1.4 测量直线运动物体的瞬时速度 教学设计-2025-2026学年高一上学期物理粤教版必修第一册

《测量直线运动物体的瞬时速度》教学设计 【课题】测量直线运动物体的瞬时速度 【教学时间】40分钟 【教学对象】高一（上） 【教材】粤教版必修第一册第一章第四节 【教学内容分析】 1.本节课在教材中的地位和作用 教材上一节学习了速度相关概念及定义，在此基础上，这节课应用学习测量物体的瞬时速度。这个是高中的第一个实验，第一次通过打点计时器进行定量实验，这对于培养学生学习兴趣及实验能力有重要的意义。 2.课程标准对本节的要求 内容要求：通过实验，探究匀变速直线运动的特点，体会科学思维中的抽象方法和物理问题研究中的极限方法。示例：结合瞬时速度概念的建构，体会研究物理问题的极限方法。 教学提示：让学生经历建构速度、加速度、力等重要物理概念的过程，了解测量这些物理量的方法。学会分析和处理实验数据的方法，提高科学探究能力。 学业要求：通过瞬时速度概念的建构，体会物理问题研究中的极限方法和抽象思维方法。会使用基本的力学实验器材获取数据，能用物理图像描述实验数据，能根据数据得出实验结论，知道实验存在误差。能表达科学探究的过程和结果。 3.教材内容安排 本节教材先介绍两种打点计时器的基本结构和工作原理，结合纸带讲解测量平均速度和瞬时速度的方法。然后设计实验让学生动手操作，利用打点计时器记录物体运动的位移和时间信息，测量运动物体的瞬时速度，并作出运动物体的v-t图像。最后，介绍了数字计时器与光电门的装置和测量物体运动的瞬时速度和平均速度的原理。 此节实验课让学生学会使用基本的力学实验器材获取数据，能用物理图像描述实验数据，能根据数据得出实验结论，培养学生科学探究等学科核心素养，还要学生在实验中规范操作、认真观察实验、记录数据和尊重原始测量数据，培养学生良好的实验素质和科学精神。 4.教材的特点 教材先通过引言介绍了测量物体运动速度的意义和面临的困难，引入了打点计时器；然后通过文字和图片详细介绍了打点计时器的基本结构和工作原理；接着教材结合打好的纸带复习回顾了测量瞬时速度的原理，然后通过实验1练习使用打点计时器，练习安装实验装置，再通过实验2测量沿斜面运动小车的瞬时速度，测量出小车的瞬时速度，作出小车运动的v-t图像；最后教材通过文字和图片详细介绍了数字计时器和光电门的基本结构和工作原理。本节“讨论与交流”栏目中的问题，主要是深化学生对打点计时器原理和用打点计时器测量瞬时速度方法的理解。“实践与拓展”栏目引导学生通过查阅资料，以“人类历史上的计时工具”为主题，做一个小课题研究，目的是引导学生在学习物理知识的同时，进行探究学习，提高实践能力、创新能力和自主学习能力。 5.对教材的处理 （1）突出重点，加深对打点计时器原理的理解。 通过课堂引入的两个课堂活动，体现出打点计时器的原理简单、操作方便。通过对点迹信息进行分析，可以得到运动物体在某一过程的时间和对应的位移信息。 （2）适当补充完善、调整顺序教学内容，使得课堂更加科学符合逻辑。 本节教材通过文字和图片详细介绍了打点计时器的基本结构和工作原理。课堂上教师发给每个实验小组一套电磁打点（或电火花）计时器，让学生拿着打点计时器，阅读教材对应内容，去学习打点计时器的结构和原理，充分调动学生学习的主动性和积极性。教师也可以借助打点计时器实物和配套的课件介绍打点计时器的结构和工作原理，然后再让学生观察和动手实验，最后利用“讨论与交流”栏目中的问题，让学生深刻理解打点计时器的工作原理。 然后通过实验1练习使用打点计时器，练习安装实验装置，创设情景进行打点，让学生观察纸带上点的疏密分布，感知其与拉动纸带快慢的关系。