1.3 位置变化快慢的描述—速度 教学设计-2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

该高中物理教学设计聚焦“位置变化快慢的描述——速度”核心概念，通过百米赛跑情境问题串导入，衔接初中标量速度前概念，构建从位移与时间比到矢量速度的认知支架，整合平均速度、瞬时速度及实验测量等知识点。 以核心素养为导向，采用实验探究法和极限思想渗透，通过打点计时器实验让学生动手测量速度，结合x-t图像斜率理解瞬时速度，拓展位移传感器等现代科技应用，培养科学思维与探究能力，分层作业设计助力教师因材施教，提升学生物理观念与创新意识。

教学设计：位置变化快慢描述——速度（第1课时） 一、教学内容分析 本节课是第一章《运动的描述》第三节，是一节概念课。学生在学习了质点、参考系、时间和位移后，需要进一步定量描述物体运动的快慢。速度这一概念正是在位移和时间两个概念基础上建立的。教材从比较运动快慢的生活经验出发，引入速度的概念，区分平均速度和瞬时速度，并通过打点计时器实验让学生亲身体验速度的测量方法，最后初步认识速度—时间图像。本节课是运动学定量化的关键，也是后续学习加速度的基础。 关于人教版教材先给出速度的概念，再给出平均速度和瞬时速度，这里存在一个常见疑问：一开始的速度概念究竟是平均速度还是瞬时速度？实际上，人教版的编写逻辑是先建立一个统一的概念框架——“速度”就是“位移对时间的变化率”。在这个框架下，再根据时间间隔的长短区分为两种情况：如果Δt是一段有限的时间，该比值就叫“平均速度”，描述这段时间内的平均效果；如果Δt趋近于0，该比值就叫“瞬时速度”，描述某一瞬间的精确快慢。因此，教材一开始给出的速度公式 对平均速度和瞬时速度是“通用”的，它不是专属于哪一个，而是两者共同的“母公式”。 相比之下，鲁科版教材的编排不同：先介绍平均速度，再介绍瞬时速度，最后说明平时所说的“速度”有时指平均速度，有时指瞬时速度。从认知逻辑看，人教版更为严谨统一；从学生容易理解的角度看，鲁科版更贴合初学者的认知习惯。两种版本各有优势，教学中可根据学生情况灵活处理。 二、课标分析 步骤 内容 课标摘录 理解速度。体会科学思维中物理问题研究中的极限方法。 例3 结合瞬时速度概念的建构，体会研究物理问题的极限方法。 课标分解 学生学什么： （1）速度的概念和物理意义； （2）能区分平均速度和瞬时速度； （3）用打点计时器测量平均速度和瞬时速度的方法； （4）速度—时间图像的初步认识。 学到什么程度： （1）能说出速度的定义，公式，单位，量性，物理意义等； （2）能在具体情境中区分平均速度和瞬时速度； （3）会使用打点计时器测量纸带运动的速度，能计算平均速度并粗略表示瞬时速度； （4）能读懂简单的v-t图像，知道图像中点和线的含义。 学生怎么学： （1）通过比较不同物体运动快慢的生活实例，引入速度概念； （2）通过“位置—时间”图像的斜率理解速度； （3）通过打点计时器实验，动手测量速度； （4）通过描点作图，初步认识v-t图像。 三、学情分析 请依据本校、本班级的情况，使用前置测试、问卷等方法进行学情分析。 步骤 内容 统计数据 （请根据实际情况填写） 分析问题 学生在初中已学过速度，但定义为路程与时间之比，是标量。初中的速度既不是平均速度，也不是瞬时速度，而是平均速率。高中速度定义为位移与时间之比，是矢量。学生的前概念对速度学习极为不利。 制定对策 通过实际例子对比，强化速度概念；利用打点计时器实验直观感受平均速度与瞬时速度的关系；借助极限思想初步建立瞬时速度概念。 四、教学目标（核心素养导向） 能力维度 教学目标 理解能力 理解速度的概念、物理意义、矢量性等；理解平均速度和瞬时速度的区别与联系。 