高中物理人教版 (2019)必修 第一册第一章 运动的描述2 时间 位移第一课时教案设计

1.2  时间 位移

【教材分析】

本节选自人教版新教材物理必修一第一章第二节。在上一节明确运动对象（质点）和运动研究工具（参考系）后，这一节从机械运动中物体空间位置随时间变化出发，对空间位置变化以及时间两个方面进行深入的讨论，明确相关概念以及标准。本节在介绍时间和位移等概念后，引入如何用数学描述位移。简要说明了用数学中位移和时间图像如何表示运动的各种情况，而图像这部分需要教师进行后续的补充练习。最后介绍了测量位移和时间的器材——打点计时器，这个器材学生较为陌生，简述其原理，重在其使用和分析的讲述和练习上。

本节课主要讲解时间和位移，如何在直线运动中描述位移。

【学情分析】

本节学习对象为高一新生。在知识储备上，时刻和时间间隔在生活中没有过多区分，都用时间表述，学生前概念是属于迷思概念，需要画出时间轴明确概念。位置坐标在数学学习直角坐标系时学生已有涉猎，接触应该不难。位移是学生第一次接触，属于生活中只关注起点和终点、不关注中间过程的一类问题。学生在了解位移概念后，由于与日常经验结合不紧密、初中知识带来的刻板印象等等原因，会经常在位移大小上理解错误，需要教师多次强调和纠正。在心理特性上，学生对于物理课堂还是会有新鲜感，但随着学生逐步熟悉课堂，对物理的感受也会从好奇变为平淡，不少学生会感到物理就是套概念计算，极容易忽略易错点，逐渐跟不上学习进度。所以教师在初期一定不能认为课程内容简单就掉以轻心，需要在重难点上多结合生活实例，在学生感性认知的基础上慢慢构建概念。

【教学目标与核心素养】

课标要求：理解时间、位移。

物理观念：能建立时间和位移的物理观念，知道时间时刻，位移位置坐标的区别和联系。

科学思维：能用坐标系来理解时间和时刻，位置坐标和位移。

科学探究：知道时间和位移的意义，掌握时间和位移的思想和方法。

科学态度与责任：通过时间位移的学习要让学生了解生活和物理的关系，同时学会用科学的思维看待事实，养成良好的思考表述习惯和科学的价值观。

【教学重难点】

教学重点：时间和时刻的概念以及它们之间的区别和联系、位移的概念以及其与路程的区别。

教学难点：位移概念的理解，各种运动情况下的位移时间图像。

【教学过程】

（本节课安排二课时）

第一课时

课前复习：同学们我们上一节课学习了运动的对象——质点以及描述运动的工具——参考系。请大家回忆物体可视为质点的条件，并说出质点所使用的物理方法。

学生：物体可视为质点条件是当研究问题中物体的大小形状体积等可忽略，即可将物体简化为一个点，与具体研究问题有关。使用了理想化物理模型的方法。

教师：举一个物体运动的例子说明运动中物体是否可视为质点、所选择的参考系是什么。

学生：我向上抛一支笔。如果研究笔的运动轨迹，则笔可视为质点，所选择的参考系是地面。如果研究笔在空中的旋转，则笔不能视为质点，所选择的参考系依然是地面。

正课：机械运动是物体的空间位置随着时间变化的运动形态。物体空间位置变化的表述和时间就是本节课的主要内容。

一、时刻和时间间隔

如果我们去电影院看电影，我们需要知道电影的相关信息，开始的时间是20：00，结束的时间是21：30，电影总时长一个半小时。这三个问题都涉及时间，但代表的含义却不相同。20：00和21：30是指一个时刻，一个半小时是时间间隔。物理中要表述物体运动需要时刻和时间间隔这两个概念，时间间隔又常常简化为时间。

1．概念

时刻：某一点的时间。

时间（间隔）：某一段的时间。

单位：秒s、分钟min、小时h

2．数学表示——时间轴

时间和时刻在数学上我们用时间轴表示。时刻用点表示，时间用线段表示，关于电影的时间轴表示如图所示。

请同学们体会以下几个有关时间的表述指的是时刻还是时间间隔：

第2 s初，第2 s末，第2 s内，前2 s内。

在时间轴上表示如图。

注意：

a．时间轴是从0开始算起；

b．第2 s末和第3 s初是一个点。

练习：

请在时间轴上标明：第1 s内、最初2 s内、第1 s初、第2 s末、第3 s初。

二、位置和位移

1．物体位置描述——坐标系

物体做直线运动时，通常选取这条直线为x轴，在x轴上任选一点作为原点，规定好坐标轴的正方向和单位长度，物体的位置就可以用它的位置坐标来描述。

例如，我们要确定一辆行驶在北京长安街上汽车的位置，可以沿东西方向建立一维坐标系，x轴的正方向指东，选取路上的某交通岗亭作为坐标原点O，汽车的位置就可以用它的坐标准确地描述出来。如果汽车的坐标是30 m，表示它在岗亭以东30 m处；如果汽车的坐标是－20 m，表示它在岗亭以西20 m处。

