第五节 匀变速直线运动与汽车安全驾驶（表格式教学设计）物理粤教版2019必修第一册

第5节 匀变速直线运动与汽车安全驾驶（教学设计） 年级 高一年级 学科 物理 教师 课题 第5节 匀变速直线运动与汽车安全驾驶 教学 目标 物理观念 理解反应时间、刹车距离、安全车距等概念的物理内涵；掌握停车距离的计算方法。 科学思维 建立“反应阶段（匀速）-刹车阶段（匀减速）”的物理模型；能用图像（v-t图）分析汽车刹车过程。 科学探究 能通过实验测量自己的反应时间；能基于给定数据（如速度、加速度）进行安全车距的计算与评估。 科学态度 与责任 深刻认识超速、酒驾、疲劳驾驶的巨大危害，形成遵守交通规则、珍爱生命的社会责任感。 教学 重难点 教学重点： 1. 停车距离的构成分析：停车距离 = 反应距离 + 刹车距离； 2. 利用匀变速运动公式进行相关计算。 教学难点： 1. 将复杂的实际驾驶问题抽象为“匀速+匀减速”的物理模型； 2. 理解影响停车距离各因素（如速度、反应时间、路面状况）的定量关系。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 1. 数据震撼，切入主题： 展示一则本地或全国的交通事故新闻报道（图文），重点突出事故原因为“追尾”或“未能及时刹车”。 呈现数据：“据统计，我国每年因道路交通事故造成的死亡人数约X万人，其中因未保持安全车距导致的追尾事故占比高达Y%。” 2. 提出问题，引发思考： 提问：“汽车不是一踩刹车就能立刻停下的吗？为什么还会发生追尾？” 追问：“你认为从司机发现危险到汽车完全停下来，需要经过哪几个过程？哪些因素会影响停车距离？” 3. 揭示课题： 陈述：“今天，我们就运用我们刚刚学过的匀变速直线运动规律，来科学地分析汽车安全驾驶问题，算一算‘生命距离’。” 观看新闻和数据，感受交通安全的重要性，进入学习情境。 思考并回答教师提问，基于生活经验进行初步推测（如：需要反应时间、刹车后还会滑行等）。 新课讲授 一、建立模型——停车距离的构成 1. 过程分析： 动画演示汽车刹车全过程：司机发现危险→大脑反应→脚移向刹车踏板→踩下刹车→汽车减速至停止。 引导学生将复杂过程抽象为两个简单的物理过程： 过程一：反应阶段：从发现危险到脚刚接触刹车踏板。汽车仍以原速度做匀速直线运动。 过程二：刹车阶段：从踩下刹车到汽车完全停止。汽车以恒定的加速度做匀减速直线运动直至速度为零。 2. 定义概念： 反应距离 (x₁)：在反应时间内，汽车匀速行驶的距离。x₁ = v₀t反 刹车距离 (x₂)：从开始刹车到停止，汽车匀减速滑行的距离。由 v² - v₀² = 2ax，得 x₂ = -v₀² / (2a) (a为负值)。 停车距离 (x)：x = x₁ + x₂ = v₀t反 - v₀² / (2a) 3. 影响因素讨论： 组织学生讨论：“哪些因素会影响停车距离？”并归类： 司机因素：t反（酒驾、疲劳、分心玩手机会使其大大延长） 车辆因素：a（刹车性能、轮胎花纹、车辆负载） 环境因素：a（雨雪天路面湿滑、结冰，a绝对值减小） 直接因素：v₀（速度是最主要的影响因素！） 观看动画，理解刹车过程的两个阶段，并在笔记本上画出对应的v-t图示意图。 记录三个距离的定义和计算公式。 参与讨论，列举影响停车距离的各种因素，并理解其如何影响x₁和x₂。 将复杂的实际过程抽象为简单的物理模型，是培养学生科学思维的核心。通过公式推导，让学生定量地认识到速度v₀对停车距离的影响是平方级的，而反应时间t反是线性影响，从而深刻理解“十次事故九次快”的科学原理。 新课讲授 二、数据分析与计算应用 1. 提供数据，进行计算： [例1]给出情境：某车在干燥沥青路面上行驶，刹车加速度可达 a = -7 m/s²。正常人反应时间 t反 ≈ 0.6s。 【任务一】：计算该车以60km/h（约16.7m/s）速度行驶时的停车距离。 