理必修第一册第二章第 2 节的内容，介绍匀变速直线运动 的概念、分类，以及匀变速直线运动的速度与时间的关系，给出了非匀变速直线运 动（加速度逐渐减小的变加速直线运动）的 v-t 图像。本节内容属于运动学规律，是 数形结合的具体实例。 【学情分析】 学生已经学习了加速度的概念，知道速度变化的多少用速度变化量描述，知道 速度变化的快慢用加速度来描述。学生能够利用小车实验，通过分析纸带，画出小 车的 v-t 图像。学生熟知一次函数的表达式及其各个字母的意义。 【教学目标】 1. 物理观念 （1）学生能够掌握匀变速直线运动的概念，知道匀变速直线运动 v-t 图像的 特点。 （2）学生能够掌握匀变速直线运动的速度与时间关系的公式。 2. 科学思维 学生能够提升逻辑推理能力、数形结合的能力、应用数学知识的解决物理问题 的能力。 3. 科学探究 学生通过研究图像、寻找规律，得出匀变速直线运动的概念。 >> 020 　高中物理单元教学设计　 4. 科学态度与责任 （1）学生能够建立事物是相互联系的唯物主义观点。 （2）学生能够养成用物理语言表达物理规律的意识，增强探索与创新的欲望。 【教学重点】 1. 学生能够理解匀变速直线运动 v-t 图像的物理意义。 2. 学生能够掌握匀变速直线运动中速度与时间的关系公式及应用。 【教学难点】 1. 匀变速直线运动 v-t 图像的理解及应用。 2. 匀变速直线运动的速度、时间关系式的理解及计算。 【教学方法】 实验法、讨论法、讲授法。 【教学过程】 1. 回顾旧知、引入新课 C919 飞机沿直线做匀速运动，它的 v-t 图像是怎样的？ 2. 匀变速直线运动。 演示 1 ：教师将篮球从某一高度由静止释放，弹起后教师在最高点接住篮球。 假设 1 ：篮球上升过程的加速度大小不变，下落过程加速度大小也不变，且两 个过程加速度大小相等。 问题 1 ：请学生画出篮球这个过程的 v-t 图像。 演示 2 ：教师将篮球竖直向上抛出，落回手边时再接住篮球。 假设 2 ：篮球上升过程的加速度大小不变，下落过程加速度大小也不变，且两 个过程加速度大小相等。 问题 2 ：请学生画出篮球从脱手到手接球之前的 v-t 图像。每 4 人一个篮球，学 生可以将篮球从某一高度由静止释放，弹起后在最高点接住篮球。 学生重复此过程，画出 v-t 图像。 学生交流讨论，得出正确答案。 每 4 人一个篮球，学生可以将篮竖直向上抛出，落回手边时再接住篮球。 学生重复此过程，画出 v-t 图像。 学生在实例中加深对 v-t 图像的理解，尤其是速度变向的问题。 　第一单元 机械运动与物理模型　 021 << 教师从同一个篮球、同一个知识点、不同的过程出发引导学生思考，培养学生 从生活中寻找物理知识的意识。 学生描述篮球上抛过程。 通过上述过程的学习，学生能够加深对匀变速直线运动的概念的理解。 3. 变速直线运动的速度与时间的关系。 教师引导学生根据一次函数表达式，结合匀变速直线的 v-t 图像，得出匀变速直 线运动中速度与时间的关系表达式。 教师引导学生根据推导前提，说出此表达式的使用范围。 教师展示例题，强调速度、加速度的矢量性。 教师提问：刹车后 3 s 时的速度是多少？这个问题可以引出刹车陷阱问题。 速度与时间的关系表达式 v v at= +0 （1-3） 教师引导学生掌握刹车问题的解题思路—先求停车时间。 教师注重培养学生运用数形结合思想，应用数学知识解决物理问题的能力。 教师引导学生建立公式有适用范围的意识，寻找每一个公式的适用条件。 教师引导学生加强矢量意识。 教师注重培养学生结合实际情况解决问题的能力。 4. 非匀变速直线运动的 v-t 图像。 篮球下落过程中的加速度实际是在不断减小的，请学生画出篮球从静止释放到 落地前的 v-t 图像。 