高中物理新课标必修1教师教学用书电子版

中学物理新课标必修1

课时安排建议第1单元1质点参考系和坐标系（1学时）2时间和位移（2学时）第2单元3运动快慢的描述速度（2学时）4试验：练习运用打点计时器（2学时）5速度变更快慢的描述加速度（2学时）1质点参考系和坐标系（1）教材分析要描述物体的运动，首先要对实际物体建立一个物理模型，最简洁的是质点模型。由于运动的相对性，描述质点的运动时必需明确所选择的参考系。为了精确地、定量地描述质点的运动，还要建立坐标系。质点、参考系和坐标系是描述物体运动的基础学问，教材逐步绽开这些内容，最终介绍全球卫星定位系统。本节学问是学习后面内容的基础，也是整个力学的基础。（2）质点的教学质点模型是中学物理提出的第一个志向模型。我们对质点概念的形成，以及质点模型的建立过程，其教学要求是初步的。学生对科学思维方法也只能是有所相识，要求不能太高。教科书对质点模型建立的思维过程有以下考虑：①物理概念、规律是对确定的物理模型来说的，物理模型的建立过程体现了科学思维方法。②质点概念当然重要，但更重要的是引导学生领悟质点概念的提出和分析、建立质点模型的过程；为此，教材通过实例说明要精确描述物体的运动是特别困难的，分析困难的缘由，并逐步指出建立质点概念的必要性，充分展示了物理学探讨的科学思维过程，让学生体验什么是科学思维的方法。教学中要进一步为学生创设问题情景。如放映录像：鸟的飞行，流水、瀑布，羽毛下落……·具体描述物体运动有什么困难？·我们须要了解物体各部分运动的区分吗？·演示羽毛下落。·老师引导学生探讨并总结质点概念。要明确质点概念的准确内容和在什么状况下可把物体看做质点。同时，要明确建立物理模型是物理学探讨问题的基本方法。（3）参考系和坐标系的教学①学生在初中已学过参照物，老师可让学生举例说明同一物体对不同的参照物运动状况不同，对学生列举的典型例子老师应充分确定，同时结合教科书中的图1．1-4加以分析。然后老师说明“参照物”的科学名称是“参考系”即可。②坐标系的建立是教学重点，我们可创设一个实例让学生思索。图1－1如图1-1所示，一辆汽车从天安门沿长安街驶向西单、南菜园方向，我们怎样描述汽车的位置随时间的变更？图1-1让学生思索如何选择坐标轴和正方向？如何选坐标原点？如何确定坐标轴上的刻度值？老师最终总结：对质点的直线运动，一般选质点运动轨迹为坐标轴，质点运动的方向为坐标轴正方向，选取质点经过坐标轴原点的时刻为时间的起点。（4）全球卫星定位系统（GPS）的教学图1－2图1-2全球卫星定位系统应用越来越广，可让学生阅读教材，并举例说明它的很多用途。教材没有介绍定位原理，教学中也没有这个要求，而是让学生了解图1．1-6显示屏上供应的信息。教科书图1．1-6显示屏上的北纬39°55．451′、东经116°23．504′是北京所处的经度和纬度，第1行的“西”和第2行的航向267°其含义如图1-2所示。2时间和位移（1）教材分析介绍描述质点运动的时刻、时间间隔、路程、位移、矢量等概念的含义和区分。本节和上节的内容都是为下面的速度和加速度的学习奠定基础。时刻和时间间隔、路程和位移的含义学生简洁混淆，要留意让学生弄清晰它们的区分。（2）教学的整体设计本节要求学生了解时刻、时间间隔、路程、位移等概念的含义和区分。老师逐个说明名词效果不好。可以考虑通过一个实例让学生分析、探讨。如：利用教科书中图1．2-2北京到重庆的一条路途，标明运用的交通工具，从列车时刻表上查出由北京动身的时间（时刻），经过中间各大站的时间（时刻）和到达重庆的时间（时刻）。可以让学生各自画示意图，表示从家动身到达学校的路途、经过各处的时间等。让学生针对实例分析时刻、时间间隔、路程、位移等概念的含义，以及它们之间的关系和区分，最终老师总结。（3）位移的教学位移是有大小和方向的物理量，即用初位置指向末位置的有向线段来表示位移。让学生进一步领悟描述质点位置的变更量是位移，依据位移就能确定质点的新位置。另外，位移是矢量。学生第一次接触矢量语言感到不习惯是自然的，我们可考虑充分利用有向线段表示矢量的直观、形象的特点，联系实际例子，让学生初步了解矢量相加的法则。如本节的“思索与探讨”的内容同样是教学的重要环节，但不是要求矢量的教学一步到位。不要将结论告知学生，让学生从一个实例动身思索矢量相加的法则。学生可能说不出完整的什么法则，但对三个位移矢量构成一个三角形的这种关系确定能够有所领悟，这就达到了教学的要求。因为矢量合成的法则要在以后接触更多的矢量之后才正式学习，在这里只是起到一个铺垫的作用。（4）“思索与探讨”栏目的教学图1－3图1-3用初位置到末位置的有向线段表示位移。作为矢量与标量的重要区分在于位移的加法与标量的加法不同，这是教学的重点，也是难点。为了让学生初步领悟矢量加法不同于标量加法，教材特殊设置“思索与探讨”栏目，让学生通过一个实例的思索与探讨，感悟到向北的40m位移加上向东的30m位移等于北偏东37°的50m位移。在学生画出相应的矢量图后，老师可引导学生扩展到其他状况，启发学生归纳出矢量的加法是一种几何加法。留意这不是矢量教学的全部，只是一个铺垫。关于矢量的加法问题要在第三章相互作用中完成。3运动快慢的描述──速度（1）教材分析教材进一步说明如何用坐标和坐标的变更量来表示质点的位置和位移，为速度概念的叙述作好打算。教材的重点是速度，从平均速度引入，通过极限的思维方法过渡到瞬时速度，说明瞬时速度表示物体在时刻t的速度。教材最终说明速度的应用，特殊以“STS”栏目形式从一个侧面说明速度与社会发展的关系。（2）用坐标的变更量表示位移平均速度和瞬时速度都用位移与时间的比来定义，直线运动中质点的位移用坐标的变更量Δx来表示的方法是重要的。教材以一辆汽车沿平直马路行驶为例，让学生通过思索与探讨理解用Δx表示位移大小和方向的方法。老师在组织学生探讨和总结时要留意引导学生理清思索问题的思路，如先选定质点运动的直线为一维直线坐标系，确定坐标轴的原点和坐标轴的正方向，并确定坐标轴的标度。图1－4质点①在t1时刻位于A点，坐标x1=10m质点①在t2时刻位于B点，坐标x2=30m质点的位移是有向线段AB，线段的长度20m表示位移的大小，有向线段的方向表示位移的方向。Δx=x2-x1=20m，Δx的确定值表示位移AB的大小，Δx为正值表示位移AB的方向与x轴正方向相同。依据学生思索、探讨的状况，我们还可考虑设置下列问题把探讨引向深化：质点②t1时刻在C点，x3=80m质点②t2时刻在D点，x4=60mΔx=x4-x3=-20m，Δx的确定值表示位移CD的大小，Δx为负值表示位移CD的方向与x轴正方向相反。质点③t1时刻在E点，x2=-30m质点③t2时刻在F点，x6=-10mΔx=x6-x5=20m，Δx的确定值表示位移EF的大小，Δx为正值表示位移EF的方向与x轴正方向相同。质点④t1时刻在G点，x7=-40m质点④t2时刻在H点，x8=-70mΔx=x8-x7=-30m，Δx的确定值表示位移GH的大小，Δx为负值表示位移GH的方向与x轴正方向相反。（3）平均速度和瞬时速度的教学①学生认为平均速度好懂，有的学生误认为平均速度与初中学过的速度没有区分，我们可通过实例让学生留意到，初中学的速度定义是路程与时间的比，它没有方向。现在说的平均速度是矢量，它的方向与位移Δx的方向相同。一辆汽车10s内向东行驶120m，另一辆汽车10s内向北行驶120m，这两辆汽车平均速度大小相等但方向不同，它们的平均速度不同。②教学实践表明，教材用极限思想介绍瞬时速度是可行的。教材在定义了平均速度后进一步指出“为了使运动的描述精确些，可以把Δt取得小一些，运动快慢的差异也就小一些；Δt越小，描述越精确；想像Δt特别小，可以认为表示物体的瞬时速度。”这样处理较清晰地体现了极限思想，目的是让学生进一步加深对科学思维方法的感悟，但又回避了严格的极限概念和计算，也没有引入“极限”这个术语。