模型建构能力 能将物体运动抽象为位移随时间变化的过程，能用平均速度模型近似描述变速运动。 推理论证能力 能根据打点计时器纸带数据论证平均速度与瞬时速度的关系，体会极限思想。 实验探究能力 会使用打点计时器测量位移和时间，能设计表格记录数据，会计算平均速度和瞬时速度。 创新能力 能设计测量瞬时速度的其他方法（如光电门、频闪照相），能尝试用图像分析运动规律。 五、教学重点与难点 重点：速度的概念；平均速度与瞬时速度的区别；打点计时器测速度的方法。 难点：瞬时速度的理解（极限思想）；速度—时间图像的意义。 六、教学资源 多媒体课件、打点计时器、纸带、刻度尺、小车、交流电源、坐标纸。 七、教学方法 法启发式教学法、实验探究法、极限思想渗透法、对比分析法。 八、教学过程设计 （一）问题引入 · 激活理解能力（5分钟） 情境：展示百米赛跑起跑就冲刺的图片，用问题串的形式提问： 1.哪幅图能比较出运动员运动的快慢？ 2.如何比较？ 3.还没有其他方法比较运动的快慢？ 学生讨论： 1.右图。 2. 相同位移比较时间。 3.相同时间比较位移。 教师追问：如果时间和位移都不同，比如同学12.8s跑100m，某选手2h跑马拉松，怎么比较？ 引出速度：用位移与时间的比值来比较运动快慢。 设计意图：从生活经验出发，自然引出速度概念，激活学生对“快慢”的原有认知。 （二）概念建构 · 理解能力与模型建构能力（15分钟） 1. 速度的定义 教师讲解：速度是位移与发生这段位移所用时间之比，用v表示。 讨论： 速度是矢量，方向与位移方向相同。 单位：m/s（国际单位），常用km/h。 对比初中：初中速度是路程与时间之比，是标量；高中速度是位移与时间之比，是矢量。 设计意图：帮助学生完成从“标量速度”到“矢量速度”的认知升级。 2. 平均速度与瞬时速度 问题：百米赛跑中，运动员全程速度是约10.4m/s，但起跑时慢、中途快、冲刺快。全程算出的速度能描述每个时刻的快慢吗？ 引出平均速度：描述一段时间内（或一段位移内）运动的平均快慢，公式 。 追问：如何知道某时刻（如起跑瞬间）的快慢？ 瞬时速度：当Δt非常小时，平均速度就近似等于该时刻的瞬时速度。瞬时速度的大小叫速率，汽车速度计显示的就是速率。 设计意图：通过具体情境，帮助学生理解平均速度与瞬时速度的区别，渗透极限思想。 3. 位置—时间图像与速度 复习：上节课的x-t图像，某段时间内的平均速度等于该段时间内图线的斜率。 教师演示：过某点作切线，切线斜率表示该点的瞬时速度。 设计意图：建立图像与速度的联系，为后续v-t图像做铺垫。 例1．关于速度，下列说法中正确的是（　　） A．汽车速度计上显示70km/h，指的是汽车一段行程中的平均速度 B．某高速公路上的限速为120km/h，指的是平均速度 C．子弹以900m/s的速度从枪口射出，指的是瞬时速度 D．小球3s末的速度是6m/s，指的是平均速度 【解析】车速度计显示的是汽车某一时刻的瞬时速度大小，不是平均速度，故A错误；高速公路限速指的是限制车辆任意时刻的瞬时速度不得超过该值，不是平均速度，故B错误；子弹从枪口射出的速度对应枪口这一位置，属于瞬时速度，故C正确；3s末是一个时刻，对应的速度是瞬时速度，不是平均速度，故D错误。 【答案】C 例2．离地10m的杨树树梢上一片树叶在萧瑟的秋风中颤抖着飘落到地面，完成了它最后叶落归根的使命。若树叶下落的时间为5s，则下列说法中正确的是（　　） A．树叶下落过程中的平均速度一定是2m/s B．树叶下落过程中的平均速率可能小于2m/s C．树叶刚着地时的瞬时速度可能等于1m/s D．