学生独立思考，画 v-t 图像，分小组交流讨论，得出正确答案。 画图能够培养学生逻辑思维能力。 2.3　匀变速直线运动的位移与时间的关系（2课时） 王  静 【设计理念】 《普通高中物理课程标准（2017 年版 2020 年修订）》要求学生“通过实验，探 究匀变速直线运动的特点，能用公式、图像等方法描述匀变速直线运动，理解匀变 速直线运动的规律，能运用其解决实际问题，体会科学思维中的抽象方法和物理问 >> 022 　高中物理单元教学设计　 题研究中的极限方法。”根据课程标准的理念要求，本教学过程充分调动学生的积极 性，给学生创造适当的情境让学生亲自体会。 【教材分析】 匀变速直线运动的位移与时间的关系是高中物理教学中的重要内容，教材通过 概念引入、公式推导、图像表示、应用举例等多个方面来全面呈现这一内容，旨在 帮助学生深入理解相关知识。通过学习，学生不仅能对匀变速直线运动的规律有全 面而深刻的理解，而且有助于培养学生分析解决问题的能力，体会物理知识与日常 生活、现代技术的联系，提升学生的核心素养。 【学情分析】 学生已经学习了位移、速度、加速度等知识点，并掌握了匀速直线运动的规律， 认识了匀变速直线运动的速度与时间的关系，同时会用图像来表示速度随时间的变 化。学生对生活中汽车启动、刹车、火箭的加速、返回舱的着落、航母上舰载机的 起飞与降落等现象有着浓厚的兴趣。 学生在学习过程中可能存在的困难有以下几点。 1. 学生利用图像解决问题的能力不足。 2. 学生对实际问题抽象为物理过程的能力不足。 3. 学生对速度、加速度的概念混淆。 4. 学生对表示矢量方向的方法掌握的还不到位。 【教学目标】 1. 物理观念 （1）学生能够了解位移公式的推导方法，掌握位移公式。 （2）学生能够理解 v-t 图像中图线与 t 轴所夹的面积表示物体在这段时间内运动 的位移。 （3）学生能够知道匀变速直线运动的位移与时间的关系及其应用。 2. 科学思维 （1）学生能够提高物理逻辑推理能力。 （2）学生能够养成探究学习的习惯，能根据已知的知识进行合理的知识迁移。 3. 科学探究 学生通过近似推导位移公式的过程，体验微元法及极限法的特点和技巧。 　第一单元 机械运动与物理模型　 023 << 4. 科学态度与责任 （1）教师引导学生利用微元法推导位移与时间的公式，培养学生动脑的能力， 增强学生解决问题的能力。 （2）教师引导学生分组讨论，增强学生的合作意识和团队精神。 【教学重点】 1. 学生能够理解匀变速直线运动的位移与时间的关系，并会灵活应用。 2. 在 v-t 图像中，图线与 t 轴所夹的面积表示物体在这段时间内运动的位移。 【教学难点】 微元法推导位移与时间的关系的方法及原理。 【教学方法】 实验法、讲授法、讨论法。 【教学过程】 课时 1 1. 创设情境、导入新课 教师提问：当一辆汽车以速度 v 做匀速直线运动，那么我们如何求出在时间 t 内 这辆汽车的位移？你能想出几种办法？ 学生分组讨论，总结以下两种方法。 （1）公式法： x ＝ vt （1-4） （2）图像法：在匀速直线运动的 v-t 图像中，图线与时间轴所围的矩形“面积” 表示位移，如图 1-4 所示。 v/（m·s 1） v t/stO 图 1-4  匀速直线运动的 v-t 图像 教师提问：①当两辆汽车以相同的速度大小 v ＝ 3 m/s，不同的方向做匀速直 >> 024 　高中物理单元教学设计　 线运动时，那么它们的 v-t 图像如何画？此时各自图线与 t 轴所围面积的含义如何 描述？ ②当一辆汽车在不同的时间段，以不同的速度做匀速直线运动，其 v-t 图像如图 1-5 所示，那么我们如何求出这辆汽车在时间 t 内的位移？ t/st3t2t1 v1 v2 v3 v/（m·s 1） O 图 1-5  汽车的 v-t 图像 ③做匀变速直线的物体，在时间 t 内的位移与时间会有怎样的关系？图线与时间 轴所围图形的“面积”的含义又是什么？其 v-t 图像如图 1-6 所示。 t/st v0 v/（m·s 1） O v 图 1-6  匀变速直线运动的物体的 v-t 图像 教师引导学生思考如何求匀变速直线运动的位移。 2. 匀变速直线运动的位移 （1）思考与讨论。 表 1-2 中的数据是学生在“实验：探究小车速度随时间变化的规律”一节中记 录的，表中的“速度 v”是某个学生得到的小车在 0，1，2，…，5 这几个位置的瞬 时速度，但原始纸带没有保存。 表1-2  速度与时间的数据表 位置编号 0 1 2 3 4 5 时间 t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 速度 v/（m·s-1） 0.38 0.63 0.88 1.11 1.38 1.62 ①瞬时速度可以用某一极短时间内的平均速度来粗略的表示，那么某一时 刻瞬时速度是否可以用来粗略表示这一时刻附近的、极短时间内的平均速度？ 　第一单元 机械运动与物理模型　 025 << ②你能不能根据表中的数据，用最简便的方法估算实验中小车从位置 0 到 位置 5 的位移？ ③用以下方法，是否可以？ 是否存在误差？ x ＝ 0.38×0.1+0.63×0.1+0.88×0.1+1.11×0.1+1.38×0.1 ＝… ④如果要提高小车位移估算的精确程度，你认为怎样做才能比较好的减小 误差？ （2）思想与方法。 微元法：在处理复杂的变化量问题时，人们常常先把整个区间化为若干小区间， 认为每一小区间内研究的量不变，再求和。这是物理学中常用的一种方法。 魏晋时的数学家刘徽首创了“割圆术”，如图 1-7 所示，请学生观察两个图并体 会哪一个正多边形更接近圆的周长和面积。 图 1-7  割圆术 推导：由图 1-8 可知梯形的面积 S = (v v t0 + × 2 ) （1-5） 即得位移 x v v t= +1 2 ( )0 （1-6） 将 v ＝ v0+at 代入式（1-6）得 x v t at= +0 1 2 2 （1-7） t/st vv0 v/（m·s 1） O v 图 1-8  v-t 图像 >> 026 　高中物理单元教学设计　 （3）思考。 ①公式中 x 的含义是什么？是位置还是位移？ ②如果物体在做匀减速直线运动，在使用式（1-7）分析问题时，需要注意 什么？ ③如果物体运动的初速度为 0，做匀加速直线运动，它的 v-t 图像是什么样 的？那么此时匀变速直线运动的位移与时间的关系式是什么？ （4）学生在应用式（1-7）时应注意以下几点。 ①该公式只适用于匀变速直线运动。 ②因为 v0、a、x 均为矢量，使用公式时应先规定正方向。（一般以 v0 的方 向为正方向） ③若 v0 ＝ 0，式（1-7）可以简化为 x ＝ 1 2 at2 （1-8） （5）讨论。 ①运用初中数学课本中学过的函数图像的知识，你能画出初速度为 0 的匀 变速直线运动 x ＝ 1 2 at2 的 x-t 图像吗？其 x-t 图像如图 1-9 所示。 t/s x/m x at2= O 2 1 图 1-9  x-t 图像 ②课堂上教师与学生研究的是直线运动，为什么学生画出来的 x-t 图像不是 直线呢？ （6）课后反思。 学生已经知道匀变速直线运动的位移与时间存在定量关系，速度与时间也存在 定量关系，那么速度与位移有什么定量关系呢？ 课时 2 1. 新课导入 推导：将式（1-3）、式（1-7）联立，消去时间 t 可得 v v ax2 2− =0 2 （1-9） 　第一单元 机械运动与物理模型　 027 << 2. 