匀速直线运动的图象

目的：
1.会认识图象；理解匀速直线运动图象的物理意义；会画简单的图象；会利用图象求位移和速度。
2.了解用图象处理实验数据，探索物理规律的研究方法。
重点、难点：
理解匀速直线运动的图象的物理意义。教具：
气垫导轨（包括气和滑块），J0201－1型数字计时器三台，光电门四个，放大器（自制）一个，米尺，三角板。
过程：
[复习上节内容，引入新] 复习匀速直线运动速度公式v=s/t和位移公式s=v•t 指出：物体的运动规律除了用公式表示外，还可以用图象表示。怎样用图象表示物体的运动规律？请看下面的例子。
[实验] 研究一滑块在水平气垫导轨上的运动情况。实验装置如图1所示，分别用三台数字计时器同时测量滑块三段位移（OA段、OB段、OC段）所用的时间。将取得的实验数据在图上标出（图1中所标的数据是某一次实验取得的一组数据）。

[提出问题] 实验测出滑块位移20cm、40cm和60cm所用的时间，但滑块在任意时间内（如：1s内、2s内）的位移是多少？还不知道。滑块通过任一位移（如位移50cm）所用的时间是多少？还不知道。也就是说滑块的位移和时间的关系还不知道，我们现在用图象法研究它们的关系。如何研究？
[讲述] 选一个平面直角坐标系，用横轴表示时间t，用纵轴表示位移s，选取单位和合适的标度，根据实验测出的数据在坐标平面上画出相应的点，然后用平滑线将这些点连接起，这条线就表示滑块的位移和时间的关系。这种图象叫做位移——时间图象，简称位移图象。
[板书] 一、位移——时间图象。
[讲述] 请同学们根据实验测出的数据在方格纸上画出滑块的位移——时间图象。
（画图前先将作图步骤写在幻灯片上投影并讲述，让学生明确）作图步骤：1.列表记录实验数据；2.选取直角坐标系；3.标明坐标轴表示的物理量及单位；4.选择合适的标度；5.描点；6.用平滑线将各点连接起。
[学生作图，教师巡视辅导]
[提问] 作出滑块的位移——时间图象形状是什么样子？（学生根据自己作出的图象回答：“是一条倾斜的直线”）。
[讲评、纠正学生作图中存在的问题]
[小结] 作出的图象可看出：在误差允许范围内各点基本在一条直线上，即可认为滑块的位移图象是一条倾斜的直线。且这条直线通过坐标原点。
[讨论]根据作出图象的形状判断滑块做什么运动？

[归纳小结] 过原点的直线表示正比函数，即滑块的位移跟时间成正比。从而可知：滑块是做匀速直线运动。
[引导学生从图象求] （1）滑块在任意时间内的位移（滑块1s内、2s内的位移；1s末到2s末这段△t时间内的位移△s）；（2）滑块任一位移所用的时间（如位移50厘m的时间）。
[小结并板书]
1.匀速直线运动位移图象是一条倾斜的直线。
2.从图象可求：（1）位移；（2）时间；
[设问] 能不能从位移图象上求运动速度？怎样求？（学生思考）
[讲述] 图2中△s就是滑块在△t时间内的位移，所以△s/△t＝v。从图中可看出比值△s/△t越大，直线与水平夹角也越大，直线越陡。因此△s/△t也叫做直线的斜率，用k表示。
（指导学生看书甲种本第60页第4行）
[板书] （3）速度v=△s/△t=k。
[练习] 求滑块的运动速度：
v =△s/△t=23cm/1s=23cm/s
=0.23m/s
[巩固练习]
1.在位移图象（图2）中画出另一条直线Ⅱ（速度 0.1m/s）。提问：（1）这条图线表示物体做什么运动？（2）它的运动速度比滑块大还是小？（3）求出它的运动速度。

2..图3是一个做直线运动物体的位移图象，线段OA、AB各表示物体做什么运动？哪段的速度大？两段的速度分别为多少？
[讲述] 在位移图象中将纵轴s改为v，即纵轴改为表示速度，那么这种图象变为表示速度和时间的关系。我们叫做速度——时间图象，简称速度图象。
[板书] 二、速度——时间图象
[讨论] “匀速直线运动的速度——时间图象的形状是什么样子？”（前后桌子四个同学为一组，讨论后各组汇报讨论结果）。
[小结并板书] 匀速直线运动速度不随时间改变。各时刻速度大小都一样，因此它的速度——时间图象是一条平行于横轴的直线。
[作图] 画出图2中滑块和另一物体的速度图象（如图4）。

[分析] 1.在同一坐标平面上，直线在纵轴上截距越大，表示运动速度越大。
2.从图象中可求物体任意时间内的位移，例如求图2中物块在2s内的位移。据s=v•t，对照图4分析指出这个位移大小可用图象中纵轴表示速度的线段和横轴表示时间的线段所构成的“面积”表示，即 0.1m/s×2s=0.2m。但位移和面积是两个含义不同的量，我们不过是借用“面积”表示位移的大小。另外这个“面积”的单位是m/s×s=m，而不是m2，所以这个“面积”要加双引号。
[板书] 2.从图象可求：（1）速度；（2）位移（位移的数值等于“面积”的数值）。
[巩固练习] 3.画出图3中物体运动的
速度——时间图象。
[学生练习，教师巡回检查辅导然后讲评]。
[归纳总结]
1.对匀速直线运动位移图象和速度图象进行比较总结，加深学生对图象意义的理解。
2.物体的运动规律可以用公式描述，也可以用图象描述，用图象描述直观、形象。它是研究问题的一种重要方法。希望同学们认真学习，为今后科学研究打下基础。