树叶刚着地时的瞬时速度一定等于2m/s 【答案】C 【解析】树叶下落时可能存在水平位移，则树叶的位移，树叶下落过程中的平均速度，故A错误；树叶的路程一定满足，则树叶下落过程中的平均速率，故B错误；树叶飘落为无规则变速运动，落地瞬时速度大小不确定，可能等于1m/s，故C正确；瞬时速度与平均速度无必然联系，落地瞬时速度不一定等于2m/s，故D错误。 （三）实验探究 · 实验探究能力（12分钟） 实验：用打点计时器测量纸带的平均速度和瞬时速度 装置：打点计时器、纸带、小车、电源、毫米刻度尺。 任务1：测量平均速度 1.将纸带穿过打点计时器，启动电源，拖动纸带，打点。 2.选取一段点迹清晰的纸带，从起始点开始，每隔0.1s（或5个点）取一个计数点，标记1、2、3… 3.测量各计数点到起始点的位移x，记录时间t，计算各段的平均速度。 任务2：测量瞬时速度 1.以某点E为例，取包含E点的一小段（如D、F两点），测出位移Δx和对应时间Δt。 2.计算平均速度，作为E点瞬时速度的近似。 3.小组讨论：怎样使这个近似更准确？（取更小的时间间隔） 教师指导：强调实验操作规范，纸带要拉直，打点清晰；数据记录要真实，不可随意修改。 设计意图：通过动手实验，加深对平均速度和瞬时速度的理解，培养实验操作和数据处理能力。 例3．在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，小红和小亮同学一起用打点计时器打出了如图所示的一条纸带。D、E、F、G、H为打点计时器直接打出的点迹，已知电源频率为50Hz，则打D、G这两个点的时间间隔为______s。小红建议用D、G两点间的平均速度代表E点的速度，小亮建议用D、F两点间的平均速度代表E点的速度，则______（选填“小红”或“小亮”）的方法更准确。 【解析】电源频率为50Hz，则打点计时器打点的时间间隔为，打D、G这两个点的时间间隔为；时间间隔越短，平均速度越接近瞬时速度，故D、F两点间的平均速度更接近E点的速度，故小亮的方法更准确。 【答案】 0.06 小亮 （四）速度—时间图像 · 推理论证能力（5分钟） 活动：根据实验中测得的各点瞬时速度，在坐标纸上描点（以时间t为横轴，速度v为纵轴），画出v-t图像。 问题引导： 图像中的点表示什么？（某时刻的瞬时速度） 这些点的分布有什么规律？（可能是一条直线或曲线） 结论：v-t图像直观描述了速度随时间变化的情况，是研究运动的重要工具。 设计意图：初步认识v-t图像，为后续匀变速直线运动的学习做准备。 例4．一款自动驾驶汽车正在空旷的封闭道路上做直线行驶数据采集，记录仪因为受到某些干扰，输出了几段现实中绝对不可能出现的速度—时间图像，根据你所学的物理知识推断，这几段图像有可能是（    ） A． B． C． D． 【解析】汽车正在空旷的封闭道路上做直线运动，一个时刻对应一个速度，故AC正确；速度不能突变，故B错误；个时刻不能对应2个或以上的速度，故D错误。本题选不可能的，故选BD。 【答案】BD （五）创新迁移 · 创新能力（5分钟） 活动：了解位移传感器测速度的原理 引导学生阅读人教版本节教材拓展学习栏目“借助传感器与计算机测速度”栏目。 阅读任务： 1.位移传感器由哪两部分组成？发射器A发射什么信号？ 2.系统如何计算出物体运动的位移和速度？ 3.为什么用这种方法测出的平均速度可以代表瞬时速度？ 思考讨论： 1.与打点计时器相比，传感器测速有什么优点？（实时显示、自动记录、精度高） 2.这种测量方法中，用到了我们学过的哪些物理概念？（位移、时间、平均速度、瞬时速度） 拓展介绍： 简要介绍智能手机中的加速度传感器、GPS定位测速等应用，引导学生关注物理知识在现代科技中的实际应用。 设计意图： 1.