为加深学生对瞬时速度的理解，我们可做下面的演示试验。图1－5演示如图1-5所示，让滑块沿倾斜的气垫导轨做加速运动。将滑块放上不同宽度的遮光片，即Δx为1cm，3cm，5cm，10cm，若没有成品挡光片，可用硬纸片自制成须要的宽度。测出每个遮光片通过光电门所用的一段时间间隔Δt。遮光片越窄，Δt越小时，描述通过该位置的运动快慢越精确，Δt微小时，可认为是瞬时速度。（4）速度教学中渗透STS的思想STS强调的是科学、技术与社会的互动关系，而不仅仅是科学在技术中的应用。本节教材在“STS”栏目中设置了“速度与现代社会”的文章。介绍了车辆速度的提高与城市发展等方面的关系，并探讨了环境、资源等问题。在涉及科学技术与社会的问题时，重要的是启发学生进行这方面的思索，激励他们发表自己的见解。如文章的最终提出这样的问题：“交通工具的速度是不是越快越好？”另外，对教材中所列的常见的速度表，可让学生补充一些感爱好的、重要的速率，如：空气中0℃时的声速为3．3×102m（5）“说一说”栏目的教学费恩曼所举的好玩的例子可组织同学阅读、争论，激励学生提出自己的想法。老师引导学生相识到警察所说的超速指的是瞬时速度，女士说的是一段时间走的路程和将要走过的路程，这位女士不懂瞬时速度。4试验：用打点计时器测速度将试验教学与其他教学内容紧密地结合在一起的教学形式是这次试验教学的一个特点。虽然没有规定学生的必做试验，但凡是《课程标准》做出这样要求的，教材都支配了试验。本节试验要求全体学生都必需完成。第一次试验课应向学生介绍试验室要求及平安留意事项。最好让学生课前阅读一下教科书中“学生试验”部分的内容，不要求完全读懂，主要是让学生对物理试验有所了解，对物理试验的意义有所相识。（1）试验目标要求学生通过教科书和阅读“说明卡”视察仪器，驾驭运用打点计时器在纸带上记录时间和位移的技能，并运用这一技能测定平均速度，画出v-t图象。了解用图象探讨物理问题的方法。（2）仪器和器材①电磁打点计时器（或电火花计时器）；②纸带；③刻度尺，长度在30cm以上，最好运用透亮塑料尺；④学生电源，运用4～6V沟通电压挡；⑤导线。（3）留意事项①会安装复写纸，并且会调整复写纸的位置，将纸带从复写纸圆片下穿过。将计时器接入50Hz沟通电源，从沟通4V起先，视察振动片振动状况，若振动片振幅较小，再上升电压至6V。②开启电源，打点计时器工作，待1～2s再拖动纸带打出点子。视察点迹是否清晰，打完点后，马上关闭电源（因打点计时器是按间歇工作设计的，避开线圈过热而损坏）。③在纸带上打不出点或点迹颜色过淡状况下，订正的对策大致有三种：电源电压较低（4V）状况下，可适当调高；调整复写纸位置或更换复写纸；调整打点计时器。④打点计时器的调整。如打不出点时，首先要检查压纸框的位置是否上升，而阻碍了振动片，振针打不到纸带上。可将压纸框向下压复原其原来位置。这种状况一般是由于操作不当引起。检查打点计时器是否正常工作的方法是，将计时器接在4～6V沟通电源上，将纸带穿过计时器，开启电源后视察振针是否在纸带上打出印记。若没有打出印记，可能有两种状况。·说明振动片没有工作在共振状况下。可拧松螺钉，适当调整振动片位置，紧固后视察振幅，若达到或接近共振状态即可正常工作。·假如振动片振动较大仍打不出点，可调整振针的位置，直至打出点为止。若振针向下调整过长，则打点针打点的声音过大，且易出现双点，调整时要细致。⑤有的学生可能将打点计时器错接到学生电源的直流电源上（非稳压电源），也能在纸带上打出点迹，这是因为直流输出为单向脉动电流，频率为100Hz，会导致数据处理时发生错误。⑥运用电火花计时器在纸带上打点，安装纸带的方法有两种：一种是用一条纸带从墨粉盘下穿过，打点时墨粉盘不随纸带转动，电火花只将墨粉盘上某一位置的墨粉蒸发到纸带上，打出的点迹颜色较淡,打过一条纸带后要将墨粉盘转一角度再打另－条纸带。学生试验时可采纳这一方法。另－种是用两条纸带，将墨粉盘夹在中间，拖动纸带时由于两条纸带的摩擦作用，墨粉盘会随纸带转动，电火花将墨粉盘上不同位置的墨粉蒸发到纸带上，所以打出的点迹颜色较重。墨粉盘上面的一条纸带没有点迹，可重复运用。用一条纸带打点时，纸带与打点计时器之间的摩擦阻力较小，用两条纸带打点时摩擦阻力较大。不管用哪种方法，打完纸带后马上切断电源。（4）教学中的几点考虑①留意培育学生的试验素养。试验课以学生活动为主，各种活动应有序进行。指导学生阅读课文、说明卡，比照课文和说明卡视察仪器结构、了解仪器功能、操作要领。细致视察试验现象，小组之间可以沟通、对比试验状况。如有意识的变速拉动纸带，视察纸带上打出的点起始部分、中间部分、最终部分有什么变更？其他小组打出的点有什么不同，这些差异都说明什么问题？以提高对试验现象的视察力。要求学生敬重原始测量的数据，不能随意改动，试验测量的原始数据是探讨试验现象。找寻结论和规律的基本依据，也是检验、评价试验结果的依据。敬重原始测量数据，是良好试验素养和科学精神的具体表现。②留意理解一些名词、概念。如计时点、计数点，两个计数点之间的位移、平均速度、某时刻的瞬时速度是怎样求得的。各组沟通v-t图象的异同，探讨异同的缘由。画v-t图象时，横轴、纵轴单位长度的确定要依据试验数据的最大值、最小值合理选取，使描绘的图象v-t能充溢坐标平面的大部分空间。③说明卡片内容建议（以电磁打点计时器为例）：·在桌边固定打点计时器；·将复写纸调整片向外拉出，将复写纸圆片孔套在复写纸定位销上，向里推调整片，可调整复写纸位置；·将纸带穿过限位框，从复写纸下穿过压纸框，从另一侧限位框穿出；·开启电源等待1s～2s拖动纸带，拖出纸带后马上切断电源；·在纸带上选取计数点，测量计数点之间长度时要用量程在30cm以上透亮塑料尺一次测量多组计数点间数值，不要用短刻度尺一段一段的测量计数点间距离，减小偶然误差。（5）手拉纸带的速度—时间图象（示例）手拉纸带的速度—时间图象试验：用打点计时器测速度距离d/m时间t/s速度v/（m·s-1）0．02900．100．290．03830．200．380．04490．300．450．04590．400．460．04590．500．460．05600．600．560．05780．700．580．05620．800．560．05780．900．580．05741．000．570．05881．100．59（6）借助传感器用计算机测速度的教学从《课程标准》教学要求来看，该栏目的内容不是硬性的，可依据学校的具体状况选做。具体做法如下：由A、B两个传感器与数据采集器组成的仪器系统，先将红外线、超声波接收盒B与数据采集器用传输线插口接好，将数据采集器与计算机用数据传输线接好，将数据采集器电源线接好，接通电源。将红外线、超声波放射器盒A固定在小车上，接收传感器B固定在某一位置并调整其高度与传感A等高。小车上A盒放射器对着接收器B，并处于同始终线上。开启A盒电源开关，推动小车运动，在计算机屏幕上即可显示小车位移随时间变更的图象。从计算机屏幕的提示可以选择s-t图象、v-t图象，也可以同时显示两种图象。可以测量某时刻的瞬时速度、加速度，某段时间内的位移、平均速度，并显示其数值。留意：不同的产品的操作方法会有区分，请看说明书。5速度变更快慢的描述──加速度（1）教材分析加速度是力学中的重要概念，也是高一年级物理课较难懂的概念。在学生的生活阅历中，与加速度有关的现象不多，这就给学生理解加速度概念带来困难。为此，教材先列举小型轿车和旅客列车的加速过程，让学生探讨它们速度变更的快慢以增加学生的感性相识。教材还展示飞机的起飞过程，要求学生从具体问题中了解“速度快”“速度变更大”“速度变更快”的含义不同，又在旁批中指出“物体运动的快慢”与“运动速度变更的快慢”不同。在此基础上再说明平均加速度的意义，进而说明瞬时加速度。对重要的v-t图象，教材又设置一个“思索与探讨”，让学生通过v-t图象加深对加速度的相识和对图象的理解。