教学设计

一、教改指导思想
1.雷树人先生在全国中学物理特级教师会议上谈中学物理教学改革的指导思想时指出：“要使学生在学习基本物理知识的过程中逐步掌握研究物理问题的科学方法。有关科学方法的训练，应该说是与物理知识的掌握是同等重要的。”（《物理教学》 87年第 4期第 3页）。这是中学物理教改的一个重要方面，在实际教学中，应该充分发挥教材中潜在的各种教育因素，精心设计教学结构，综合运用各种教学方法，有意识让学生在学习物理知识的同时，也得到科学方法的训练，从而培养学生的分析解决问题的能力和培养学生的科学态度。改变单纯为传授知识而进行教学的局面。将知识的教学，能力的培养，思想、方法的教育有机地结合在一起。
2.在教学中把学生看作具有主观能动性的“人”，而不是把学生当作一个被动地接受知识的对象。在各个教学环节采取相应的措施，恰当选择各种教学方法，综合运用，充分调动学生的主观能动性，激发学生的学习兴趣和主动性，让学生通过自己的实践去掌握知识。改变传统教学论中“以教师为中心，以书本为中心”的原则为“以教师为主导，以学生为主体，以实践为基础”的原则。
二、本节教学特点
本节教学是在前面所谈的教改指导思想指导下设计的，它有下面几个特点。
1.在物理知识教学中，贯穿着思想、方法教育。根据实验数据作出图象，图象反映物理规律，这是我们通过实验探索自然规律的一条重要的基本途径。这种方法在今后学习中还要多次用到。如第三研究运动物体的加速度跟力和质量的关系，就是采用这种方法。这是研究问题的一种重要方法。要让学生在学习物理知识过程中逐步学会这种研究方法。因此讲授匀速运动位移图象时，我们不是从匀速运动位移公式s＝v•t直接画出位移——时间图象，而是设计一个实验：研究滑块在水平气垫导轨上运动情况，用数字计时器测出滑块三段位移所用的时间，指导学生根据取得的实验数据，选取平面直角坐标，描点，画出滑块的位移——时间图象。再启发学生从作出的图象分析得出滑块的运动规律，然后引导学生从图象求滑块任一时间内的位移。这一教学程序的安排使学生在学习位移图象的过程中，也初步学会用图象处理实验数据，寻找物理规律这种研究问题的重要方法。这一教学程序体现了“由特殊到一般，又由一般到特殊”。这个认识运动过程的思维方法。使学生得到潜移默化，在学习物理知识中自然地接受科学方法和辩证观点的教育。同时也培养学生的思维能力。
2.有利突破难点。理解图象物理意义是一个难点，模糊认识表现在以为质点作匀速运动的轨迹是一条直线，而位移图象也是一条直线，就误认为位移图象代表了质点实际运动轨迹。安排从实验测出数据、描点、画出位移图象。学生能直观看到滑块的运动轨迹，又是通过自己描点，画出位移图象，对图象的本质有所认识。就不会将物体的运动轨迹和位移图象混在一起。因此，这样安排有利于突破难点，帮助学生正确理解图象的物理意义。
3.综合运用各种教学方法。教学方法上采用实验、作图、启发、讨论、练习、讲评等多种方法的综合应用，充分调动学生的学习积极性。体现了“以学生为主体，教师为主导”的原则。确保“双基”，又培养能力。
（1）设计研究滑块在水平气垫导轨上的运动情况的实验。用数字计时器测时间，学生能准确、直观读出实验数据。能形象看到被研究物体的运动轨迹。实验测出的数据又为讲授匀速直线运动位移图象和速度图象提供直观的例子。也体现用实验探索自然规律这种科学方法。既激发学生的兴趣，又丰富了教学内容。
（2）根据实验测出的数据，指导学生作图安排三个层次：A、作图前通过幻灯投影、讲解、让学生明确作图步骤；B、学生按步骤在方格纸上作图，自己实践、练习；C、根据学生在作图中出现的问题进行讲评、指正。通过这样强化作图训练，使学生学会作图，加深对图象意义的理解。既扎实“双基”，又提高能力。同时也培养学生严格的科学态度。
(3)注意启发、引导学生分析和讨论。在学生作出滑块的位移图象形状是一条通过原点的倾斜直线后，紧接着引导学生根据作出图象的形状、联系数学知识分析、讨论。从而得出滑块是做匀速直线运动的结论。整个过程学生思维积极主动。在讲完速度图象定义后，组织学生讨论（前后桌子四个同学为一组）：“匀速直线运动的速度图象形状是什么样子？”学生在前面已经学过位移图象的基础上，通过辨识和争论，明确认识，得出正确的结论。学生在讨论中主动获取知识，教师再归纳小结。学生对图象意义就有较深刻的理解。充分调动学生的主观能动性，又活跃堂学习气氛。体现出“以学生为主体，以教师为主导”的原则。
(4) 在讲授位移图象及应用后及时安排学生做练习。讲授速度图象后也安排一道练习题。学生刚学习过的知识在新情境中及时得到应用。有利学生对概念的进一步理解和巩固。同时通过学生的练习、回答。及时反馈信息，揭示学习中出现的误差，及时帮助、矫正。能确保“双基”，培养能力，提高教学效果。

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