x₁ = 16.7 * 0.6 ≈ 10m x₂ = -(16.7)² / (2 * -7) ≈ 20m x = 10 + 20 = 30m 【任务二】：若司机酒后驾驶，反应时间延长至 1.2s，停车距离会增加多少？ 酒驾：x₁' = 16.7 * 1.2 = 20m，增加10m。 【任务三】：若车速提升到120km/h（约33.3m/s），停车距离变为60km/h时的多少倍？ 超速：x₁'' = 33.3 * 0.6 ≈ 20m; x₂'' = -(33.3)² / (2 * -7) ≈ 80m; x'' = 100m。约为30m的3.3倍。 [例2]一般人的刹车反应时间为t0=0.5s，但饮酒会引起反应时间延长。在某次试验中，一名志愿者少量饮酒后驾车以v0=72km/h的速度在试验场的水平路面上匀速行驶。从发现紧急情况到汽车停下，行驶距离为L=39m。减速过程中汽车位移S=25m，此过程可以视为匀变速直线运动。求： （1）减速过程中汽车加速度的大小和所用时间。 （2）饮酒使志愿者的反应时间延长了多少？ 解：（1）汽车初速度v0=72km/h=20m/s，末速度为0。选定汽车行驶的初速度方向为正方向。 ① ② 联立①②两式，代入数据，解得： （2） 设志愿者的反应时间为，反应时间延长，则， 解得：所以反应时间延长值 2. 指导与点评： 巡视指导学生计算，提醒单位换算。 对计算结果进行点评，强调速度加倍，刹车距离变为4倍，停车距离远大于2倍。 3. 展示结论： 展示教材或交通部门提供的“车速-停车距离”对照表，验证学生的计算结果。 总结安全行车准则：“保持安全车距”（通常建议为车速的数值以上，如100km/h车速，车距100米以上）和“减速慢行”。 4. STS教育与社会责任： 播放公益广告片段（如“酒驾后悔”或“超速之殇”）。 发起课堂倡议：“今天我们计算的是冷冰冰的数字，但在现实生活中，这计算的却是‘生命距离’。希望大家将来成为驾驶员时，能牢记今天的计算，做一名守规、负责的司机。” 5. 介绍先进技术： 简要介绍ABS（防抱死系统）、ESP（车身稳定系统）、AEB（自动紧急制动）等汽车安全技术如何利用物理原理来辅助缩短刹车距离或保持车辆稳定。 进行分组计算： 汇报计算结果，交流感受。 通过具体的数字计算，让学生获得最直接、最震撼的认知冲击：酒驾和超速对安全的影响是如此巨大而具体。将物理公式转化为有实际意义的数据，极大地增强了教学效果。 阅读对照表，再次强化认知。 观看公益广告，进行情感体验。 聆听倡议，形成情感共鸣和价值认同。 了解汽车安全技术，感受科技对安全的保障 将物理结论上升为安全行为准则，落实“科学态度与责任”的核心素养。通过情感教育和技术介绍，让本节课的结尾既有温度又有深度，引导学生形成正确的价值观和社会责任感。 课 堂 练 习 一、单选题 1．汽车从制动到停止下来共用了5s。这段时间内，汽车每一秒前进的距离分别是9m、7m、5m、3m、1m。下列说法正确的是（　　） A．汽车前一秒、前二秒、前三秒、前四秒和全程的平均速度，这五个平均速度中全程的平均速度最接近汽车关闭油门时的瞬时速度。 B．汽车做的是匀减速直线运动 C．汽车全程的平均速度是5m/s D．汽车的加速度大小是2m/s2 【答案】C 【详解】AC．由题意知，汽车在前1s内的位移x1=9m，汽车在前2s内的位移为 x2=9+7m=16m 汽车在前3s内的位移为 x3=9+7+5m=21m 汽车在前4s内的位移为 x4=9+7+5+3m=24m 汽车全程的位移为 x=9+7+5+3+1m=25m 故汽车前1s内的平均速度为 汽车前2s内的平均速度为 汽车前3s内的平均速度为 汽车前4s内的平均速度为 汽车全程的平均速度为 可知速度越来越小，故汽车关闭油门时速度最大，故关闭油门时的瞬时速度大小与汽车前1s内的平均速度大小最接近，故A错误，C正确； BD．因汽车的运动状态未知，故无法知道汽车所做是否为匀减速的直线运动，也无法计算其加速度大小，故BD错误； 故选C。 