接着选几条无点、点密、不在一直线上等有代表性的纸带，用实物投影仪展示。让学生小组讨论思考问题产生的原因。然后引导学生阅读教材，回答怎样根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度，能否根据纸带求出物体运动到某一点的瞬时速度，以求E点的瞬时速度为例，让学生体会如何更精确地求某点的瞬时速度的原理。 从理论上讲，在纸带上选取的两点距离研究点越近，实验的误差越小；从实际操作来看，在纸带上选取的两点距离研究点太近，实验测量的相对误差增大，因此，应该根据实际情况选取这两个点。从而让学生明白选择定义计数点的意义，介绍几种关于计数点选取的说法区分。使得学生使用打点计时器、纸带选点、测量数据、记录数据、处理数据等基本技能。 再通过实验2测量沿斜面运动小车的瞬时速度，将以上基本技能组合使用，测量出小车的瞬时速度，然后引导学生作出小车运动的v-t图像，掌握体会科学探究的几个因素。 最后简单演示介绍数字计时器和光电门的两个应用：1.测量物体通过光电门位置的瞬时速度。2.测量物体经过两个光电门之间的平均速度。 【学生情况分析】 1.学生的知识基础 教材上一节学习了速度相关概念及定义，理解了平均速度和瞬时速度的概念，体会了物理问题研究中的极限方法，知道了速度-时间图像；同时在初中的学习中，清楚长度的测量方法，即刻度尺的使用。在此基础上，这节课学习测量物体的瞬时速度。 2. 学生的心理特点 学生对物理实验课有着较强的兴趣，通过预习，对知识已经有了一知半解，他们已经不满足于单纯的观察实验现象，逐渐希望能通过自己的动手操作得到实验结论。所以在教学中，应充分做好实验引导，明确实验目的，发挥同伴的影响，激发学生的认知兴趣，充分调动学生学习的积极性和自主性。 3.学生的认识特点及困难 学生学习本节的困难主要有以下几点： （1）科学态度与责任的培养，打点计时器的操作不复杂，学生能够很快学会，但是教师需要帮助学生养成良好的实验素质和科学精神，使其能认真规范地进行实验、准确记录实验数据、尊重原始测量数据. （2）理解用无穷短时间内的平均速度表示瞬时速度的思想方法，会用这种方法测量物体运动的瞬时速度，用打点计时器测量瞬时速度的实验需要测量的物理量较多，操作复杂，需要学生先理解用无穷短时间内的平均速度表示瞬时速度的思想方法，学生可能会感到有一定的难度.田解用数字计时器与光电门测量物体运动的瞬时速度和平均速度的原理，此装置学出拉少，理解原理和实际操作都有难度。 【教学目标】 1.物理观念 认识两种打点计时器，并了解其原理、结构，学会安装和使用方法，并能用打点计时器测量直线运动物体的瞬时速度。 2.科学思维 通过不同仪器的巧妙设计思路，让学生把理论与实践通过实验联系起来，通过小组合作，实验方案的设计，可以培养学生的科学论证，质疑创新等科学思维能力。 3.科学探究 学生通过阅读教材，培养学生独立学习的能力；围绕瞬时速度的测量，通过小组成员对测量速度的原理，器材的选用，实验方案的设计，误差分析，实验数据的处理等展开讨论与交流，从而培养学生团队合作，获取信息，处理数据信息的能力。 4.科学态度与责任 通过实验操作，利于培养学生理论联系实际的能力以及严谨细致的实验态度。 【教学重点】 （1）打点计时器的原理及使用。 （2）用打点计时器测量瞬时速度的方法。 【教学难点】 （1）用纸带判断物体运动的快慢。 （2）理解用无穷短时间内的平均速度表示瞬时速度的思想方法。 【教学策略设计】 1. 