高中物理课堂教学教案

    

第二篇：高中物理教案第一章

一、知识目标

1、知道参考系的概念。知道对同一物体选择不同的参考系时，观察的结果可能不同。

2、理解质点的概念，知道它是一种科学的抽象，知道科学抽象是一种普遍的研究方法。

二、教学重点

1、在研究问题时，如何选取参考系。

2、质点概念的理解。

三、教学难点

 在什么情况下可把物体看出质点

四、教材分析

教科书一开始就从参考系中明确地抽象出了坐标系的概念，指导思想是强调一般性的科学方法，即为这样的思想作准备：解决问题时首先把实际问题抽象成物理模型，然后用数学方法描述这个模型，并寻求解决的方法。

要研究物体位置的变化问题，首先必须解决位置确定问题，教科书把“物体和质点”当作一个知识点，说明质点是针对物体而言的，实际的“物体”都“占有一定的空间”，在通常的运动过程中，“不同部位的运动情况是不相同的”，从而“给描述运动带来了困难”，解决问题的关键是“能否用一个点来代替物体”。

教科书通过学生熟知的实例分析，让学生很自然地领会到“在某些情况下，真的可以不考虑物体的大小和形状”，“突出物体具有质量这一要素，把它简化为一个有质量的点”。这充分说明了将物体简化成质点的条件性，质点的两大基本属性。

为了强调坐标的概念，教科书用数学和物理学中通用的符号，即在直线运动中用x表示质点的位置，极坐标，用△x=x₁－x₂表示质点的位移。在表示物理量的变化时，“△”实际上是我们以前都在使用的符号，学生不会感到困难。相反，由于有了明确表示物理量的变化量的符号，学生更易区分某物理量与这个物理量的变化量。

明确地把某个物理量与这个物理量的变化区分开，这是本书的特点。物理学中经常要区分这两种物理量，有意识地强调它们的区别，对于以后的学习会有好处。下一节中，时刻与时间间隔的关系也是这样。

五、教学步骤

1、物体和质点

    在研究某一问题时，对影响结果非常小的因素常忽略。常建立一些物理模型，这是一种科学抽象。那以前接触过这样的物理模型吗？

    如：光滑的水平面、轻质弹簧。

    这些都是把摩擦、弹簧质量对研究问题影响极小的因素忽略掉了。今天我们又要建立一种新的物理模型——质点。质点，并完成下列问题：

    填写：

   （1）质点就是没有    ，没有    ，只具有物体    的点。

   （2）能否把物体看作质点，与物体的大小、形状有关吗？

   （3）研究一辆汽车在平直公路上的运动，能否把汽车看作质点？要研究这辆汽车车轮的转动情况，能否把汽车看作质点？

   （4）原子核很小，可以把原子核看作质点吗？

   （5）运动的质点通过的路线，叫质点的运动    ；    是直线，叫直线运动；        是曲线，叫         。

共评：质点是没有形状、大小、具有物体全部质量的点。这是一种科学抽象，就是要抓住主要特征，忽略次要因素，这就必须是具体问题具体分析。如果在我们研究的问题中，物体的形状、大小以及物体上各部分运动的差异是次要的或不起作用的，就可以把它看作质点。比如在平直公路上运动的汽车，研究它运动的特点，汽车的大小、形状及车上各部分运动的差异是次要的，可把汽车看作质点。而研究车轮的转动，是研究汽车上部分的运动，就不能把汽车看作质点，再比如原子核很小，要是研究质子与质子的作用时，就不能把它看作质点。

2、（1）参考系：为了描述一个物体的运动，选来作为标准的物体，叫参考系。

（2）选择不同的参考系观察同一个运动，观察的结果会有不同。

   举例：描述同一个运动，选择不同参考系，观察结果也不一样。

    举例：运动的汽车，是选择地面为参考系，如选司机为标准，汽车是静止的。

   ……

  （3）总结：参考系是可任意选取，但选择的原则要使运动和描述尽可能简单。比如，研究地面上物体的运动，选择地面或相对地面动的物体作参考系要比选太阳作参考系简单。

3、坐标系

   如果物体沿直线运动，为了定量描述物体的位置变化，可以以这条直线为轴，在直线上规定原点、正方向和单位长度，建立直线坐标系。

   一般来说，为了定量地描述物体的位置的变化，需要在参考系上建立适当的坐标系（coordinate system）.