考虑到变更率概念对理解速度、加速度的重要性和理解后续课程很多问题的重要性，教材在“科学闲逛”栏目中较深化、微小地介绍了一般状况下的变更率概念。（2）引入加速度的概念可利用教材描述的小型轿车和旅客列车加速状况的比较，组织同学思索、探讨，要求学生明确：·做变速运动的物体，有的速度变更快，有的速度变更慢；·探讨物体速度变更的快慢是有意义的；·须要引入一个物理量来描述速度变更的快慢。另外，也可以考虑制作课件演示汽车的加速过程和制动过程中速度变更的状况，如图1-6所示。图1－6汽车速度的变更让学生留意视察速度矢量的变更状况，思索探讨速度变更的意义，老师可组织学生探讨，并明确下列问题：·汽车的加速性能是反映汽车质量优劣的一项重要指标；·汽车的制动距离也是反映汽车性能的一项指标；·探讨速度变更快慢是有意义的；·须要引入一个物理量来描述速度变更的快慢。（3）速度的变更量加速度的定义是，理解Δv的含义是重要的。由于本章只探讨直线运动，因此，用Δx=x2-x1表示位移，即用正负号表示位移的方向显得自然，学生好理解。由此引出速度的方向也可用正、负号表示就顺理成章了。速度的变更量Δv是教学的难点。这是矢量减法，用正、负号表示矢量的方向后，矢量减法变换成标量的代数减法，但要求是较低的。用正负号表示矢量方向、同一条直线上矢量的加减法可变为标量的代数加减法等，这些簇新内容的学习对学生的思维实力的提高供应了机会。学生通过自己的努力解决了学习中遇到的问题，能帮助学生树立自信念和培育学生折服困难的意志品质。

甲汽车加速乙汽车减速图1－7老师要向学生明确指出速度的变更量是Δv=v2-v1。速度是矢量，因此v2-v1的矢量减法可以处理为其含义是v1+Δv=v2（图1-7甲汽车加速的状况）；汽车减速的状况Δv的方向与车的前进方向相反（图1-7乙汽车减速的状况），该图示可引导学生独立完成，渐渐养成运用矢量语言进行运算的习惯。（4）加速度平均加速度的定义学生接受起来困难不太大，由平均加速度过渡到瞬时加速度又一次应用极限思想，可让学生联想瞬时速度来理解瞬时加速度。老师可引申说明速度是质点位置的变更率，加速度是速度的变更率，一个变量的变更率常常是很有意义的，让学生阅读教材的“科学闲逛”栏目中变更率的一段叙述，自然地渗透了科学方法的教化。通过v-t图象的展示，先让学生看出图象所反映的速度随时间变更的关系，再提出问题：从图象也能看出速度变更的快慢，即看出加速度，你是怎样看出来的？教学中要留意引导学生围绕来理解加速度，理解加速度a与v、Δv的区分，可考虑提出下列问题让学生思索：·速度大，加速度小，有可能吗？·速度变更量小，而加速度大，有可能吗？·加速度大，而速度小，有可能吗？这些问题要让学生从两方面思索：一是加速度概念的含义；二是结合实例。（5）从v-t图象看加速度的教学课本图1．5-3的“思索与探讨”，教学目的是介绍v-t图象的倾斜程度与运动物体加速度的关系，但这里不是由老师正面讲解并描述，而是从一个问题动身，即从直线的倾斜程度动身，进行探讨。这样不仅促进了学生的主动学习，而且有利于学生形成勤于思索、勇于质疑的习惯。（一）概念、规律和背景资料1．运动学与时空观（1）时间、空间的本质不仅是物理学的基本问题，也是深刻的哲学问题，不断有人对它们进行探讨。20世纪初，爱因斯坦揭示了同时的相对性，用相对性原理和光速不变原理两个基本假设，建立了狭义相对论的时空观，明确指出时间和空间都与物质的运动有关，时间和空间是相互联系的，应统一为四维时空。爱因斯坦又进一步在广义相对论中揭示了时空与物质是相互作用的，物质的分布及其运动使四周的时空发生弯曲，而弯曲的时空又反过来影响物质的运动。可以认为，广义相对论的基本思想是：物质确定了时空，而时空又确定了物质的运动。相对论的时空观与我们习惯接受的经典时空观是格格不入的，初学物理的人难以接受。一般说，我们只能通过自己的阅历和积累的学问去相识新事物。我们四周各种物体的运动、变更都是低速情形，它们基本上都可以用经典的确定时空观去说明。换句话说，经典的时空观对我们生活和活动的广袤领域是适用的，在中学物理的教学中，我们仍旧以经典的时空观进行教学，但应当在适当的地方指出它的局限性，介绍现代时空观的一些常识。（2）质点的机械运动表现为质点的位置随时间变更，质点的位置是相对于确定的参考系说的，参考系是指选来作为探讨物体运动依据的一个三维的、不变形的物体（刚体）或一组物体为参考体，并在参考体上选取不共面的三条相交线作为标架，再加上与参考体固连的时钟，即参考系包括参考体、标架和时钟，习惯上我们把参考体简称为参考系，为了定量地描述物体的运动，我们在参考系上还要建立坐标系。从运动学角度看，参考系可以随意选取。对一个具体的运动学问题，我们一般从便利动身选取参考系以简化物体运动的探讨。古代探讨天体的运动时，很自然以地球为参考系。托勒密的“地心说”用本轮、均轮说明行星的运动。哥白尼用“日心说”说明行星运动时，也要用本轮和均轮。从运动学角度看，“地心说”和“日心说”都可以同样好地描述行星的运动。但从探讨行星运动的动力学缘由的角度看，“日心说”开通了走向真理的道路。开普勒在“日心说”的基础上，把行星的圆周运动变更为椭圆运动从而扔掉了本轮、均轮的说法，并在观测的基础上建立了行星运动三定律，作出了重要的贡献。牛顿进一步揭示了开普勒三定律的奇异，建立了万有引力定律、概括出“万有引力”的概念。我们应当留意，从运动学看全部参考系都是平权的，选用参考系时只考虑分析解决问题是否简便。从动力学看参考系区分为惯性参考系和非惯性参考系两类，牛顿定律等动力学规律只对惯性参考系成立，对不同的非惯性参考系要应用牛顿定律需引入相应的惯性力修正。2．用矢量语言描述物体的运动我们在探讨自然现象的规律时，除了运用日常语言（自然语言）外，还要运用科学语言，这是因为我们日常运用的语言虽然丰富多彩、能生动地表达我们的思想、感情、具有很多困难的功能，但这种语言有时多义、语法困难，不能引起无歧义的惟一理解，因而不利于科学探讨。我国古代数学曾在世界上处于先进行列，后来落后的一个重要缘由是没有创建出一套合理的、统一的符号体系（数学语言），不能将问题形式化、普遍化，我们应当重视科学语言的学习和运用。科学语言包括科学术语、符号、公式和图表，具有含义精确、形式简洁的特点，在科学技术的很多部门都有广泛应用的矢量语言，也具有这些特点。在质点运动学中，我们用矢量表述物理量的定义与物理量间的关系，具有内容精确、形式简洁、不依靠于坐标系的选择的优点，给我们探讨问题、分析解决问题带来很大便利。创建矢量语言不简洁，学习、驾驭矢量工具也有困难，对第一次接触矢量的中学学生就更困难，初学者很不习惯这种既有大小又有方向且遵从特殊运算法则的矢量，对矢量合成、分解的很多不同于标量的特点（平行四边形定则）感到惊异、不好理解，这是自然的，老师应依据自己对矢量的理解、教学实践和学生实际状况逐步解决。没有必要对初学者给出矢量的严格定义，因为这是困难的，说“有大小和方向的量叫矢量”，这不是矢量的定义。说“有大小、方向且满意平行四边形定则的量叫矢量”也不是矢量的严格定义，对初等物理，懂得用确定指向的线段表示矢量（矢量的几何表示），理解矢量的合成、分解满意平行四边形定则（矢量的几何表示），知道矢量可用重量表示（矢量的解析表示）已足够用了。3．平均速度的意义平均速度是作为精确定义瞬时速度的前提而引入的，没有平均速度就无从定义瞬时速度，当Δt很小时，平均速度靠近瞬时速度。瞬时速度v简称速度，是描述质点运动状态的基本物理量，无论是运动学中还是动力学中以及物理学的其他部分中都有重要作用，为了更好地理解引入是必要的，v是在Δt→0时的极限，在实际应用所要求的精确度内，只要Δt取得相应地小就可以认为=v4．精确理解速度的定义速度不是位移对时间的变更率。速度定义中的r是位矢r不是位移Δr，因此，定义明确说明速度是位矢对时间的变更率，而不是位移对时间的变更率。