教学理念及思想 本节课通过任务分解、情景创设和问题设计，注重学生实验操作规范以及获取信息，处理数据信息的能力培养，通过小组合作讨论交流，培养学生团队合作的科学态度，让学生体验科学探究的实验要素，从而达成教学目标。 2. 教学组织形式 老师讲授和演示；师生互动讨论和交流；学生小组合作探究；教师个别小组指导；个人独立自主学习等形式。 3.教学方法 （1）讲授法。 在教学过程中，利用通过课件讲授和实物演示实验，帮助学生理解打点计时器的原理和使用方法，积极引导学生开展思维活动，以达到突出重难点的目的。 （2）小组讨论法。 小组讨论法是通过小组学生间的讨论交流，能较好地调动学生学习积极性和增进学生之间的友谊。 （3）实验练习法。 利用老师指导和学生讨论交流，让学生以小组为单位进行实验操作，在交流合作的过程中，培养学生的操作技能以及解决问题的能力。 4.学法指导 要求学生在实验中操作规范，记录数据准确，尊重原始测量数据，帮助学生养成良好的实验素质和科学精神；理解用平均速度近似代替瞬时速度的思想方法，使学生在获取知识的过程中，领会这种化小、取微元的物理学思想方法，同时注重团队合作精神、探索精神等科学态度与责任的教育。 5.教学媒体设计 以多媒体课件为载体，利用图像、照片、游戏实验，让学生从生活的情景出发，帮助学生更好地理解打点计时器的原理。 【教学流程图】 两个课堂学生活动 新课导入 通过类比，加深对打点计时器的理解（科学思维） ） 自主学习，对比归纳总结的能力（物理概念） 阅读教材，总结归纳 打点计时器介绍 打点计时器的使用和数据处理 分组实验，实验原理、数据分析 动手操作，解决问题的能力（科学探究、科学思维） 自主学习，提取知识的能力（物理概念、科学思维） 阅读教材、演示实验 数字计时器介绍 【教学过程设计】 教学环节和教学内容 教师活动 学生学习活动 设计意图 【新课导入】 简易模拟打点计时器。 学生演示实验和小组内活动实验。 【课堂活动1】为了解某同学行走的过程，老师让他拿着底部穿孔、滴水比较均匀的饮料瓶竞走，然后通过留在地上的水印分析他的速度变化情况。 教师引导： 提出问题：较慢的匀速、较快的匀速、加速、减速情况下，留在地上的水印的变化。 【课堂活动2】小组内两位同学之间合作用彩笔和纸带模拟打点计时器。 教师引导： 提出问题：相邻两点的距离跟牵动纸带的速度有什么关系？牵动纸带的快慢不均匀，对相邻两点所表示的时间有没有影响？ 【学生观察，讨论、总结、回答】 期待回答：水印之间的距离大小与速度大小有关系。速度大，间距就大。 期待回答：相邻两点间的距离随着牵动纸带的速度的增大而加大。纸带运动的快慢不均匀，点子的间隔也不均匀，但对相邻两点间的时间间隔没有影响。 能将滴水与打点计时器的工作原理进行类比，通过分析水印和打点间距获知运动情况。加深巩固学生对打点计时器工作原理的理解和应用。（科学思维） 【进入新课】 一、引入一个新的计时仪器——打点计时器 阅读教材，自学归纳两种打点计时器的使用条件。 老师引导：在以上的两个活动中，同学们认识到了打点可以体现物体运动的快慢。但是能不能方便地准确测量出两个点之间的时间间隔？ 引出打点计时器 教师引导： 布置学生阅读教材，明确电磁打点计时器和电火花打点计时器的作用、各部分的名称、工作原理及使用方法. 【课件展示】打点计时器： 教师引导： 课本P20讨论和交流：1.为什么打点计时器不能使用直流电？ 2.假设交流电源的频率是80 Hz，那么它将多长时间打下一个点？ 教师引导： 归纳总结：思考比较两种打点计时器的共同点与区别 期待回答：不能。 【学生阅读、听老师讲解】 讨论和交流 期待回答：1.