新授内容 （1）对式（1-9）的理解： ①该公式只适用于匀变速直线运动； ②因为 v、v0、a、x 均为矢量，使用公式时应先规定正方向。（一般以 v0 的 方向为正方向） ③若 v0 ＝ 0 时，式（1-9）可以简化为 v ax2 = 2 （1-10） （2）v2-x 图像和 x-v2 图像分别如图 1-10、图 1-11 所示。 x0 x/mO v2/（m·s 1） v0 2 2 x/m O v2/（m·s 1）2                               图 1-10  v2-x 图像                 图 1-11  x-v2 图像 2.4　自由落体运动（2课时） 张战强 【设计理念】 自由落体运动的教学设计主要围绕“实践探究、系统连贯、思维培养、应用导 向”四个核心原则展开。 首先，本节教学设计强调实践探究。教学设计注重通过实验和探究活动，让学 生亲自体验自由落体运动的过程，从而深入理解其规律。这种实践性的学习方式有 助于激发学生的学习兴趣，提升他们的实验能力和科学探究精神。 其次，本节教学设计注重系统连贯。自由落体运动的教学设计考虑物理知识的 系统性和连贯性，将其与先前的牛顿运动定律、万有引力定律等知识点进行有机衔 接，形成完整的知识体系。这样的设计有助于学生建立完整的物理知识结构，提升 他们的综合分析能力。 再次，本节教学设计能够培养学生的思维能力。教学设计通过引导学生提出问 >> 028 　高中物理单元教学设计　 题、分析问题、解决问题，培养他们的逻辑思维和批判性思维，鼓励学生进行创新 性思考，探索自由落体运动的多种可能性，提升他们的创新能力和解决问题的能力。 最后，本节教学设计重视应用导向。教学设计注重将自由落体运动的理论知识 与实际应用相结合，通过介绍相关应用实例，让学生认识物理学知识的实用性和价 值。这样的设计有助于激发学生的学习兴趣，提升他们的学习动力和实践能力。 综上所述，自由落体运动的教学设计理念旨在通过实践探究、系统连贯、思维 培养和应用导向等原则，帮助学生深入地理解自由落体运动的规律和应用，提升他 们的科学素养和综合能力。 【教材分析】 过去，很多学生和教师都认为这节课没公式，不重要。所以笔者想通过这节课 使学生知道方法的学习在物理的学习过程中和公式等知识一样重要，并且通过本节 课的教学教会学生在以后的学习中学会使用这些方法。 因此本节课是本章知识的复习课、培养学生思维的研究课、联系生活的应用课， 也是后面课程知识准备的垫底课，所以本节课在本章中具有重要的地位和作用。 【学情分析】 学生已掌握匀变速直线运动的相关知识，为学习奠定了基础，但日常物体下落 受空气阻力影响的现象易使学生形成错误前概念，对学习造成一定干扰。学生虽有 一定实验操作能力，但对理想化物理模型的理解尚浅，难以区分实际下落与自由落 体运动，需通过实验和演示加深理解。学生在思维能力和科学探究方法上有待提高， 缺乏从力的角度分析及寻找本质规律的意识。学生对自由落体运动的应用价值和实 际意义认识不足。 【教学目标】 1. 物理观念 （1）学生能够知道物体做自由落体运动的条件。 （2）学生能够掌握自由落体运动的特点和规律。 2. 科学思维 学生能够学会观察和分析生活中有关物理知识的实例与实验现象，具有初步的 观察能力、分析概括能力。 3. 科学探究 通过实践和探究，本节旨在让学生感觉科学就在身边，培养学生对科学的求知 　第一单元 机械运动与物理模型　 029 << 欲、乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理的精神，使学生树立正确的世界 观和唯物主义观。 