2．甲、乙两汽车沿同一平直公路同向行驶的v-t图像如图所示，t=10s时两车恰好相遇。下列分析正确的是（　　） A．甲车的加速度大小为0.5m/s2 B．t=0时，乙在甲前方5m处 C．t=0时，甲在乙前方125m处 D．甲追乙时，追上前甲乙间最大距离为50m 【答案】D 【详解】A．根据v-t图象的斜率表示加速度，可知，在10-20s内，甲车的加速度大小为1m/s2，故A错误； BC．t=10s时两车恰好相遇，0-10s时，根据面积代表位移 故甲在乙前方75m处，故BC错误； D．甲追乙时，20s速度相等，间距最远 故D正确。 故选D。 3．一汽车在平直公路上做刹车实验，t=0时刻起运动位移与速度的关系式为x=20-0.2v2（m），下列分析正确的是（　　） A．上述过程的加速度大小为10m/s2 B．刹车过程持续的时间为4s C．t=0时刻的初速度为20m/s D．刹车过程的位移为5m 【答案】B 【详解】AC．根据匀变速直线运动规律 得 于题目中的运动位移与速度的关系式比较系数可得 计算得出 负号表示与运动方向相反，故AC错误； B．根据 代入数据，解得刹车过程持续的时间为 故B正确； D．根据 代入数据，解得刹车过程的位移为 故D错误。 故选B。 二、多选题 4．子弹垂直射入叠放在一起的相同木板，穿过第12块木板后的速度变为0。可以把子弹视为质点，已知子弹在木板中运动的总时间为t，认为子弹在每块木板中运动的加速度都相同。则下列选项正确的是（　　） A．子弹穿过第1块木板所用的时间是 B．子弹穿过第1块木板所用的时间是 C．子弹穿过前9块木板所用的时间是 D．子弹穿过前9块木板所用的时间是 【答案】AD 【详解】AB．子弹做匀减速运动穿过第12块木板后速度变为0，运用逆向思维法，子弹反向做初速度为零的匀加速直线运动，设每块木板的厚度为s，则有 ， 可得 因此穿过第1块木板所用的时间为 故A正确，B错误； CD．根据逆向思维可得，穿过后3块木板时，有 可得 则子弹穿过前9块木板所用的时间是 故C错误，D正确。 故选AD。 5．甲、乙两车在一平直道路上同向运动，其v-t图像如图所示，图中△OPQ和△OQT的面积分别为x1和x2（x2＞x1）。初始时，甲车在乙车前方x0处。下列判断正确的是（　　） A．若x0=x1+x2，两车不会相遇 B．若x0＜x1，两车相遇2次 C．若x0=x1，两车相遇1次 D．若x0=x2，两车相遇1次 【答案】ABC 【详解】v-t图像中图线与横轴所围的面积表示物体的位移，由图知，时间内乙车速度大于甲车，乙比甲多运动x1，；以后，甲车速度一直大于乙车。 A．初始时，甲车在乙车前方处。若，则时刻乙刚好到达甲0时刻的位置，甲在乙前方x2远处；以后，甲车速度一直大于乙车，甲与乙的距离会越来越大，两车不会相遇。故A项正确； B．若，则时刻前，乙已追上甲；以后，甲车速度一直大于乙车，甲会追上乙，并远离乙，两车相遇2次。故B项正确； C．若，则时刻乙刚好追上甲；以后，甲车速度一直大于乙车，甲车会再次远离乙，两车相遇1次．故C项正确； D．若，则时刻乙仍未追上甲；以后，甲车速度一直大于乙车，乙车不可能追上甲，两车不会相遇。故D项错误。 故选ABC。 三、解答题 6．一辆汽车遇紧急情况刹车，以15m/s的初速度做匀减速直线运动，加速度大小为5m/s2从刹车开始计时，求： （1）汽车2s末的速度大小； （2）汽车经4s位移大小。 【答案】（1）5m/s；（2）22.5m。 【详解】（1）设停止所用的时间为t，由 t= 得： t=3s 由速度公式得2s末的速度 v2=v0-at2 解得 v2=5m/s （2）因汽车3s就停止了，汽车经4s位移等于3s的位移，由速度位移的关系式得 0-v02=2ax 解得 x=22.5m 7．我国道路交通安全法规定，机动车因故障在高速公路临时停车时，需在故障车来车方向150m以外设置警告标志。