高中物理人教版 (2019)必修 第一册2 时间 位移教学设计

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册2 时间 位移教学设计，共7页。教案主要包含了物理观念，科学思维，科学探究，科学态度与责任，位移-时间图像，位移和时间的测量，小结等内容，欢迎下载使用。

一、物理观念
1.知道时刻与时间间隔的含义及在数轴上的表示方法。
2.理解位置、位移等概念的含义。
3.了解矢量、标量的含义，理解位移的矢量性。
4.理解位移-时间图像的物理意义。
5.了解打点计时器的基本结构和工作原理。
二、科学思维
1.会在具体的问题中辨析、识别时刻与时间间隔。
2.会在实际问题中正确分析位置、位移等概念，能在一维坐标中表示物体做直线运动的位置、位移等物理量。
3.能根据位移-时间图像分析物体在一段时间内的位移。
4.会使用打点计时器记录物体运动的位移和时间。
三、科学探究
1.通过坐标系的建立，理解时刻与时间间隔，位置、位移的概念，理解位移的矢量性。
2.通过用数学图像描绘物理过程和规律，理解位移-时间图像的物理意义。
3.通过演示打点计时器的使用，了解打点计时器的工作原理和操作方法。
四、科学态度与责任
1.通过时间和位移的学习以及对全球导航卫星系统的介绍，让学生了解生活和物理密切相关。
2.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。
教学重点与难点
1.理解时刻和时间间隔的区别与联系。
2.理解位移概念及其矢量性。
3.学会将数学图像与物理意义相结合。
4.打点计时器的实验原理、使用方法和数据测量与处理分析。
教学过程
一、新课引入
如果要准确地描述一辆行驶在北京长安街上的汽车所处的位置，你认为应该采用什么方法？
经过上一节课的学习，同学们应该会想到研究汽车在长安街上的位置变化时，可以把汽车看成质点，以地面或长安街上的标志性建筑物为参考系。但是，汽车是运动的，要说清楚汽车的位置及位置变化，必须先指明哪个时刻汽车所处的位置或哪段时间内汽车的位置变化。要讨论物体的位置随时间的变化，就要涉及位置、时间等概念。
二、时刻和时间间隔
1、新知探究
在同学们之间，常常有这样的交流话语：（1）现在几点了？（2）什么时间放学？（3）今天你从家里到学校用了多少时间？（4）一节课多长时间？
请问同学们，这里几个“时间”有什么本质上的区别？
大家可以发现这里有些时间是指时间点，有些时间是指时间段。
2、时刻和时间间隔
在我们平时上课的时候，上午8时上课、8时45分下课，这里的“8时”“8时45分”是指这节课开始和结束的时间点，我们把它称为时刻，在表示时间的数轴上，时刻用“点”来表示；这两个时刻之间的45min，则是这两个时刻之间的时间间隔。在表示时间的数轴上，时间间隔用“线段”来表示。
3、课堂练习
（1）请同学们在数轴上标出时间：第2s初、第3s末、前3s、第5s内。
（2）以上那些是指时刻，哪些指时间间隔？
同学们通过练习进一步明确时刻和时间间隔的含义。
三、位置和位移
3.1坐标系
3.1.1新知探究
描述物体的位置，定性地我们可以通过参考系来描述，在定量方面我们就可以通过建立坐标系来描述。
描述下列三种运动需要建立怎样的坐标系呢?
(1)描述百米运动员在运动中的位置。
(2)描述滑冰场上花样滑冰运动员的位置。
(3)描述翱翔在蓝天上的飞机的位置。
3.1.2坐标系
如果物体沿直线运动，可以以这条直线为x轴，在直线上规定原点、正方向和单位长度，建立一维直线坐标系。
如我们选取O点为原点，以东为正方向，单位长度为10m的坐标系。
如果要确定一辆行驶在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，就可以准确描述汽车的位置。
如果汽车的坐标是30m，表示它在岗亭以东30m处；如果汽车的坐标是-20m，表示它在岗亭以西20m处。
注：这里的正、负不表示大小，仅表示物体在原点的哪一侧。正号表示在原点的正方向一侧，负号表示在原点的负方向一侧。
3.1.3科学漫步
全球导航卫星系统是目前广泛应用的新一代导航定位系统，利用近地空间的卫星为用户提供可靠和高精度的定位、导航和授时服务。在地图上看到的经纬线，实际上就是在地球表面建立的坐标系。常用的全球导航卫星系统有美国的全球定位系统（GPS）、我国的北斗系统（COMPASS）、俄罗斯的格洛纳斯系统（GLONASS）和欧盟的伽利略系统（GALILEO）
3.2位移
3.2.1新知探究
物体位置的描述我们清楚了，那么，物体位置的变化该怎样描述呢？
在初中大家都知道路程是物体运动轨迹的长度。在教科书上，人从北京到重庆，既可以乘火车，也可以乘飞机，还可以先乘火车到武汉，然后乘轮船沿长江而上，这些不同路径所走的路程不同，请同学们思考一下：就位置的变动来说相同吗？
我们可以发现，出发的起点和到达的终点相同，无论使用什么交通工具，走过了怎样的路径，他总是从北京到达了西南方向、直线距离约1300km的重庆，即位置的变化是相同的。
在物理学中，只要物体的初、末位置确定，这个有向线段就是确定的，不因路径的不同而改变，我们称为位移。
3.2.2位移
位移定义：由初位置指向末位置的有向线段，在图中就是A-B的有向线段，
