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位移和时间的关系

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教学目标: 1、理解匀速直线运动和变速直线运动的概念; 2、能识别s-t图像,理解匀速直线运动的s-t图像的意义; 3、掌握匀速运动中位移和时间的关系以及它们的数学表示(包括公式和图像); 4、渗透科学习惯和科学思维方法的教育。 教学重点:运动的研究方法与描述、匀速直线运动的规律、作图与图像分析 教学难点:图像与物理过程的比较分析 教学过程设计: 1、引入课题 设问1、上节学过的质点的概念是如何定义的,何种情况下物体可看成质点呢? 设问2、教师原地转一圈,后问动否?路程和位移的区别何在? 师阐述:质点是一种理想化的模型,它是科学的抽象与近似,用来简化、代替实际物体。能否看成质点,应视具体的问题而定,不能以大小一概而论,因为大小总是相对的。 路程虽可精确地反映物体在某时刻的运动情况,但在表示物体在一段时间内位置的变化时却不成功,为此引入位移。注意路程与位移无可比性。但可比较路程与位移的大小,它们的关系是S路≥S位。 阐述物理思想:物理学研究物质运动的规律,采用分解的思想,即由简单到复杂、由低级到高级。物体常见的运动形式有直线运动、抛体运动、圆周运动、振动和波。我们首先研究在诸多运动形式中最基本的最简单的----直线运动 描述图景:蜗牛缓缓地爬,清晨老人在散步,路上行人骑着自行车,汽车在奔驰,飞机在航线上飞行等等。这些运动有何相似的特点呢? 2、新授 交待课本上研究的是汽车的运动,原因之一是运动的可测量性,二是汽车代表了社会的进步。 指导学生阅读课本P22第一段,当中提问: ①研究目的是什么?(研究位移随时间的变化关系) ②研究方法是什么?(通过测量S、t分析) ③如何设计表格,记录数据?(两行五组数据) ④对数据如何处理,数据反映了什么? 师提示:数据处理的常用方法是列表法及逐差法。 学生:感觉每通过100米所用的时间不一样,再一想又发现差不多。在差不多相等的时间内,物体的位移相等。 师启发:差不多的原因是由于运动本身所致,还是由于人的测量引起的呢?能否用科学的物理语言代替通俗的生活语言,这反映一个人的科学素养。 结论:在实验允许的误差范围内,物体在相等时间内通过的位移相等。 2、1匀速直线运动 (1)定义:在任何相等时间内,质点通过的位移都相同的运动。 (2)内涵与外延 师强调指出: ①指出知识定义的科学性和严密性;匀速直线运动实为一种理想化的运动形式,理论上的匀速直线运动,无论如何对时间进行划分,在任意小的时间标准内考察,质点通过的位移都要相同。故要精确判断汽车的运动,需增加测量的精度,但实际中测量到一定的精度即可。 ②研究汽车的意义在于找到了前面所述的几种运动间的本质联系。它们遵循相同或相近的规律。由特殊到一般、个性到共性,分析与概括、归纳与演绎便是物理学研究问题的思维方法。 ③位移的矢量性使匀速直线运动可简称为匀速运动。匀速运动中位移与发生这段位移的时间成正比,这区别于变速直线运动。 2、2图像表述 (1)作图的规范化要求 师提出如下问题:   要求学生阅读课本第23页第四段及方框内文字,然后回答问题。 归纳学生回答后,师总述: ①作图步骤:建坐标,标箭头、原点、物理量符号、单位;对坐标轴标度;描点并连线。对课本中的图象还原,一步一步展示作图的过程并提出要求。 ②强调:描点后,观察点的分布规律,发现几乎都在一条直线上。此时应用一条直线尽可能多地串起点,实在画不到线上则应该使点均匀分布在线的两侧,实质是取了平均值。个别较远的点可能是测量错误,应予以舍弃。不能迁就个别的点,将射线画成折线或曲线。当然,今后的学习过程中,会遇到将描出的点用平滑的曲线相连的情形。 交待作图中采取的这些措施是为了减小实验中人为测量引起的误差。