4. 科学态度与责任 本节旨在培养学生观察思考、勇于发现、乐于探究的学习习惯，以及应用物理 知识解决实际问题的能力。 【教学重点】 1. 本节旨在培养学生观察能力和分析、处理实验数据的能力。 2. 学生能够验证匀变速直线运动。 【教学难点】 学生能够归纳自由落体运动的速度、位移公式。 【教学方法】 探究法、讲授法、讨论法、实验法。 【教学过程】 1. 新课导入 教师引导学生预习阿波罗登月实验。 教师提出问题：不同的物体，下落的快慢是否相同？ 学生分组设计实验探究。 2. 新课教学 （1）自由落体运动。 演示实验 1：粉笔与纸片分别从同一高度由静止开始同时下落，哪个下落的快？ 现象：粉笔下落的快。 结论：重的物体下落的快。 演示实验 2 ：取两张相同纸，一张揉成团，另一张保持平整，两者从同一高度 由静止开始同时下落，哪个下落的快？ 现象：揉成团的纸下落的快。 结论：重轻一样的物体下落的快慢不一样。 演示实验 3 ：取半张纸与一张纸，半张的揉成团，两者从同一高度由静止开始 同时下落，哪个下落的快？ 现象：揉成团的纸下落的快。 结论：轻的物体下落的快。 >> 030 　高中物理单元教学设计　 总结：物体下落快慢与轻重无关。 教师提问：物体下落的快慢与什么因素有关？ 学生猜想：可能与空气阻力有关。 （2）“牛顿管”实验演示。 教师介绍实验装置，如图 1-12 所示。 图 1-12　牛顿管实验装置图 教师演示实验，学生观察现象，得出结论。 现象：未抽空气时，小球下落的最快，羽毛下落的最慢；空气抽去一些后，小球 下落的最快，羽毛下落的最慢，但它们之间的距离变短。空气抽空后，下落的一样快。 结论：空气阻力是影响物体下落快慢的主要因素。在没有空气阻力时，在同一 地方任何物体自由下落的运动情况相同。  自由落体运动的定义：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫作自由 落体运动。 自由落体运动的条件：①物体由静止释放，即 v0=0 ；②物体只受重力，若受到 空气阻力，当空气阻力远小于重力时，物体可看作自由落体运动。 所以自由落体运动是一种理想化的运动。 （2）自由落体运动的性质。 教师引导学生提出猜想：直线，加速？ 教师提出问题：如图 1-13 所示，在相等的时间间隔里，物体下落的位移怎样 变化？ S1 S1 S4 S2 S5 S3 S6 A B C D E F G S1 S1 S1 S1 S1 图 1-13　实验数据 　第一单元 机械运动与物理模型　 031 << ∆S ＝ S2-S1 ＝ S3-S2 ＝ S4-S3 ＝ S5-S4 ＝ S6-S5 ＝ 0.39 cm 结论：∆S=C 自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。 在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同，这个加速度叫作自由落体加 速度，也叫作重力加速度，通常用 g 表示。 在一般的计算中，g ＝ 9.8 m/s2，粗略计算可用 g ＝ 10 m/s2。 重力加速度的方向：总是竖直向下。 （3）自由落体运动的规律，如图 1-14 所示。       v v at v v as s v t at 2 2 = + = + − = 0 0 0 1 2 2 2      v gt v gh h gt 2 = = = 1 2 2 2 匀变速直线运动 自由落体运动 v a g s h 0 = = = 0 图 1-14　由匀变速直线运动推导自由落体运动的规律 3. 拓展训练 （1）小游戏：请根据本节课知识比比谁的反应快。 （2）作业：请根据本节课知识测建筑物高度。