有的学生认为某一时刻物体在某一位置，没有位移，谈某一时刻物体的速度没有意义，这种说法使我们想起古希腊哲学家芝诺提出的闻名的“飞矢不动”的悖论，芝诺认为飞行的箭在某一时刻占有一确定位置，另一时刻又在另一确定位置，箭在一确定位置即箭是静止的，飞行的箭原来是由很多静止的箭形成的，静止和运动是冲突的，箭的运动是不行能的。机械运动时，某一时刻物体既在某一位置又不在某一位置，我们习惯说物体某一时刻在某一位置，对运动的物体这句话只说了一部分，还应当接着说此时刻物体要离开此位置（不在此位置）、物体有确定的速度。对运动的物体只说“某一时刻物体在某一位置”一句话，其含义不够准确，包含着多种可能，如：物体可能静止在某一位置，可能快速或慢速通过此位置，可能向东或向南通过此位置……对运动物体我们说：某一时刻物体正经过或通过位置A可能更准确一些。学生对某一时刻速度的疑问不是不须要说明的，我们应当从运动、变更的角度来理解瞬时速度，我们说某一时刻t物体的速度为v的含义是：从今时刻t，经过Δt时间，物体位移为Δr，在Δt→0时的极限就是该时刻的速度v，也就是说，我们谈到t时刻物体的速度v时，要考虑t→t+Δt时间内物体的位移Δr，以及Δr与Δt的比，假如只是停留在t时刻上，或只是说物体在某一位置，不考虑Δt、Δr就不能体现物体的运动状态，也就是不能体现出速度v的意义，我们说到物体的瞬时速度为v时，“瞬时”的含义不只说时刻t，还包含Δt→0的变更过程。有人认为对瞬时速度v不确定要强调Δt→0，理由是：我们实际测量瞬时速度时，都是在Δt有确定大小的状况下完成的，精确度要求越高Δt取得越小，但Δt不会是无穷小，因此，我们只要认为Δt足够小时就是瞬时速度，这种看法是片面的。应当区分物理量的定义与应用时的近似须要，我们在探讨一类物理现象，引入相关的物理学概念、物理量，建立物理理论时，应当是严密的、精确的、速度v应当有精确的定义，即，在实际应用时，由于物体不是质点，由于实际条件的限制，我们可以依据实际须要选取Δt的确定值，认为速度v近似是，但不能以此代表速度的精确定义。总之，我们应当从r的变更率的角度来理解速度v，当然，对于刚起先学习中学物理的学生来说，理解是困难的。我们是从简洁的直线运动入手，先说明平均速度，再通俗地介绍在Δt→0时→v的思想方法，教学实践表明，学生能够接受初步的、浅显的取极限的思想，我们应当留意，变更率是学好中学物理极为重要的概念，我们不能回避它，例如：加速度是速度的变更率，力等于动量变更率，电流是通过截面电量的变更率，感应电动势的大小等于磁通量的变更率等等。因此，我们应当想方法让初学中学物理的学生逐步理解变更率的概念。5．学习加速度困难的缘由加速度是运动学中极为抽象的概念，赵凯华教授和罗蔚茵教授在《新概念物理教程?力学》中明确指出：“这是人类相识史上最难建立的概念之一，也是每个初学物理的人最不易真正驾驭的概念”（第18页）对一个抽象概念，我们要依据自己的阅历来相识、理解和驾驭，对作为速度变更率的加速度，我们很难利用日常的感觉阅历来建立这个概念，我们视察四周物体的运动时，对物体的运动轨迹、路程、位移、快慢、运动方向等有足够丰富的、生动的感性相识，这对我们建立速度概念是很有用的，即使这样，我们用极限思想精确建立瞬时速度概念都有相当困难。在我们的感觉阅历中，与加速度概念有关的现象不多，自然给加速度概念的建立带来很多困难。另一方面，加速度是速度矢量的变更率，从理论上说，速度矢量变更率包含丰富内容，深化理解有确定困难。假如考虑旋转参考系中的科里奥利加速度，理解就更为困难。初学中学物理的学生，一起先学习矢量已感到有困难，对瞬时速度矢量觉得抽象，现在要理解速度矢量的增量、变更率概念当然是很困难的，特殊是对质点的曲线运动，速度方向变更时的法向加速度的理解就更为困难。从历史上看，伽利略是第一个提出并探讨加速度概念的科学家。对加速度概念的提出，闻名哲学家罗素评价道：“加速度的基本重要性，或许是伽利略全部发觉中最具有永久价值和最有效果的一个发觉”。爱因斯坦指出：“伽利略的发觉以及他所应用的科学推理方法，是人类思想史上最宏大的成就之一，而且标记着物理学的真正开端”。“今日我们难以估量，在精确地建立加速度概念的公式并且相识它的物理意义时，该显示出多么大的想像力。”由此可见，初学物理的人只能由浅入深、按部就班地理解加速度概念。一般先探讨简洁的直线运动中的加速度，再进一步探讨困难的曲线运动中的加速度。我们日常阅历中对汽车的起步、制动，百米运动员的起跑等有确定的感性相识，这些变速直线运动的例子对我们理解加速度有帮助。抛体运动、圆周运动等实例也有助于我们对曲线运动中的加速度的理解。多年来，在中学物理教材和初等物理书籍中，一般先探讨匀变速直线运动中的加速度，再逐步探讨一般变速直线运动中的加速度、抛体运动中的加速度、匀速圆周运动的加速度，最终探讨一般曲线运动中的切向加速度和法向加速度，从运动学中的加速度到从动力学说明加速度是力产生的。一般说，质点运动速度随时间变更v=v（t），质点的加速度也随时间变更a=a（t），有时候有的学生提出疑问：为什么不再引入一个描述加速度变更快慢的物理量？这不是一个没有意义的问题，从运动学角度看，引入加速度来探讨变速运动问题已经够用了，另一方面，只有把运动学与动力学紧密结合起来才能深刻理解机械运动的规律，从经典力学的基本规律牛顿定律F=ma看，力F产生加速度a，力与加速度的变更率无关，当质点速度v→c，从狭义相对论看，力也与加速度的变更率无关，所以，没有必要引入加速度的变更率，有人指出，加速度的变更率能引起人的心理效应，车辆的平稳加速（即加速度基本不变）人感到舒适，否则人感到不舒适。（二）联系生活、科技和社会资料1．常见的速度/（m·s-1）跑得最快的人10奔跑的猎豹35最快的车341最快的飞机1000通信卫星30002．风力等级表等级及名称风速/（m·s-1）状况0无风0～0．2烟直上，海面安静1软风0．3～1．5烟随风飘动，海面起微浪2轻风1．6～3．3树叶微响，海面小波3微风3．4～5．4树叶及微枝摇动不止，海面水波加大4和风5．5～7．9尘土飞起，海面小白浪颇多5清劲风8．0～10．7小树摇摆，海面中浪6强风10．8～13．8大树被摇动，海面大浪起先形成7疾风13．9～17．1全树摇动，海面轻度大浪8大风17．2～20．7小树枝折断，海面中度大浪9烈风20．8～24．4风掀开屋瓦，海面狂浪10狂风24．5～28．4树木连根拔起，海面狂涛11暴风28．5～32．6有广泛损坏，海面异样狂涛12飓风32．7～摧毁力极大3．卫星全球导航定位系统（GPS）导航就是连续定时定位，因此定时定位的精确度是导航的主要指标之一，全球定位系统（GPS──GlobalPositioningSystem）是高精度卫星导航系统，它为各类用户供应三维位置（x,y,z）、三维速度（v）和时间（t）信息，实现全天候、全球实时导航定位，保障运载工具的平安。GPS系统是由空间卫星网、地面测控站网和用户设备三大部分组成。●导航定位的基本原理时间测距法，依据精确测定卫星发送信号传到用户的时间间隔Δt，得到用户与卫星之间的相对距离r=cΔt。用户要选择四颗卫星才能精确确定：用户测验出其中两颗卫星信号到达的时间差，计算出用户到两颗卫星的距离差，而与该两颗卫星有恒定距离差Δr=r2-r1为常量的，是以此两点为焦点的双叶双曲面，用户必位于此双曲面的一叶上；四颗卫星可得到三组这样的双曲面，两面交于线，线再与第三个曲面交于点，用户的位置必在此交点上；并且用户接收器中GPS软件完成用户定位的实际计算。●空间卫星网美国于20世纪60年头末期起先探讨时间测距卫星导航方法，并在1978年起先放射“导航星”，建立GPS系统。1993年6月，完成GPS星座的部署任务，美国GPS系统空间卫星网由18颗导航卫星和3颗备用星组成。18颗卫星配置在6条等间隔的轨道上，每条轨道上分布3颗，采纳平均高度约26700km，倾角55°，运行周期12h的圆形轨道，每颗卫星能放射多个波束到地面，形成通讯“蜂窝区”，使全球上任何地点的用户在任何时间有5～8颗卫星对着你，能供应连续、实时的全球导航。