某司机驾驶汽车以108km/h的速度在高速公路上匀速行驶，发现前方警告标志时刹车使汽车减速至停止。该司机从发现警告标志到汽车开始制动的反应时间为0.7s，制动时的加速度大小为6m/s2。 假设制动后，汽车做匀减速直线运动，那么从司机发现警告标志到汽车停下，行驶的距离是多少？请解释上述交通法规的必要性。 【答案】96m，见解析 【详解】根据题意有 由于可能有人从发现警告标志到汽车开始制动的反应时间更长，也有可能有人会违法超速，这些情况下，刹车距离会更长，故为了安全考虑，机动车因故障在高速公路上临时停车时，需在故障车来车方向150m以外设置警告标志非常有必要。 8．汽车在平直公路上匀速行驶。司机忽然发现前方80m处有一警示牌，随即刹车。刹车过程中，汽车的加速度随位移变化可简化为如图所示的图线。司机的反应时间，在这段时间内汽车仍匀速行驶：段位移为刹车系统的启动阶段；从位置开始，汽车的刹车系统稳定工作。直至汽车停止。从位置开始计时，汽车在第1s内位移为12.5m，在第3s内的位移为2.5m。 （1）求位置之后汽车的加速度大小； （2）求位置汽车的速度大小； （3）若段位移大小为35m，求汽车停下时离警示牌还有多远的距离。 【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】（1）从位置开始计时，设汽车在第3s内一直处于运动状态，根据匀变速直线运动推论可得，汽车的加速度大小为 根据匀变速直线运中间时刻速度等于该段过程的平均速度，可知从位置开始计时，在时的速度为 则从到停下需要的时间为 可知汽车刚好在末停下，故假设成立。 （2）设位置汽车的速度大小为，则有 解得 （3）根据匀变速直线运动位移速度公式 可知图像与横轴围成的面积等于；设汽车在位置的速度为，则在段有 解得 则反应时间内，汽车通过的位移为 汽车从位置开始做匀减速阶段位移为 则汽车行驶总位移为 则汽车停下时离警示牌的距离为 课 堂 小 结 §2.5 匀变速直线运动与汽车安全驾驶 一、停车距离 = 反应距离 + 刹车距离 x = x₁ + x₂ 二、反应距离 x₁ 汽车做匀速直线运动 x₁ = v₀ * t反应 影响t反应的因素：疲劳、酒驾、分心 三、刹车距离 x₂ 汽车做匀减速直线运动 (v=0) v² - v₀² = 2ax₂ → x₂ = -v₀² / (2a) 影响a的因素：路面、车况、载重 四、核心结论 速度v₀对x₂影响最大（平方关系） 安全行车：降速、控距、拒酒驾 板 书 设 计 §2.5 匀变速直线运动与汽车安全驾驶 作业 布置 1. 基础题：教材P59 【练习】第1、2题（计算不同速度下的刹车距离和停车距离）。 2. 调查题：查阅《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》第八十条关于“高速公路安全车距”的规定，并与今天计算结果进行对比。 3. 设计题（选做）：设计一则关于“拒绝酒驾”或“拒绝超速”的公益广告语或宣传画，并运用本节课的物理原理说明其设计理由。 教学反思 本节课成功地将物理知识与生活实际、社会热点问题进行了深度融合，教学效果显著。学生通过计算60km/h和120km/h的停车距离，对“速度平方影响刹车距离”有了刻骨铭心的理解，这比任何空洞的说教都更有力量。将酒驾与反应时间延长定量联系起来，也有效地完成了交通安全教育。课堂气氛在计算环节和观看公益广告环节达到高潮，学生表现出了强烈的参与感和责任感，很好地达成了情感态度价值观目标。然而，部分学生在计算中将速度单位km/h换算为m/s时仍不够熟练，耽误了主要任务的进程，下次课前需进行简短复习或提供换算提示卡。此外，对于物理基础较薄弱的学生，理解a为负值时的公式变形仍存在一定困难，需要设计更详细的板书推导步骤或提供公式模板。整体而言，本节课是一堂有价值的物理课，更是一堂有意义的生命教育课。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$