教学中注意以下几点：

（1）坐标系相对参考系是静止的。

（2）坐标的三要素：原点、正方向、标度单位。

（3）用坐标表示质点的位置。

    （4）用坐标的变化描述质点的位置改变。

4.“科学漫步”

本栏目中的“全球卫星定位系统”是扩展性内容，可以由学生自己阅读，如果学生对此有兴趣，通过自己查找资料写出一篇科技报告放到墙报上或在班会上做个科技报告，都是很有意义的。这样的活动不必要求所有学生都做，但在一学期中，每个学生都应参加一两个。

本书“科学漫步”、“科学足迹”等栏目与过去的“阅读材料”不同点之一是，其后往往附有进一步研究的问题。例如，本节结合图1.1-6提问，这个定位器处于呢个成是的哪个部位，等等。这样做的目的也是使学生养成勤于观察、勤于思考的习惯，提高学生自主获得知识的能力。这类问题不作为针对所有学生的强制性要求。

五、教学资源

1.天球坐标系

为确定天球上某一点的位置，在天球上建立的球面坐标系。有两个基本要素：①基本平面。由天球上某一选定的大圆所确定。大圆称为基圈，基圈的两个几何极之一作为球面坐标系的极。②主点，又称原点。由天球上某一选定的过坐标系极点的大圆与基圈的交点所确定。
    天球上一点在此天球坐标系中的位置由两个球面坐标标定：①第一坐标或称经向坐标。作过该点和坐标系极点的大圆，称副圈，从主点到副圈与基圈交点的弧长为经向坐标。②第二坐标或称纬向坐标。从基圈上起沿副圈到该点的大圆弧长为纬向坐标。天球上任何一点的位置都可以由这两个坐标唯一地确定。这样的球面坐标系是正交坐标系。对于不同的基圈和主点，以及经向坐标所采用的不同量度方式，可以引出不同的天球坐标系，常用的有地平坐标系、赤道坐标系、黄道坐标系和银道坐标系等。

2.地心地固空间直角坐标系

原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向格林尼治平均子午面与赤道的交点，Y轴垂直于XOZ平面构成右手坐标系。

3.地心地固大地坐标系

地球椭球的中心与地球质心重合，椭球面与大地水准面在全球范围内最佳符合，椭球短轴与地球自转轴重合（过地球质心并指向北极），大地纬度，大地经度，大地高。如图所示。

地球北极是地心地固坐标系的基准指向点，地球北极的变动将引起坐标轴方向的变化。

2、时间和位移

一、知识目标

1、知道时间和时刻的含义以及它们的区别。知道在实验室测量时间的方法。

2、知道位移的概念，知道它是表示质点位置变动的物理量，知道它是矢量，可以用有向线段来表示。

3、知道位移和路程的区别。

二、教学重点

时刻与时间、路程和位移的区别

三、教材分析

本节所研究的是描述机械运动过程的概念。研究机械运动的过程，从空间上讲，就是机械运动的延伸程度——位移和路程；从时间上讲，就是机械运动的持续程度——时间间隔。

位移使学生第一次接触，极容易与路程搞混。教材先通过从北京到重庆可以选择不同的交通方式导入问题，然后用图1.2－2所示情景让学生形成路程与位移的感性认识，最后概括出路程与位移的概念，充分体现了概念建立的思维过程。

学生从这节开始接触矢量的概念。教材第15页黑体字“矢量”之前的文字并不是矢量的定义，因为不是只要一个物理量有方向它就是矢量，矢量还要满足一定的运算法则。

路程的标量性与位移的矢量性的处理，教材第14页通过旁注向学生阐述了路程并不涉及运动的方向。通过位移所描述的意义和位移的表示方法体现位移的方向性。

教材并不是要在这里进行矢量计算的教学，第15页的旁注已经说明了这一点。15页“思考与讨论”的目的只是引发学生思考，这一栏目的设置就是重视过程与方法教学的一种措施。如果学生没有经过深入思考就听到老师所讲的“矢量相加法则”，也许他也能掌握这个知识，但他少了一次发现问题并力求解决问题的努力，他在这方面的能力没有提高，发现问题并力求自己解决问题的意识也就没有增强。所以，不重视“思考与讨论”就难以充分落实过程与方法、情感态度与价值观的课程目标。

用坐标系描述质点的运动过程的方法在本节得到了实施。用坐标表示位置学生不应干感到困难，但用坐标差表示位移学生第一次接触，特别是位移方向性在坐标差中的体现学生会感到困惑，是教学的一个难点。