每颗导航星上有4台原子钟，其中铷原子钟用于商业用户（频率稳定度优于5×10-13），铯原子钟用于军方（频率稳定度优于10-13），进行精确定时。GPS星不断地向地面或空中用户放射导航信号和导航电文信号，它用精确码（P码，频率10．23MHz）和粗略码（C/A码，频率1．023MHz）调制后在载波上放射出去，C/A码民用，P码有密码爱护，只供军用。GPS系统定位精度约10m（军用）和100m（民用），测速精度优于0．1m/s，定时精度1μs。1995年4月，美国宣布向全世界商业用户开放民用部分；1996年3月宣布，在将来10年内商业用户逐步享有与美军方同样的定位精度。●地面测控站网和用户设备地面测控站网，包括一个主控站，一个上行数据传输站和4个测控站，地面测控站用于跟踪和监视全部导航星，把接收到的数据汇合到主控站进行处理，精确计算并预报导航星的运行轨道和时间；上行数据传输站，应用微波段（2200MHz~2300MHz）跟踪遥测的上行线路，把有关数据传输到某个卫星的导航处理器，对卫星放射信号进行管理，特殊对导航星原子钟的精确同步进行校正，建立GPS时确保定位的精度；用户设备种类繁多，但均包括天线、接收机、数据处理装置和限制/显示装置等部分。由于卫星上高性能、大功率的放射系统，用户的接收机在任何时候随意4颗导航星的组合中获得清晰的信号，通过实时处理，即可显示用户自身的位置、速度和时间信息，据报导，GG24接收机的粗定位精度达10m，精定位精度达0．9m。●应用应用领域有交通管理、测量、海洋调查、海洋捕捞、协助农业和林业的大面积作业（除虫、播种）、资源开发等，今后世界各国的飞机、船舶、火车、汽车、便携式个人电脑、手持电话、都将安装GPS接收机，将使GPS技术深化到社会生活的各个领域，它的巨大经济效益正日渐显现。南京高校善邻信息技术有限公司已开发出北京、江苏、上海、广州、深圳、香港等地的卫星车载导航系统，并走向应用。车载GPS定位系统由两部分组成，一部分是由计算机、打印设备、电台组成的实时监控中心，另一部分是由接收机、处理器、调制解调器、放射机组成的移动终端，两部分用无线电通信联系，监控中心通信电台既接收车辆的定位信息，并在数字化电子地图上显示，又将监控中心的吩咐发送给受监控的车辆实施管理和指挥。“出车前，只要指定目的地和必经地点，车载定位系统就能帮助你选择一条最佳路途，既省钱、又省时、又能绕开交通堵塞的地方；不熟识道路，它随时告知你怎样走，在离交叉路口300m处显示路口示意图，并用语言提示你往哪拐；你去某单位，不知道地点，用单位名称或电话号码即可确定电子地图上的位置；没有汽油了，它会告知你最近的加油站在哪；沿途它可提示经过的商店，风景名胜……”显示了车载定位系统的先进功能。军用领域可为飞机、舰船、坦克、导弹作实时导航和制导，为目标供应精确定位，提中学、远程武器的命中率，美国国防部认为，研制GPS系统虽耗资130多亿美元，历时20年，但在20世纪90年头初期海湾斗争中的收益已超过全部投资。据有关资料报导，在海湾斗争的沙漠风暴行动中，美国和联合国军队，大约运用了7000台GPS接收机，帮助空军飞行员与前线指挥机构保持联系，在沙漠中找寻道路，并成为战场上精确指挥限制、中远程精确打击和精确兵力投送的关键设备。（朱荣华等《现代技术中的物理学》第297页至第298页，高等教化出版社，2003年）（三）试验参考资料1．电磁打点计时器工作电压为什么要从沟通4V起先？电磁打点计时器工作电源为沟通6V、50Hz。实测工作中电源为6～10V均可工作，为什么电磁打点计时器在试验中工作电压要从沟通4V起先？可从两方面说明。打点计时器的制造过程存在着分散性。如振动钢片的固有振动频率、电磁线圈的电感量、永久磁体的磁性等几方面，不同计时器之间存在着差异，安装过程中的位置以及振动片振动大小的调整也会存在差异，这就导致不同打点计时器之间达到正常工作时所需的工作电压有确定差异，有些计时器在4V时即可正常打点，而有些计时器却要达到6V时工作才较正常。从学生电源沟通输出电压看，面板上标记的沟通电压数只是一个或许的数值，与实际电压值有确定差别，假如要知道电压的精确值，可用沟通电压表测量。以J1202型学生电源为例。沟通输出电压标称值为2V～14V，每2V一挡，共七挡。空载最高输出电压≤17V。各挡满载时的工作电流额定为2A。各挡满载输出电压U≤U标+1V。沟通4V挡的满载电压最高可达5V，6V挡满载电压最高可达7V。而打点计时器工作时的电流为80～130mA，只是电源满载电流的1／20～1／15。所以打点计时器工作时的实际电压值接近空载电压。所以选择4V挡事实上的工作电压在5V左右，完全可以满意电压条件。假如打点计时器工作电压过高，例如某一打点计时器能在4V电压下很好地打点，若事实上要在6V挡下工作（实际工作电压可能达7V以上）则振动片振动过大，振针由于这种状况会出现打“双点”现象，带来测量误差。电火花计时器电源干脆采纳220V沟通电源，不存在机械振动问题。工作时由高压放电产生电火花，故仪器的一样性较高于电磁打点计时器。电火花计时器的分散性表现在输出脉冲电流的大小为150～300mA之间。脉冲电压高达30kV，脉冲强度可击穿8mm空气间隙。即使不同仪器的指标并不完全一样，但是并不需调整电源电压，这一点较电磁打点计时器显得便利。（北京出版社出版《中学物理仪器》学生电源。J0203型电磁打点计时器说明书。BJ-DS-F-20型电火花计时器说明书。）2．数字计时器测量时，要将安装在气垫导轨侧面的光电门连接到数字计时器上，并且在运动的滑块上安装挡光片。如图1-7所示，Z为光电门的立柱，A为光源（红外发光管或微型灯泡），B为光电三极管。通常状况下，A发出的光束能够被B接收。挡光片运动时会从A、B之间经过而遮挡光束。图1－7计时器有两种工作方式。第一种是测量一个光电门的光束被遮挡的时间Δt，协作条形挡光片D运用。这段时间内，滑块的位移等于挡光片的宽度Δx，于是就可以求出滑块运动的平均速度。图1－8其次种是测量前后两次挡光的间隔时间。可以依据图1-8设置两个光电门G1、G2，当条形挡光片的前沿a对G1挡光的时刻起先计时，到它对G2挡光的时刻停止计时，显示的时间间隔Δt是与G1到G2的距离Δx这一段位移对应的，从而可以计算出平均速度。也可以依据图1-9只设置一个光电门G，但是在滑块上安装U形挡光片，挡光片的两个前沿a1、a2的距离为Δx。当a1对G挡光的时刻起先计时，到a2对G挡光的时刻停止计时，显示出的时间间隔Δt是与位移Δx对应的，也可以由此计算出平均速度。图1－9数字计时器能够测量出小到1ms或0．1ms这么短的时间间隔，因而可以测量出比较精确的速度值。3．位移传感器位移传感器测运动物体的位移、速度、加速度，它由三部分组成：位移传感器、数据采集器和计算机组成。目前在中学中运用的位移传感器有两种形式。一种是超声波脉冲放射和接收装置是分别的，另一种是“雷达”式的超声波脉冲的放射与接收由一个装置实现。两者测位移的方式上略有区分。超声波脉冲放射与接收装置分开，在放射盒内单独设有电源、超声脉冲发生的振荡电路、超声脉冲放射器、红外脉冲发生与放射电路。工作时将放射系统（A盒）固定在运动物体上，A盒同时向接收装置B盒放射一个红外脉冲与一个超声波脉冲，红外脉冲是作为超声脉冲发出的计时起点，接收器B盒接收到红外脉冲起先计时，超声波脉冲到达时停止计时，再依据计时的时间差和声速计算出物体运动位移。忽视了红外线传播的时间。接收传感器B盒将接收到脉冲数与各时间差送入数据采集器，送入计算机，由特地设计的软件处理这些数据，并描绘出位移—时间图象。位移传感器只能用于测定运动物体的位移（距离），测物体运动的速度和加速度是通过计算机软件实现的。依据位移图线各时刻的斜率，即该时刻的瞬时速度再描绘出不同时刻的速度—时间图象，并能显示出某时刻瞬时速度值，某段时间内平均速度值。