1.4 速度变化快慢的描述-加速度 教学设计-2026-2027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加速度概念建构，以石家庄市人口数据统计表为导入，通过驱动性问题区分“变化量”与“变化快慢”，衔接速度知识，构建从位置变化到速度变化的运动描述体系。 以驱动性问题为主线，结合弹力球反弹实验、“命运不同的两颗鸡蛋”演示及苏炳添起跑等视频，通过科学思维中的比值定义法引导学生建构加速度概念，突破矢量性难点，融入交通安全案例培养科学态度与责任，提升学生探究能力，助力教师高效教学。

《加速度》教学设计 ——基于驱动性问题的概念建构教学 一、教学基本信息 项目 内容 课题 加速度 学科 物理 学段 高中一年级 教材 人教版高中物理必修第一册 课时 1课时（40分钟） 课型 新授课 二、教材分析 本节内容是人教版高中物理必修第一册第一章"运动的描述"的最后一节，是在学生已经学习了参考系、坐标系、位移、速度等概念之后，进一步描述物体运动的重要物理量。 加速度是本章的核心概念，也是整个力学体系的基础概念之一。它既是对前一节"速度变化"的深化，又为后续学习匀变速直线运动、牛顿运动定律奠定基础。教材从生活实例出发，通过比较不同物体速度变化的快慢，引出加速度的概念，体现了"从生活走向物理，从物理走向社会"的课程理念。 教材的知识逻辑是：参考系→坐标→位置→位移→速度→加速度，是一个逐步深入、不断完善的运动描述体系。加速度的引入标志着学生对运动的描述从"位置变化的快慢"进入到"速度变化的快慢"，是认知上的一次重要飞跃。 三、学情分析 1. 知识基础：学生已经学习了位移、速度等描述运动的基本概念，知道速度是描述物体位置变化快慢的物理量，能够计算平均速度和瞬时速度。在初中阶段，学生对"速度"已有初步认识，但对矢量的方向性理解还不够深入。 2. 认知特点：高一学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，对直观的实验现象和生活实例容易理解，但对抽象物理概念的建构存在困难。特别是加速度作为矢量，其方向性和物理意义是学生认知的难点。 3. 可能障碍：学生容易将"速度大""速度变化大""速度变化快"三者混淆；对加速度的方向性理解不足，容易陷入"大减小"的初中思维定势；对"速度变化量"的矢量性认识不清。 四、教学目标 （一）物理观念 1. 理解加速度的概念，知道加速度是描述物体速度变化快慢的物理量。 2. 掌握加速度的定义式、单位和矢量性，能正确计算加速度。 3. 理解加速度与速度、速度变化量的区别与联系，能根据加速度与速度的方向关系判断物体做加速还是减速运动。 （二）科学思维 1. 经历"速度变化量→速度变化快慢→加速度"的概念建构过程，体会比值定义法在物理学中的应用。 2. 通过对不同运动情景的分析，培养比较、归纳、抽象的思维能力。 （三）科学态度与责任 1. 通过人口问题、生活中的加速度等实例，感受物理与社会、生活的密切联系。 2. 通过"死亡加速度"等交通安全教育，树立安全意识和社会责任感。 3. 了解自然界和科技中的加速度，激发探索自然的兴趣和热情。 五、教学重难点 （一）教学重点 1. 加速度概念的建构过程。 2. 加速度的物理意义、定义式和矢量性。 （二）教学难点 1. 速度变化量的矢量性——从"大减小"到"末减初"再到"带方向的末减初"。 2. 加速度与速度、速度变化量的区别。 3. 根据加速度与速度的方向关系判断加速减速运动。 六、教学方法与教学准备 （一）教学方法 驱动性问题教学法、实验探究法、类比法、讨论法、启发式教学。 （二）教学准备 1. 演示实验器材：弹力球、烧杯（2个，其中一个装3/4容积的水）、鸡蛋（2个）。 2. 多媒体课件、视频素材（苏炳添起跑、赛马急停、嫦娥一号发射、变色龙捕食、水玉霉弹射孢子、赛车与战斗机比赛、交通视频、科研超重视频）。 七、教学过程 （一）新课引入：从社会话题到物理问题 【教师活动】 在人口问题日益突出的社会背景下，呈现石家庄市2015—2025年常住人口统计数据表（表1），提出驱动性问题。 表1 石家庄市2015—2025年常住人口数据统计 年份 年末常住人口（万人） 较上年增加（万人） 2015 1070.16 +8.54 2016 1078.46 +8.30 2017 1087.99 +9.53 2018 1095.16 +7.17 2019 1103.12 +7.96 2020 1124.15 +21.03 2021 1120.47 -3.68 2022 1122.35 +1.88 2023 1123.35 +1.00 2024 1124.66 +1.31 2025 1124.69 +0.03 【驱动性问题】 1. 