将课堂知识与现代信息技术结合，拓宽学生科技视野。 2.通过了解传感器测速原理，加深对瞬时速度概念的理解。 3.激发学生对现代测量技术的兴趣，培养创新意识。 九、板书设计 第三节 位置变化快慢的描述——速度 一、速度 1.定义： 2.公式： 3.单位：m/s km/h 4．量性：矢量，方向与位移方向相同 5.物理意义：表示物体运动的快慢。 二、平均速度和瞬时速度 1.平均速度：，描述一段过程中的平均快慢。 2.瞬时速度：Δt→0时的平均速度，描述某一时刻的快慢 3.速率：瞬时速度的大小 三、实验：测量纸带的速度 四、v-t图像 1.点：某时刻的瞬时速度 2.线：速度随时间的变化规律 十、作业布置（能力分层） 能力层次 作业内容 基础（理解） 教材“问题与练习” 提升（建模/推理） 测自己步行或跑步的平均速度，设计实验方案并写出报告。 拓展（创新） 用手机慢动作视频拍摄小球下落，估算小球落地时的瞬时速度，写出方法。 注意：本作业仅供参考，教师可以不布置。防止学生以做作业为借口，和家长要手机玩。 备注：学情分析中的“统计数据”一栏请教师根据班级实际情况填写。实验环节可视时间调整为演示实验或分组实验，建议尽量安排分组实验。 【随堂练习】 1．如图所示，汽车速度计的示数表示汽车的（     ） A．速率 B．瞬时速度 C．平均速度 D．平均速率 【答案】A 【解析】汽车速度计测量的是某个时刻的瞬时速度的大小，即速率，故选A。 2．如图所示，神舟二十一号乘组在空间站开展“运动骨肌受力研究”实验，航天员在跑步机上以6km/h的速度匀速“太空跑步”15分钟，采集足底压力数据。下列说法正确的是（　　） A．在研究航天员跑步姿势与运动骨肌受力时，可以将其视为质点 B．“15分钟”指的是时间间隔 C．“6km/h”指的是航天员相对于空间站的瞬时速率 D．15分钟内航天员在跑步机上“跑步”的位移大小为1.5km 【答案】B 【解析】研究航天员跑步姿势、运动骨肌受力时，航天员的形状和大小不能忽略，因此不能将航天员视为质点，故A错误；“15分钟”是跑步过程持续的一段时间，对应时间轴上的一段区间，指的是时间间隔，故B正确；航天员太空跑步时相对空间站位置不变，“6km/h”是航天员相对于跑步机履带的速率，不是相对于空间站的瞬时速率，故C错误；航天员相对空间站位置没有变化，因此15分钟内航天员的位移大小为，故D错误。 3．如图是高速公路上某一“区间测速”（是指检测机动车通过两个相邻测速监测点之间路段的平均速率的方法）的标牌，该路段全长66km、区间限速100km/h，一辆汽车区间测速通过监测起点和终点的速度分别为90km/h和80km/h，通过测速区间的时间为25 min。下列说法正确的是（　　） A．区间限速100km/h指的是瞬时速度 B．通过终点的速度80km/h指的是平均速度 C．该汽车全程的平均速度大小为85km/h D．该汽车超速了 【答案】D 【解析】区间限速100km/h指的是平均速率，故A错误；通过终点，对应的是某个位置，指的是瞬时速率，故B错误；路段的全长66km指的是路程，不知道走过的位移，故无法求平均速度，平均速度是位移与时间之比，不是速度的平均值，故C错误；该汽车的平均速率，故该汽车超速了，故D正确。故选D。 4．为了在校运会上取得好成绩，小王在半径为的圆形跑道上进行长跑训练。已知他在该跑道上跑完一圈的时间为，跑完一圈半的时间为，求： (1)小王跑完一圈的平均速度大小和路程； (2)小王跑完一圈半的平均速度大小。 【答案】(1)， (2) 【解析】（1）小王跑完一圈的位移为0，故平均速度大小为 他跑完一圈的路程为 （2）小王跑完一圈半的位移大小 则小王跑完一圈半的平均速度大小 学科网（北京）股份有限公司 $