测量物体运动时的加速度则是依据速度图象在不同时刻的斜率得出，并能画出加速度与时间的图象，求物体运动的位移、速度、加速度的值，时间段可以随意选取。其次种位移传感器将超声波脉冲的放射与接收由一个超声脉冲探头完成，在运动物体上安装反射板，将超声脉冲反射回来由传感器接收。传感器不随物体移动，也不须要放射红外脉冲作为计时起点。其时间由超声脉冲发出起先计时，至接收到反射脉冲时停止计时，以其时间的一半为计算位移的时间。装置简洁，但由于反射回来的超声波脉冲强度大为减弱，所以对超声波脉冲探头的灵敏度要求高，其成本也比分别式位移传感器高得多。图1－10示例1：如图1-10所示，近似匀速直线运动的位移—时间图象。图1－11示例2：如图1-11所示，加速直线运动的位移—时间图象和速度—时间图象（在2．5～5．0s这一时间段，可近似看成匀加速运动）。4．试验教学参考书（1）《中学物理试验大全》，王兴乃主编，电子工业出版社出版。（2）《物理──国外中学试验》联合国教科文组织供应，续佩君、郑鹉、王士平译，首都师范高校出版社出版。（3）《中学物理探究性趣味试验》，赵力红、臧文彧编著，浙江高校出版社出版。1．留意获得学问的过程，培育学生的科学思维和探讨方法（1）在教科书中，首先引导学生实际探究某一物体在运动中速度和时间的关系，获得数据，画出图象，进而相识到这个物体的速度—时间图象是一条倾斜的直线。接下来引导学生探讨，这样的v-t图象表示的是什么运动？依据学生在数学课中对线性函数的了解，结合加速度的定义式可以得出：这是一种加速度不随时间（时间间隔）变更的匀变速直线运动。因此，假如把物体速度为v0的时刻t0作为计时起先时刻，即t0=0，把此后任一时刻t的速度记为v，则有进而得出：v=v0+at这就重视了获得学问的过程，并体验到一种从试验探讨中获得数据，作出图象，分析图象，找寻规律的科学思维方法和实力。在看似简洁的问题上却不简约其探讨过程与方法，对于刚刚跨入中学大门的学生具有重要意义。这是一种做法和行为的播种，更是一种看法和精神的培育。（2）在教科书中，首先供应一份探讨匀变速直线运动的真实测量记录，引导探讨“怎样依据测量记录中的数据求出该物体运动的位移”。探讨的结果是，明显不能用任一时刻的速度v乘上整个运动时间t去计算位移，因为这将导致巨大的误差。但是，测量数据中绘出了6个时刻的速度，其中相邻时刻的时间间隔Δt仅有0．1s。假如用每段Δt内的任一时刻（例如起先时刻）的速度乘上Δt，然后相加起来，所得位移与真实位移的差别就会削减。这是因为Δt内任一时刻的速度与Δt内各时刻真实速度的差别，总是比整个时间t内任一时刻的速度与Δt内各时刻真实速度的差别要小。在这种思索与探讨成果的基础上，教科书从匀变速直线运动的v-t图象动身，利用匀速直线运动的位移对应v-t图象下的矩形“面积”的思想，探讨并得出了匀变速直线运动的位移公式：。渗透了极限的思想，但没有运用极限的语言，既解决了问题，又留下了可供思索的空间。有的专家说，胜利的教学必需诱发问题，激励刨根问底。其实，把物体运动的位移与其v-t图线下的“面积”相联系，在伽利略和笛卡儿那里就已经提上了科学的议事日程，而真正解决这一问题则是在牛顿和莱布尼兹独创微积分之后。假如说在得出匀变速直线运动的速度公式时，我们重视获得学问的过程而处理了一个“简洁”问题的话，那么在这里，我们是把一个在物理学发展中极为深刻而有效的思维方法，以简约化的方式呈现出来了。这样处理的目的是为了防止教学中仅仅侧重“学问点”的“吞咽”和“套用”，而忽视科学思维方法的培育。科学概念的精确和文字的流畅是科学教科书的必要条件，但真正优秀的教科书更应当向学生传达一种思索方法，一种开放的视角，一种科学的品位。2．从重大发觉的历史过程领悟科学精神、物理思想和探讨方法。司空见惯的落体运动的探讨成为物理学产生和发展的源头之一不是偶然的。尽管对于今日的中学物理教学来说，什么是自由落体运动，自由落体运动的规律是什么，以及自由落体加速度g的测量等，都已不再是什么难题了，但是，“才智博学的亚里士多德何以铸成大错”“为什么伽利略的工作对物理学的进步具有极其重要的地位和作用”“对我们有何教益”等都自然而坚韧地留在青少年的头脑之中，也是物理教学理应回答的问题。在讲授物理学的基本学问的同时，适当地、有选择地介绍重大发觉的历史过程，说明当年的背景，怎样提出问题，遇到什么困难，如何获得突破，曾经有过什么曲折和争辩……教科书专辟一节，题目就是“伽利略对自由落体运动的探讨”。这样，不仅使学生有身临其境之感，而且能领悟前辈大师的科学精神、物理思想、探讨方法，得其精髓，有所借鉴。有人说：“学者故章，学问故事的启迪，常常不在学术和学问本身之下。”物理教科书要让学生能从充溢哲理的科学故事等多方位吸取科学的信息。同时，教科书还通过“STS”栏目讲解并描述“从伽利略看科学与社会”的问题，让学生感悟科学与社会的关系。这一切都会成为一座座沟通学生学习物理学问，驾驭物理思想，酷爱物理科学的桥梁。3．留意学生的自主学习为了让学生主动参加，勇于实践，教科书在处理匀变速直线运动规律的教学中是从试验探究入手的，自由落体运动规律也是从试验起先的。学生自己做试验，激发探究的爱好，经过思索、探讨的过程，能逐步培育学生的科学探究实力、形成科学看法。重视运动规律与学生生活、现代社会及科学发展的联系，如在“做一做”栏目中提出利用自由落体运动规律测量“傻瓜”照相机的曝光时间的问题。在问题与练习中增加开放性、实践性以及应用性的问题。如上海磁浮列车的相关计算，航空母舰弹射飞机装置等问题的选取。教科书还在“说一说”“做一做”栏目中给学生提出一些思索的问题和活动的资料，如用计算机绘制v-t图象，用光电门探讨自由落体运动等。4、本章教材概述本章在速度、加速度等概念的基础上，具体探讨一种最简洁的变速运动──匀变速直线运动的规律。这种探讨不是从抽象的概念动身，而是先让学生探究小车在重物牵引下所做的变速运动，学生视察、记录小车速度随时间变更状况。从这个实例动身，教材引导学生探讨匀变速直线运动的速度与时间的关系和位移与时间的关系。最终探讨一种简洁的匀加速直线运动，即常见的自由落体运动，领悟伽利略对自由落体运动的探讨方法对近代科学的影响，教材特殊用一节的内容介绍伽利略的科学思维方法，并在“STS”栏目中说明伽利略的科学方法是人类思想史上的宏大成就，还就伽利略的一生说明科学与社会发展的关系。本章不仅要求学生理解匀变速直线运动的规律，会在实际问题中应用规律，还要求学生体验科学探讨的方法，了解伽利略科学探讨过程的基本要素。课时安排建议第1单元1试验：探究小车速度随时间变更的规律（2学时）2匀变速直线运动的速度与时间的关系（2学时）3匀变速直线运动的位移与时间的关系（2学时）第2单元4自由落体运动（2学时）5伽利略对自由落体运动的探讨（1学时）1试验探究小车速度随时间变更的规律教学内容的核心是引导学生实际探讨某一物体在运动中速度随时间变更的规律，目的是让学生通过科学探究活动来完成。小车在重物牵引下运动看似简洁，而就其探讨问题的过程和方法是具有基础性和典型性的。重视获得学问的过程，让学生体验一种从试验探讨中获得数据，作出图象，分析图象，找寻规律的科学思维方法和实力。教科书设计这个学生试验为一节，建议用2学时完成。所以，该试验要在本章第一节课进行，不要放到“匀变速直线运动的速度与时间的关系”之后，否则就违反了探究式学习的宗旨。（1）试验目标要求学生在学会打点计时器的运用、纸带数据处理、测瞬时速度以及速度—时间图象的基础上，运用这些学问和技能探究小车速度随时间变更的规律。体现通过试验探究培育学生学习物理和探讨物理问题的方法，学习找寻规律的方法。（2）仪器和器材①附有滑轮的长木板；②小车；③带小钩的细线；④25g的钩码3个，也可以用50g的钩码。或用沙子和小桶代替钩码，用弹簧秤或天平称量⑤打点计时器；⑥纸带；⑦刻度尺；⑧学生电源、导线。