工作原理中是靠电流方向的改变来改变磁铁的磁场方向，从而促使振动片上下振动，并且振动片的振动周期与电源的电流变化周期一致。 2.若使用50 Hz的交流电，打点的时间间隔为0.02 s.这个值正好是电源频率的倒数。所以频率是80 Hz时，那么它将0.125 s打下一个点。 相同点：都用交流电，一般情况下打点频率相同，每隔0.02 s打一次点。 不同点：打点方式不同， 电磁打点计时器：利用振动的振针打点；电火花计时器：利用火花放电打点。 电源电压不同，电磁打点计时器：6V以下交流电；电火花计时器：220V交流电。 了解打点计时器是一种较为精确的计时器，是一种记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器。（科学探究） 阅读教材，掌握打点计时器的原理和结构，培养学习自主归纳总结的能力。（物理概念） 二、实验1： 练习使用打点计时器 学生思考、小组交流讨论 教师引导： 组织学生两人一组，部分小组用电火花计时器，另一部分小组用电磁计时器，按照课本规范步骤练习使用打点计时器，用不同速度拉动并打出几条清晰的纸带，观察纸带上点的疏密分布，感知其与拉动纸带快慢的关系。 创设情景：选几条无点、点密、不在一直线上等有代表性的纸带，用实物投影仪展示。 教师追问： 【问题1】造成这些情况的原因可能是哪些？（用课件展示）  1.电磁打点计时器打出的点迹不够清晰或没有点的原因可能是？ 2.打出的是短线而不是点是什么原因？ 　 教师提问：阅读教材P20 问题1：怎样根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度？ 问题2：我们能否根据纸带求出物体运动到某一点的瞬时速度？如何求？回顾瞬时速度的定义。 教师引导：（阅读教材P20） 以求E点的速度为例，让学生体会如何更精确地求某点的瞬时速度。 思想方法：极限法。测量出包括E点在内的D,F两点间的距离和时间，E点速度近似等于。D,F两点离E点越近，这个平均速度越接近E点瞬时速度。 思考：是不是时间间隔越短，计算出的瞬时速度就越准确？ 教师引导补充： 明确计时点与计数点 计时点：纸带上打出的原始点为计时点 计数点：由于纸带被打出的原始点过于密集，测出的间距误差较大，为便于测量和计算，我们另选间距较大且时间间隔相等的计时点来研究，这样的点叫做计数点。 思考：如何选择计数点？区分每隔4个点；每5个点；相邻两个计数点之间还有4个点没有画出，代表的时间间隔是多少？ 学生完成后，展示、说明、对比。 学生思考讨论总结回答： （1）电源电压偏低。 （2）永磁体磁性不足。 （3）振针位置过高。 （4）复写纸陈旧。 （5）振动片不在永磁体的中央。 （1）振针过低。适当调高一些。 （2）所加电压太高，使振幅过大。适当调低电压。 期待回答：测出两个点间的距离，数一下这两个点间共有多少个时间间隔，即有多少个0.02 s，用这个总距离去除以所需用的时间。把测量和计算的结果填入表中。 整理、思考、填表：给学生测量、计算的时间。 期待回答：用很短时间内的平均速度代替某点的瞬时速度。 期待回答：D，F两点间的距离过小，则测量的相对误差就会越大。 期待回答：结合纸带，分析时间间隔都是0.1 s。 实际操作，练习安装、使用、问题分析记录数据等基本技能。（科学探究） 学生亲自手拉纸带练习使用打点计时器，自己设计表格，记录测量数据。（科学态度） 教给学生处理问题的方法，培养动手能力，独立分析解决问题的能力。（科学探究） 增强阅读能力，授予方法，渗透学习物理的思想方法，培养学生的计算能力。