这是处理数据时作图法优于列表法的原因之一。 ③描出的点是有限的,但反映出了点的分布规律,组成线后延伸至无穷远处,点就是无限的了。从有限到无限,此时就能对未知的运动作出科学的预见。 (2)渗透科学思想方法教育 物理作为一门实验学科,它以定量的可重复的实验为依据,抓住影响实验结果的主要的因素,使实际问题抽象为理想化的模型,对实验的现象、数据不是简单的罗列,而是对其进行分析、综合、归纳和演绎,借助于图象分析,再推理形成系统的理论,使之概括化、公式化,并进行科学预言,为新发现提供指导性线索。可见,质疑、分析、归纳与概括、内插和外推,由个性(个性现象)高度抽象、概括出具共性普遍特征和一般意义的东西,再用之去指导实践,分析个别的事物和现象,便是物理学使用的最基本的研究方法和程序。科学方法论中还包含:科学需要证据、科学是逻辑和想象的结合体、科学需尊重实验数据、科学是一种预见和假设、科学不依赖权威并避免偏见等。 (3)图象特点分析 讲授:由数据到图象,由图象再到公式,是将由实验结果上升到理论高度的过程。 ①启发同学们思考:能否把刚才描出的图线写为数学上的函数形式? 学生总结出匀速直线运动的公式表述:S=Vt ②让一位学生上黑板在汽车位移时间图线上定性作出老人匀速散步的位移图线。   引导学生比较分析两图线的特点:(1)共同点(过坐标原点的直线) (2)不同点(倾斜的程度----斜率) 设问:(1)图线直否意义?图线是否一定过坐标原点?什么是匀速直线运动位移图线的本质特征? (2)斜率大小的意义? 小结:图线直不直反映了运动的匀不匀,而如果出发时不在坐标原点,则图线可不过原点。倾斜程度反映了运动的快慢。越斜则说明在相同时间内的位移越大,即运动越快。 (3)图像的识别→分析物理过程   位移-时间图象反映的是物体的位置坐标随时间的变化关系(或位置与时间的一一对应关系),而位置对坐标原点来说就是位移,这与某一段时间内发生的位移是不同的。 时间轴无负轴,而位移轴有正负,因位移是矢量,故t轴上方的位移表示正方向,t轴下方的位移表示对坐标原点的另一方向即负方向。故位移图线只能描述直线运动。 图线上每点对应一坐标(t,S),由图线可求出某一时刻质点所处的位置或到达某一位置的时刻。图线上一截线段的含义则是在时间(t2-t1)内质点发生(S2-S1)的位移。由此可知,若图线是弯曲的,则说明在相同的时间内质点发生的位移是不同的,表明质点做的是变速直线运动。图线若是平的,则表明位置不随时间变化,物体是静止的。图线若是向下倾斜,则表明随着时间的增大,质点的位置离坐标原点越来越近,质点在做与规定正方向相反的直线运动。 2.3师生活动(为帮助学生理解图象,做如下游戏,可将抽象的图象变得形象和生动。) 由感性认识上升至理性认识,这是认识的第一次飞跃。而由理性认识再用以指导实践活动则是认识的第二次飞跃。 教师从学生的角度在讲台的正面画一直线,在讲台的中央标上坐标原点,规定向右为位移的正方向。后在黑板上画下几个S-t坐标。 (1)让学生注意观察老师的运动情况,后在图中画出位移图线。 ①教师从讲台中央分别向左和向右匀速走 ②教师从讲台的左边匀速走到右边 ③教师从讲台的中央走到右边后站住(接着往回走到中央) 对学生作出的图给予评定,图线从略。 (2)在黑板画出如下所示的图象,要求学生上讲台表演与图象相对应的运动。其后在图的下面用简洁的文字总结。   另外,也可画出两条图线,让两位学生上台表演追及和相向运动问题。 学生通过这种方式来接触、了解图象,一方面兴趣大增,同时由于亲自参与,对图象理解得非常深刻。 3、典型例题 例1、汽车作直线运动,向东以100m/s行驶2秒,停2秒,又以200m/s向前运动1秒,最后以200m/s往回运动2秒。作出汽车运动的位移时间图像。     4、作业设计与板书设计从略
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