（3）留意事项①打点计时器纸带限位器要与长木板纵轴位置对齐再固定在长木板上，使纸带、小车、拉线和定滑轮在一条直线上。小车要选择在木板上运动不跑偏或跑偏较小的车。②牵引小车的钩码以100g以内为宜。若用到150g以上，则纸带上打出的点数不能满意以0．1s为计数点取6组数值的要求。解决方法：·用小沙桶替代钩码。沙桶及沙的质量在40～100g之间取三种不同质量，可用托盘天平称量沙桶和沙子。·若用50g钩码，取至150g时打出的纸带计数点之间的时间间隔可减小至0．08s或0．06s，可以满意6组以上数据的要求。·为防钩码落地损伤钩码，可在地面铺泡沫塑料垫。小沙桶可选择能装100g以上砂子的带盖塑料瓶。图2－1③在小车后面安装纸带的方法如图2-1所示。使小车运动时保持纸带与打点计时器平面、木板平行，削减摩擦力影响。留意调整滑轮高度，使拉车的线与木板平行，削减拉力的变更。④开启电源，待打点计时器工作稳定后释放小车，同时用一只手在定滑轮一端打算接住小车，防止小车撞击定滑轮，防止小车落地。即使安装了防撞挡板，也要防止小车落地。关断电源后再取纸带，取下纸带后，将所用钩码质量标注在纸带上，并给纸带编号。⑤纸带上的点先取零点和计数点进行编号再测距离。测量长度时不要用短刻度尺分别测量相邻两个计数点间的长度，最好用长刻度尺对齐各计数点（不移动尺子）读出各计数点间长度值，避开测量误差的积累。⑥在坐标纸上画v-t图象时，留意坐标轴单位长度的选取，使图象分布在坐标平面的大部分面积。（4）教学中的几点考虑①复习前一章试验中打点计时器运用方法和留意事项，以及测量瞬时速度的方法。②打出纸带后处理数据，要让学生探讨课文中“舍掉开头－些过于密集的点子，为了便于测量，找一个点当做计时起点。”这样做的意义是什么。③作v-t图象时,让学生细致视察、思索直角坐标系中描出的点的分布规律，细致探讨课文中“描出的几个点大致……能够全部落在直线上。”一段话的意义。然后作出v-t图象，引导学生探讨，从作出的v-t图象探究到什么样的规律。（5）小车在重物牵引下的运动（示例）50g钩码100g钩码说明：长木板平放在桌面上，同一小车时间t/s速度v1/(m·s-1)速度v2/(m·s-1)挂不同钩码的两条速度—时间图象0．00．300．260．10．450．530．20．600．800．30．741．060．40．891．340．51．031．47①引导学生思索与探讨为什么要用一条曲线（包括直线）去拟合这些数据点，即所画曲线（包括直线）为什么要使两侧点数大致相同，让学生了解每个有意义的数据点都要发挥作用，取点群的平均位置削减测量的偶然误差。至于偶然误差产生的缘由及削减偶然误差的理论，不要过多讲解，可激励学生查阅有关资料。②有条件的学校或学生可以交一张计算机打印的数据和v-t图象。（6）用计算机绘制v-t图象的教学用Excel绘制图象时，留意课文中输入数据时用了“依次”二字，在Excel工作簿中先输入自变量时间，在相邻—列中输入对应的速度值，输入依次不对，所画的图象也不对（课本图2．2-3在Excel工作簿中输入数据的屏幕图）。具体做法如下：打开Excel工作簿可以看到行和列，行号用1、2、3……表示；列号用A、B、C……表示。将自变量时间的数值从某一单元格起先输入，在同一列中将其他时间值一一输入。在相邻的右侧一列中将速度值一一输入，留意速度值要与时间值相对应。也可以在同一行中依次输入时间和速度，下一行中再次输入其次组时间和速度，直至全部输入完毕。用鼠标选中这些数据。再用鼠标左键单击“图表向导”按钮，出现“图表类型”窗口，选“散点图”，选“确定”按钮，弹出“图表标题输入框”，输入相应的字符后选“下一步”按钮，直到“完成”。出现由点组成的图表，用鼠标右键单击绘图区中任何一个数据点，出现下拉式菜单，选“添加趋势线”，弹出添加趋势线窗口，选择“线性”趋势；打开该窗口的“选项”卡，对其中“显示公式”左侧的小方格用鼠标左键单击出现“√”号后，按“确定”。则图表框中出现一条直线，这就是经过计算机做最佳“拟合”后的v-t图象，并显示出一个表明该图象的函数式。2匀变速直线运动的速度与时间的关系（1）教材分析从上节探究小车运动的速度随时间的变更得到的v-t图象入手，分析v-t图象，是直线的意义表明加速度不变，由此定义了匀变速直线运动，进一步导出速度公式v=v0+at，最终通过两个例题加深理解。为了扩展学生的相识，在“说一说”栏目中列举了一个加速度变更的直线运动的例子。学生通过思索进一步加深对物体做变速运动的相识。（2）匀变速直线运动的速度与时间的关系的教学分析教材可以看出，在上节通过试验，真实记录小车在重物牵引下运动时，时间与对应的速度的数据作出了速度与时间关系的图象，发觉存在着这样一种运动：它的v-t图象是一条倾斜的直线。①可考虑在上节得到小车运动的v-t图象是一条倾斜直线的基础上，让学生接着探究小车运动的速度随时间变更的关系式，可要求学生：·独立思索，提出猜想；·相互沟通，取长补短；·通过探讨，得出结论。②也可考虑在老师的引导下让学生逐步得出结论。老师提出具有启发性的问题：·v-t图象中的一点表示什么含义？（某一时刻的速度）·小车的v-t图象是一条倾斜的直线，表明小车的速度随时间是怎样变更的？有什么特点？（小车速度不断增大。速度变更是匀称的，即加速度是不变的。）·这条倾斜直线所表示的速度随时间变更的关系怎样用公式来描述？·引导学生进行下述推理：现在a是定值（不变），Δt=t-0，Δv=v-v0，代入上式，③无论采纳什么教法都要留意逻辑推理的过程，要让学生体验科学推理的方法。这段教学的处理，目的是强化从试验得出规律的一般性过程，练习用图象分析问题的一般方法，逻辑线索清晰。它在价值观及科学过程、科学方法上的教化价值比较高。应当避开干脆从加速度的定义动身，经过代数式的变形，立刻就得到v＝v0+at的做法。对导出的速度公式，要让学生理解不仅适用于匀加速直线运动，也适用于匀减速直线运动。（3）例题的教学①做题不是套公式我们应当让学生理解速度公式的物理意义，即教科书中所说：a等于单位时间内速度的变更量，at是0～t时间内的速度变更量，加上初速v0，就是t时刻的速度v。公式说明：t时刻的速度v与初速v0、加速度a和时间t有关。在理解公式意义的基础上，让学生通过解题学会速度公式的应用，并在应用过程中加深对公式的理解。②教科书中的两道例题可采纳师生互动进行教学。·让学生审题，弄清题意；·分析已知量和待求量，画示意图；·用速度公式建立方程解题；·代入数据、计算出结果。图2－3汽车加速图2－4汽车减速画出例题的示意图，如图2-3和图2-4所示。3匀变速直线运动的位移与时间的关系（1）教材分析中学物理引入极限思想的动身点就在于它是一种常用的科学思维方法，上一章教科书用极限思想介绍了瞬时速度和瞬时加速度。本节介绍v-t图线下面四边形的面积代表匀变速直线运动的位移时，又一次应用了极限思想。当然，我们只是让学生初步相识这些极限思想，并不要求会计算极限。按教科书这样的方式来接受极限思想，对中学学生来说是不会有太多困难的。学生学习极限时的困难不在于它的思想，而在于它的运算和严格的证明，而这些，在教科书中并不出现。教科书的宗旨仅仅是“渗透”这样的思想。（2）导出位移公式的教学利用试验探究中所得到的一条纸带上时间与速度的记录，让学生思索与探讨如何求出小车的位移？引导同学用极限思想得出v-t图线下面四边形的面积代表匀变速直线运动的位移，导出位移公式。具体做法如下。①先取初始时刻质点所在的位置为坐标原点，则有t时刻原点的位置坐标x与质点在0～t一段时间间隔内的位移相同。并从最简洁的匀速直线运动的位移与时间的关系入手，得出位移公式x=vt。然后进一步利用教材思索与探讨栏目供应的每隔0．1s测得小车速度的数据，或学生自己在第一节试验中测得的数据，老师可让学生思索与探讨。要激励学生主动思索，充分表达自己的想法。