哪一年人口增加的数量最多？ 由于表中相邻两年的间隔都是 1 年，所以增加数量最多的那一年，人口增长得也最 快 。 2：如果 A 城市 5 年共增加了 100 万人，B 城市 1 年增加了 50 万人，哪个城市增长更快？ 所以：只看 "总共变了多少" 不能判断快慢，变化快慢还要和__时间____有关。 物体运动速度的变化快慢，又会与哪些因素有关呢？ 【学生活动】 阅读表格数据，比较不同年份的人口变化快慢，思考变化量与变化快慢的区别。 【设计意图】 由社会话题引入课题，既培养学生学习兴趣，又引导学生关注社会问题。开门见山直接提出"变化多少""变化快慢"两个核心问题，为后续加速度概念的建构奠定认知基础。 （二）台阶1：认识生活中存在变速过程 【教师活动】 播放三段视频：①苏炳添起跑；②赛马沙土急停；③神舟23号发射开始阶段。 【学生活动】 观看视频，感受生活中随处都存在变速过程，思考：速度发生变化，会产生变化量。 【设计意图】 先让学生认识生活中随处都存在变速过程。变速就是速度发生变化，会产生变化量。这一环节，既让学生了解研究变速运动的必要性，又引导学生迈向研究速度变化量的第二个台阶。 （三）台阶2：研究速度的变化量 演示情景1：射箭——从"大减小"到"末减初" 过渡语：我们该怎样计算一个物体的速度变化量呢？ 射箭箭速测量视频：利用测速装置可以测出挡光板经过光电门时的速度。 显示为72.4m/s。 【驱动性问题1】 （1）箭从静止射出到72.4m/s，速度变化量是多少？该怎样计算它的速度变化量呢？ （2）箭速度从72.4m/s到0射中靶的过程中，速度变化量是多少？又该怎样计算它的速度变化量呢？ 【学生活动】 由于初中思维的惯性，学生往往会利用"大减小"很快计算出两种情景都是72.4m/s的结果。 【驱动性问题2】 两个过程不同，结论相同，合适吗？如何处理才能在结果中体现过程的不同？ 【师生讨论】 引导学生讨论：类比物体位置的变化（位移）等于末位置减初位置，所以物体速度的变化量也应是"末减初"，而不是"大减小"。实际上物理学中的所有变化量都是"末减初"。 【设计意图】 学生由于初中思维的惯性，会利用"大减小"很快计算出结果。通过问题驱动，让学生认识到"大减小"不能区分过程方向，从而引出"末减初"的正确表述。 演示情景2：弹力球反弹——从"末减初"到"带方向的末减初" 演示弹力球垂直撞击水平桌面原速反弹。 【驱动性问题3】 如何计算弹力球碰撞前后的速度变化量？（学生很容易进入速度变化量是0的误区） 【师生讨论】 引导学生讨论：弹力球碰撞前后的运动方向明显发生了变化，速度变化量为0的结果说明"末减初"还是不行。原因是进行矢量计算时，方向很关键。我们可以类比同线二力合成的（矢量变标量计算）计算，应先在小球运动方向上选择一个正方向，以此来确定速度符号，再来计算速度的变化量，结果中的符号含义表示与正方向的关系。因此，计算速度的变化量要先设运动正方向，再运用带方向的速度进行"末减初"。 【设计意图】 利用视频和演示实验的真景实感将课堂保鲜；从箭射出、箭中靶再到小球原速反弹，3个情景层层递进，依次出现，通过问题驱动，让学生充分体验探究的过程。从学生原有的认知"大减小"到"末减初"，再到"带方向的末减初"，将"速度的变化量"逐步构建起来。 作图法表示速度变化量 过渡语：逻辑性强的计算法具有一定的信服力，但我们能否利用直观的作图法表示速度的变化量？ 【驱动性问题4】 （1）如何利用作图表达速度、速度变化量的大小和方向？ （2）如何从速度与速度变化量的方向关系来判断物体是加速或减速运动？ 【学生思考、讨论并小结】 Δv与v0同向，物体做加速运动；Δv与v0反向，物体做减速运动。 【设计意图】 对于高一学生，刚刚接触矢量，如果不能很好地理解速度变化量的方向性，就会对加速度矢量的理解造成障碍，这是重难点突破的关键。在这一环节中，通过作图实践，不仅让学生进一步了解速度变化量的方向性，同时也为后面解决"根据加速度与速度的方向关系判定加速、减速"问题做好铺垫。 （四）台阶3：比较速度的变化快慢 演示情景3：命运不同的两颗鸡蛋 介绍实验装置：横竿是为了保证两鸡蛋从同一高度静止释放；在鸡蛋的正下方放有两个烧杯，一杯空置，一杯装入3/4容积的水。学生观察演示实验。 