（科学思维、科学态度） 通过该问题，让学生体会到，在实际实验中计算瞬时速度时，并不是选取的时间间隔越小，得到的瞬时速度误差就越小。（科学思维） 为后面补充计时点和计数点的概念做铺垫。（物理概念） 明确计时点和计数点的区别，为后面计算瞬时速度时的时间确定做好铺垫。（科学概念） 三、实验2 用打点计时器测量沿斜面运动小车的瞬时速度（打点计时器的应用） 利用打上点的纸带研究物体的运动情况。 四、数据处理，作小车的v—t图像 教师引导：阅读教材P21 实验2：测量沿斜面运动小车的瞬时速度 问题1：纸带上打出的点迹是否反映小车的运动？如何根据求纸带上某点的瞬时速度？ 问题2：开始释放小车时，小车是靠近还是远离打点计时器？ 问题3：是先接通电源，再释放小车，还是先放小车再开电源？完成实验后应及时做什么？ 问题4：纸带中，怎么选计数点？时间间隔选多少作为计时单位比较合理？ 学生分组实验 范例： 思考1：根据纸带数据计算 填入表格并说明小车的速度如何变化？（注意单位和有效数字） 思考2：根据前面所学，怎样更直观、形象地反映小车速度随时间的变化规律？ 思考3：作图前，怎样给坐标轴定标？ 收集部分小组的图像并展示分析。 问题3：小车运动的v-t图像具有什么特点？说明小车的运动特点是？ 教师引导： 通过Excel表格和函数，快速模拟小车运动的v-t图像。 学生小组内讨论和交流、分享 期待回答：反应，二者相连，运动情况相同。 靠近打点计时器 开始前，先接通电源，再释放小车；完成实验后应及时关闭电源。 每隔0.1 s标一个计数点。 【阅读自学】学生自学课本 期待回答：小车的瞬时速度随时间增大而增大。 作出v-t图像。 学生小组内讨论和交流、分享 个别图像只分布在坐标系平面很小一部分 一条倾斜的直线。速度随时间均匀变化 认识小车的运动与纸带的运动具有相同性，可通过研究纸带的运动来研究小车的运动。（科学思维） 会规范进行实验操作。会标出合理的计数点并进行测量。（科学探究） 会根据测量数据计算瞬时速度。（科学思维、科学态度） 针对个别图像只分布在坐标系平面很小一部分，解释选择合适标度的物理意义。（科学探究） 培养学生从图像获取信息的能力。（科学探究） 拓宽学生见识，提高学生兴趣。 五、数字计时器 教师引导：拓宽学生见识 计时装置：由数字计时器和光电门组成． 教师引导：阅读教材P22回答 问题1：如何测量物体通过光电门位置的瞬时速度？ 问题2：测量物体经过两个光电门之间的平均速度： 期待回答： 1.记录物体通过一个光电门的时间：光线遮挡，开始计时；物体离开，停止计时。记录时间为t。测量物体的遮光宽度，记录位移为d。物体通过光电门位置的瞬时速度为。 2.记录物体通过两个光电门的时间：记录时间为，测量两个光电门之间的距离，记录为s。物体通过两个光电门的平均速度为。 阅读教材，提高学生自学和提取知识的能力。 （物理概念、科学思维） 拓宽学生见识，提高学生兴趣。 【总结归纳】 教师提问： 回顾这节课学到了哪些新知识？获得了哪些处理问题的方法？ 1.会使用打点计时器，能利用打点计时器打出纸带，进行纸带数据处理。 2.会根据数据作出图像，能根据图像表述物体的运动情况。 3.知道数字计时器的使用。 总结求平均速度和瞬时速度的方法。 帮助学生梳理知识，补充遗漏 【板书设计】 第四节 测量直线运动物体的瞬时速度 一、两种打点计时器：交流电 二、练习使用打点计时器：1.计时点与计数点 2.应用：平均速度和瞬时速度 三、测量沿斜面运动小车的瞬时速度 四、数字计时器 9 学科网（北京）股份有限公司 $