学生会提出各种想法、问题，老师不要随意确定或否定，可启发、引导学生具体、深化的分析，确定学生正确的想法，弄清晰错误的缘由。②老师可明确指出：Δt越小，对位移的估算就越精确，这种想法看起来很繁琐，但能引导我们走上正确的道路，得到正确的结论。还可明确指出，利用v-t图象，能看出这一套思路把我们引向何方。教材具体分析了Δt越小，位移估算的过程，可让学生阅读、争论。老师明确总结：v-t图线下四边形的面积等于匀加速直线运动的小车的位移。由此导出。③老师要使学生明确上述公式对匀减速直线运动也适用，位移公式反映的是质点的位置与时刻的关系。另外，虽说通过匀变速直线运动的速度是匀称变更的，它在时间t内的平均速度v，就等于时间t内的初速度v0和末速度v的平均值，即，把它代入中，得到，其中v=v0+at，代入后得到也是一种处理方法。但是物理思想和科学思维方法等方面的教化价值不同。（3）例题的教学可组织学生探讨例题并得出问题的解答。可让学生看题后画出图示，如图2-5所示。图2－5汽车加速运动图2-5汽车加速运动学生画出x-t图象后要明确：把vt说明为0～x的位移，则t说明为0～t的一段时间；把x说明为质点的位置，则t说明为t时刻。（4）位移与速度关系的导出在探讨匀变速直线运动的位移与速度的关系时，干脆以实例形式出现，让学生在解决这个实际问题过程中得出位移和时间的关系式。可组织学生探讨，让学生画出实例的示意图。如图2-6所示。图2－6子弹加速运动子弹加速运动引导学生从v=at导出v2=2ax从而解出本题。老师在此基础上提出：我们可导出v0≠0时速度与位移的关系式，并让学生思索、探讨得出下列公式v2-v20=2ax指出速度与位移的关系式对一些问题的分析、解答很有用。（5）利用光电计时器探讨自由下落物体运动的教学这个教学内容可依据本校的实际状况选做。教科书图2．3-4所示的装置用于探讨自由落体运动，与电脑计时器协作运用。首先调整立柱竖直，将立柱上的光电门、电磁铁的插口与计时器连接，电脑计时器可以与多种仪器配套完成不同的试验。面板上的功能按钮可选择计时、加速度、重力加速度、周期等不同功能。在“测重力加速度”这一功能中，在电磁铁断电的时刻起先计时，但由于剩磁的影响，钢球将稍晚一些下落。小球通过第一个光电门时记录小球到达时间t1，小球到达其次个光电门时记录小球到达时间t2，计时器先后显示这两次的时间值。这是自由落体试验仪器与电脑计时器相协作的“联动”功能。在其他试验中的计时功能请看该仪器的运用说明书。这一类仪器有4个光电门、2个光电门、1个光电门等几种。立柱上有刻度尺，电磁铁吸住小球时记录小球中心位置的读数。小球直径为22mm，设其中心位置在标尺上的读数为3．5cm。以两个光电门的为例，将第一个光电门移动至某位置，例如13．5cm则球心到光电门中心位置为10cm。其次个光电门移动至23．5cm。释放小球后，电脑计时器会交替显示小球到达两个光电门的时间。将两个光电门的位置下移至新位置，再测量几次时间。将记录的时间和对应的位移值填入表中，描绘x-t图象。也可以用计算机Excel作图象。下面的数据表和图象是探讨自由落体位移与时间的关系的实测数据。其中用光电门数字计时器测时间，刻度尺测长度。时间t/s位移x/m0．0000．0000．1360．1000．2440．3000．2830．4000．3170．5000．3480．6000．3760．7000．4020．8000．4270．900从计算机给出的函数式可以看出：①1／2g的值为4．7964m/s2，略小于4．9m/s2。这与电磁铁断电时还有剩磁，使小球延缓下落，以及小球下落过程受到空气阻力有关。在试验中，假如能在钢球与电磁铁之间垫一纸片削减剩磁的影响，可以减小由此产生的误差。②位移—时间图象的函数式中有时间t的一次项和常数项，说明位移x的数值增加了一个微小量Δx，这是由于两个光电门红外线中心位置不在小球下落的同一竖直线上，造成小球通过两个光电门中心位置不确定是小球的直径，使小球下落位移出现Δx的差异，导致函数式中出现时间t的一次项和常数项。4自由落体运动（1）教材分析落体运动是一种常见的运动，自古以来很多人都探讨过，伽利略对自由落体运动的探讨意义巨大。为便于学生接受，教材的表达分为两节。本节通过演示、试验，分析得出自由落体运动的规律，明确重力加速度的意义，使学生对自由落体运动规律有具体、深化的相识。下一节介绍落体运动的探讨历史，主要是介绍伽利略对自由落体运动的探讨过程和他的科学思维方法，使学生对自由落体运动的相识上升到更高的层次。（2）自由落体运动的教学①引导学生明确所探究的问题，演示试验的设计只写用什么器材、进行什么操作、留意视察什么，而几乎都没有把试验的现象写出来，更不写由此得出的结论。这样做的目的是让学生练习视察，并从视察中自己得出结论。·让学生视察落体的运动；·小段粉笔下落；·纸片下落；·纸片揉成小纸团下落；·演示教材的试验。让学生思索、探讨，明确：空气阻力使下落物体的运动表现得很困难，科学探讨的第一步是先忽视空气阻力，探讨物体不受空气阻力的运动。在这样的学习中，学生不仅可以提高视察与推理的实力，而且会渐渐形成视察与思索的习惯。②学生做教材的重物自由下落的试验，分析纸带上的试验数据，沟通、探讨后得到下述结论：·自由落体运动是初速为0的匀加速直线运动；·不同重量的物体加速度相同；·加速度的大小为：_____________（学生由试验中测量的值）。（3）重力加速度的教学老师明确指出：在同一地点，自由落体运动的加速度与物体重量无关而为确定值，这是一个重要的性质。g=9．8m/s2≈10m/s2，方向竖直向下，可让学生记住。教科书列出不同地点的g值表后，提出了一个开放性的问题（g值变更的规律和说明）让学生思索，教科书并不要求学生得出确定的结论。让学生自己得出自由落体运动的规律为：v=gtv2=2gx（4）测定反应时间的教学依据直尺下落高度，算出反应时间。即导出，x为直尺下落的高度，t为反应时间。测定反应时间的试验必需由两个人完成。假如是一个人用左手捏住刻度尺的顶端右手打算握尺，测到的长度不能用作计算反应时间的下落高度。因为反应时间是指人对外界剌激信息做出反应的时间。当测出刻度尺着陆高度时，还可以让学生再做下面的试验加以验证。图2－7利用自由落体运动估测Δt还请这位同学用手指捏住刻度尺的顶端，从尺子的顶端起先计算，你打算握住尺子的手向上移至测出的刻度尺着陆的高度以内，当那位同学放开手后，你能不能再握住这把尺子？试验结果表明你无论如何努力都不行能再握住尺子。想一想是什么道理？另外，可引导学生利用课外时间，自己动手制作“反应时间标度尺”。如将全班同学的反应时间的数据分析处理，在一把尺子上定标。（5）测量“傻瓜”照相机曝光时间的教学“说一说”栏目中测量“傻瓜”照相机曝光时间的内容有确定的实际意义，问题紧密联系实际，而且有确定难度，对学生来说，难度在于如何把一个实际问题抽象为一个物理问题。可以让学生思索、探讨得出结果。解答的方法很多，下面给出一种解答：径迹表示的长度约Δx=0．12mv1=gt1v2=gt2∴5伽利略对自由落体运动的探讨（1）本节内容是让学生了解并学习伽利略探讨自由落体运动的科学思维方法和奇妙的试验构思。教材编写得脉络清晰，逻辑推理严谨、文字表述生动和通俗易懂，因此，适合于学生自主学习。学生除阅读教材外，还可阅读一些课外参考书，从网上查阅一些资料，通过自己独立的思索，归纳、总结并提出自己的看法、体会等。·在此基础上老师组织学生沟通，探讨；·在可能的状况下让学生充分发表看法；·激励学生总结探讨的结论；·老师以同等地位参加探讨、发表评论。依据学生沟通、探讨的状况，老师也可做些点拨，如伽利略探讨自由落体运动的几个重要的步骤是：·通过志向试验的方法揭露了重物下落快的错误；·从“自由落体运动应当是简洁的”相识动身，猜想v∝x和v∝t两种可能性，但经过推理判定v∝x不正确；·从逻辑推理得出检验v∝t即是检验x∝t2；·奇妙设计斜面试验检验x∝t2。让学生思索：伽利