（1）三要素：原点、正方向和单位长度

（2）分类：一维坐标系（直线坐标系）、二维坐标系（平面直角坐标系）、三维坐标系（空间坐标系）

2．物体位置变化描述——位移

回到看电影的问题，你从家到电影院，无论步行、骑车还是坐公共交通，起点都是家，终点都是电影院，你的位置变化是相同的。

起点和终点确定后无论以何种方式何种路径到达，物体位置变化是相同的，对于我们研究物体的机械运动来说是没有区别的。我们用初末线段长度表示位置变化的大小。但是从初位置开始向不同方向走相同的长度终点位置是不同的，所以位置变化不仅需要大小，也需要方向。我们引入位移这个概念来表示物体位置的变化，位移既有大小也有方向。

（1）路程与位移

路程：物体运动轨迹的长度。

位移：从初位置指向末位置的有向线段，常用、表示。

（2）位移的大小和方向

大小：初末位置间有向线段的长度。

方向：由初位置指向末位置。

（3）矢量与标量

标量：只有大小没有方向的物理量，例质量、路程、压强。

矢量：既有大小也有方向的物理量，例位移。

注意：

（1）标量遵从算术相加法则，矢量遵从三角形法则

（2）标量正负值表示数值大小，矢量正负值表示方向

3．相关概念的区分

位置（坐标）：坐标系上的位置点。

位移：从初位置指向末位置的有向线段。

路程：物体运动轨迹的长度。

路径：物体的运动轨迹。

三、直线运动的位移

1．直线坐标系中物体的位置

物体在直线坐标系中某点的坐标表示该点的位置。

2．直线运动的位置与位移的图示

一个物体沿直线从A运动到B。如果AB位置坐标分别为和，那么，质点的位移

初末位置坐标的变化量表示位移。

3．直线运动位移大小和方向

物体做直线运动时，它的位移可通过初末位置的坐标值计算。如图所示，在到时间内，物体从位置到位置，发生的位移等于。对于甲图，；对于乙图，。其中位移的方向一般用正负号来表示，位移大于零表示位移的方向沿x轴正方向，位移小于零表示位移的方向沿x轴负方向。则甲图位移为正方向，乙图位移为负方向。这样就可以用一个带正负号的数值把直线运动中位移矢量的大小和方向表示出来了。

课后练习：

1．以下关于时间和时刻的说法正确的是（    ）

A．第3秒初指时间

B．第3秒末和第4秒初是同一时刻

C．中央电视台新闻联播19时开播指时间

D．天津开往德州的625次硬座列车于13时35分从天津西站发车指时间

【答案】B

2．下列关于位移和路程的说法中，正确的是（    ）

A．位移的大小和路程总是相等，但位移是矢量，路程是标量

B．位移描述直线运动，路程描述曲线运动

C．位移取决于始末位置，路程取决于实际运动路线

D．运动物体的路程总大于位移

【答案】C

3．一个质点在x轴上运动，各个时刻的位置如下表（质点在每一秒内都做单向直线运动）

（1）几秒内位移最大？方向？

答：4 s内；向x轴负方向。

（2）第几秒内位移最大？方向？

答：第2 s内；向x轴负方向。

（3）几秒内的路程最大？

答：4 s内。

（4）第几秒内的路程最大？

答：第2 s内。

4．某人沿着半径为R的水平圆形跑道跑了1.75圈时，他的（    ）

A．路程和位移的大小均为3.5πR           B．路程和位移的大小均为R

C．路程为3.5πR、位移的大小为      D．路程为0.5πR、位移的大小为

【答案】C

5．在下图中，汽车初位置的坐标是－2 km，末位置的坐标是1 km，求汽车的位移。

解析：汽车的位移

，方向沿x轴正方向。

答案：3 km，方向沿x轴正方向。

板书设计

一、时刻和时间间隔

二、位置和位移

1．物体位置描述——坐标系

2．物体位置变化描述——位移

（1）位移：从初位置指向末位置的有向线段。

（2）位移的大小和方向

（3）矢量与标量

三、直线运动的位移：，正负号表方向