【驱动性问题1】 没碎的鸡蛋和碎的鸡蛋与烧杯的撞击过程有何不同？ 【学生思考讨论】 鸡蛋没碎说明它与杯底碰撞的减速过程被水延缓了，即物体变速过程有快有慢。 【设计意图】 通过"命运不同的两颗鸡蛋"这一有趣的演示实验，让学生直观感受到变速过程有快有慢，自然引出"如何比较速度变化快慢"的问题。 理论定性探究：比值定义法的建立 【驱动性问题2】 如何比较不同物体变速过程的速度变化快慢？ （1）理论探究 【驱动性问题3】 比较表格中四种物体的速度变化快慢。 学生思考并比较各个物体速度变化快慢。 运动的物体 初速度 (m/s) 末速度 (m/s) 时间 (s) A. 飞机起飞 0 84 30 B. 跑车启动 0 84 12 C. 摩托车启动 0 60 12 D. 战斗机飞行 300 450 15 【驱动性问题4】 在实际的运动中时间是任意的，不可能正好是1s。单位时间（如1s），容易找到吗？（不容易） 【驱动性问题5】 由物体运动快慢（或人口变化快慢）类比启发，能否求出单位时间的速度改变？ 结论："比值Δv/Δt"表示单位时间物体的速度改变。比较"比值"，就相当于比较物体在不同时间段或不同位移段速度改变的快慢。因此，"比值"能够描述物体的速度变化快慢。 【引导学生讨论】 （1）v、Δv、Δv/Δt三者没有必然联系。 （2）生活中比较快慢总是与时间有关，所以只有速度变化率Δv/Δt才能描述物体速度变化快慢。（小结） 设计意图：本环节的教学是按照比值定义法的教学逻辑逐步引出变化率的概念而展开的。在这一环节中，把握好课堂的节奏很关键，一定不能急于提出加速度的概念。因为速度变化快慢的最直接的表述是速度的变化率，而不是加速度。此时，"在物理学上把Δv/Δt定义为加速度"的概念已呼之欲出了。 （3）实例应用：F1赛车与战斗机比赛 播放F1赛车与战斗机比赛比赛视频。 战斗机：最大平飞表速1000km/h；最高时速1100km/h。F1赛车最大速度400km/h。 【驱动性问题1】 ①飞机和赛车最终谁快？用什么物理量描述？ ②短程启动阶段，谁的速度变化快？又用什么物理量描述？ 【设计意图】 通过实例，让学生进一步清楚地认识到，速度、速度变化量、加速度是完全不同的物理量，三者没有必然联系。它们从不同的角度描述物体的运动。 （五）台阶4：用物理加速度的眼光看世界 过渡语：下面请用物理加速度眼光来看世界，请用新的认知来描述生活中的现象。 1. 自然界中的加速度 播放：变色龙在捕食和水玉霉弹射孢子视频。 变色龙在捕食时的舌尖移动的加速度最高可达486m/s²，相当于重力加速度的50倍；水玉霉弹射孢子时的加速度为（2—18万）g，时速高达90km/h。 2. 百姓生活中的加速度 播放：早高峰十字路口绿灯放行时各种交通工具启动视频和发生车祸时制动视频。 交通管理部门为了交通安全，特制定了死亡加速度500g（g=10m/s²）这一数值，以醒世人。意思是如果行车加速度超过此值，将有生命危险。那么大的加速度，一般情况下车辆是达不到的，但如果发生交通事故时（车辆碰撞时间大多为毫秒级），将会达到这一数值。 3. 人类科研中的加速度 播放：科学家科研超重视频。 我们人类生理承受的加速度是有限的。科学家们为了研究加速度对身体的影响（生理效应），付出了很大代价。我们真的要感谢他们，是这些科学家勇于探索和不断追求让我们对世界的认知越来越清晰。 【设计意图】 让学生知道物理每时每刻就在身边，随时随地都要遵守交通规则；让学生充分领会人类探索自然规律的科学奉献精神，同时也培养学生自主探究的意识和自信心。 （六）课堂小结：加速度建立的进阶过程 小结：建立加速度的概念我们经历了如下过程，而在这个过程中我们又通过意义、单位、方向、运动性质等几个方面来理解了加速度。 层级 物理量 描述对象 v 速度 描述运动快慢 Δv 速度变化量 描述速度变化 Δv/Δt 速度变化率 描述速度变化快慢 a=Δv/Δt 加速度 物理意义：描述物体速度变化快慢 单位：m/s² 方向：a与Δv方向相同 由a与v的方向关系判定物体运动性质 a与v同向，物体做加速运动 a与v反向，物体做减速运动 八、板书设计 一、速度的变化量 Δv = v末 - v初 1. 矢量性：先设正方向，带方向计算 2. 作图表示：同向→加速；反向→减速 二、加速度 1. 定义：速度的变化量与发生这一变化所用时间的比值 2. 公式：a = Δv/Δt 3. 单位：m/s² 4. 矢量性：方向与Δv方向相同 5. 物理意义：描述速度变化的快慢 三、注意：v、Δv、a三者无必然联系 学科网（北京）股份有限公司 $