意义：描述物体位置变化；大小：有向线段的长度；
方向：初位置指向末位置。
矢量与标量
物理学中把像位移AB这样，既有大小又有方向的物理量叫作矢量；像路程ACB这样，只有大小没有方向的物理量叫作标量。请同学们举出其他矢量和标量的例子。
矢量：位移、速度、力
标量：路程、温度、时间、质量
3.2.3位移和路程的区别和联系
3.2.4课堂练习
(1)百米赛跑选用跑道的直道部分，运动员跑完全程的路程是多少？位移大小是多少？
路程为100m，位移大小为100m
(2)800m跑比赛中，不同跑道的运动员跑完全程的路程相同吗？跑完全程的位移相同吗？
不同跑道的运动员跑完全程的路程相同，都为800m；
只有第1道次上起跑的运动员，若从第1道次到达终点，则他的位移为0，而其他道次上的运动员，跑完全程的位移一般不是0，而且大小和方向一般均不相同。
四、直线运动的位移
1、直线运动的位移
我们刚才学习了在一维坐标系中用坐标表示物体的位置，那么，在一维坐标系中位移应该如何表示呢？请同学们思考讨论一下。
例：物体在t1时刻处于“位置”x1，在t2时刻处于“位置”x2。
根据刚才位移的定义，由初位置指向末位置的有向线段，物体的位移应该是由x1指向x2的红色有向线段，它的大小等于末位置与初位置坐标之差x2- x1。在研究直线运动的时候，常用∆x表示位移。
课堂练习
计算以下几组初、末位置坐标的位移并画出位移的有向线段。x1=2m，x2=5m；x3=5m，x4=2m；x5=-2m，x6=5m；x7=5m，x8=-2m。
通过刚才的练习，我们可以发现位移的正负与有向线段方向之间的关系。
若两坐标之差为正，则位移的方向指向x轴的正方向；
若两坐标之差为负，则位移的方向指向x轴的负方向。
五、位移-时间图像
1、位移-时间图像的建立
物体的位置或位移可以用图像直观地表示。我们将时间t视为函数的自变量，位移x视为函数的因变量，选原点O作为初始位置，则位置与位移大小相等（x=∆x），就可以绘制出x-t图像。
从x-t图像可以直观地看出物体在不同时间内的位移。
(1)任意时间内质点运动的位移；
(2)质点发生某段位移所用的时间；
(3)x-t图像只能用来描述物体做直线运动；
(4)x-t图像不是物体运动的轨迹，表示的是位移x随时间t变化的情况；
(5)纵轴截距表示物体的初始位置，如x1、x2；
(6)交点表示两物体相遇。
2、位移-时间图像的常见图像
(1)水平直线表示物体静止，如A；
(2)倾斜直线表示物体做匀速直线运动，如B、C
斜率表示速度，斜率的大小表示速度的大小，
斜率的正负表示物体的运动方向。
(3)D表示物体做减速直线运动，
E表示物体做加速直线运动，
?−?图像上某点切线斜率的大小表示物体在对应时刻速度的大小，
?−?图像上某点切线斜率的正负表示物体在对应时刻速度的方向。
六、位移和时间的测量
我们学习了位移和时间，那么我们如何记录一个物体在一段时间内的位移呢？
我们知道测量时间的工具有秒表和沙漏，测量位移的工具有直尺，频闪照相机既可以测量时间也可以测量位移。
1、实验探究
同桌之间，一位同学手拿一支彩色画笔，另一位同学牵动一条长纸带，使纸带在笔下沿着直线缓慢向前移动，拿笔同学按照一定的时间间隔点击纸带（比如每秒1次）
纸带上记录的点我们可以从中得到什么信息？
我们可以知道每两点间的时间间隔和两点间的位移。
2、打点计时器
如果将上述实验中人工打点自动化，就会制成一个打点计时器。
在高中我们可以采用电磁打点计时器和电火花计时器来测量时间和位移。
（1）电磁打点计时器
工作电压：4~6V交流电；电频率：50Hz，每隔0.02s打一次点。
工作原理：我们将纸带穿过限位孔，接通电磁打点计时器的电，线圈会通电，在线圈和永久磁铁的作用下，振片会发生振动，从而带动振针上下振动，如果纸带在移动，则振针就会通过复写纸在纸带上打下一系列点。
（2）电火花计时器
工作原理：:电流流经放电针、墨粉和纸盘轴盘，产生火花放电。
工作电压：220V交流电；
电频率：50Hz，每隔0.02s打一次点
3、练习使用打点计时器
请同学们看一下课本练习使用打点计时器。
（1）了解打点计时器的构造，然后把它固定好。
（2）安装纸带。
（3）启动电，用手水平拉动纸带，纸带上就打出一行小点。随后关闭电。
（4）取下纸带，从能够看清的某个点开始，往后数出若干个点。例如数出n个点，算出纸带从起始点到第n个点的运动时间t。
（5）用刻度尺测量出从起始点到第n个点的位移x。
这样我们就可以记录纸带运动的时间和位移了，设计一个表格记录下来。
时刻：指某一瞬时，用数轴上的点表示
七、小结
路程：物体运动轨迹的长度
电火花打点计时器
电磁打点计时器
打点计时器
用图像直观地表示物体在每一时刻的位移
位移和时间图像
标量：只有大小没有方向
矢量：既有大小又有方向
矢量和标量
位移：从初位置指向末位置的有向线段
路程和位移
时间间隔：指某一段时间，在数轴上用一段线段来表示
时刻和时间间隔
时间 位移
位移
路程
物理意义
描述物体位置的变化
描述物体实际运动轨迹的长度
与运动路径是否有关
大小与运动路径无关
大小与运动路径有关
标量还是矢量
矢量
标量
大小关系
路程的大小≥位移的大小
单向直线运动时两者大小相等
1
2
3
4
5
位移x
运动时间t