    “问题与习题”第4题的目的是强化坐标概念，区分几个相关但不同的物理量。要注意发挥它在这方面的作用。

四、教学步骤

1、时刻、时间间隔（也称时间）

回答： 几点钟开会，几时上课，几点发车……

    这都是时刻，而会议长达2个小时，这是从开始到结束的实践间隔等等。

    如果把时刻、时间在数轴上表示出来，那含义就一目了然：

 

   

（1）要指出时刻、时间间隔在数轴上的表示特点。

    （2）时间的单位有     、     、     ，符号分别为     、     、     。

    （3）在实验室研究物体运动情况时，需要测量和记录很短的时间，常用    来测量。

    强调：要在时间轴上表示出时刻、时间：时刻表示为一点，时间表示为一线段。这在以后的直线运动中的速度的研究中，常要用到这两个概念。

2、位移和路程

    由北京去上海，你可以选择不同的交通工具：乘火车、乘飞机，还可以先坐汽车到天津然后换轮船到达上海。使用不同的交通工具，交通路线不同及运动轨迹是不一样的，走过的路程不相同，但是，就位置的变动而言，你总是由初始位置北京到达了末位置上海（直线距离约1080Km）   

物理学中用一个叫做位移的物理量来表示质点的位置变动。

同学们阅读课本，并讨论位移的图示方法及位移和路程的区别。

3、矢量和标量

在物理学中，像位移这样既有大小又有方向的物理量叫做矢量。

像质量这些只有大小，没有方向的物理量，叫做标量。

4、直线运动的位置和位移

这部分的教学主要解决方法问题，具体有如下几个方面：

    （1）坐标的正负表示位置在原点的哪一侧，坐标的数值表示位置到原点的距离。

    （2）坐标差的计算是用末位置的坐标减去处位置的坐标。

（3）坐标差的正负表示位移的方向与坐标轴正方向相同还是相反，坐标差的数值表示位移的大小——位置移动的距离。

教学中要投放具体问题，让学生进行定量表示，并要求将计算结结果标注在坐标轴上。

四、教学资源

1.时间计量单位

（1）法定计时单位

秒、分、时、天（日）、年是法定的时间计量单位，也是时间距离的具体概念。
①秒：秒是时钟面上最短的法定计时单位，由时钟面上最细最长的“秒针”计量。

秒针每走动一下并发出“咋”的响声，为“1秒钟”。秒针沿时钟面每走过一个点位的时间，为“5秒钟”；沿钟面12个点位转动一周的时间，为“60秒钟”。
    ②分：分是时钟面上大于秒的法定计时单位，由略短并粗于秒针的“分钟”计量。
    秒针每走60秒钟，分针也同时随之走过“l分钟”。分针沿时钟面每走过一个点位的时间，为“5分钟”；转动一周＝12个点位的时间，为“60分钟”。
    ③时：时是时钟面上最长的法定计时单位，由最短最粗的“时针”计量。
    分针每走60分钟，时针也同时随之走过一个点位，为“1小时”。时针沿钟面转动一周（12个点位）的时间，为“12小时”。
    ④天（日）：天是一个昼夜的法定计时单位。24个小时的时间，为“l天”。
    ⑤年：年是公历的法定计时单位，365～366天，为“l年”。
（2）常用时间单位
    ①刻：15分钟为“1刻”；4刻钟为“1小时”。
    ②周：7天，为1周（星期）”；4周，为“1个月（28～31天）”。
    ③季度：3个月，为“1季度”；4个季度，为“1年”。

2.美研制出世界最精确的时钟

美国国家标准和技术研究院称，他们已研制出一种新的时钟，每秒钟能够可靠地振荡1000万亿次，因此有望成为世界上精确度最高的时钟。

在目前使用的计量单位中，时间计量是宇宙间测量精度最高的物理量。现在国际上使用最多的原子钟的振荡频率通常是数纳秒（一纳秒＝10亿分之一秒），它是通过调整超高频激光，使之和钯原子发射的光波频率相匹配而实现的。一般，全球定位系统卫星上都携带有原子钟，其精确度足以满足设计要求，可对地球进行精确的三点定位。

但是，物理学家希望能有振荡频率更快的时钟，用于科学前沿问题的研究，例如弄清决定电磁相互作用强度的所谓精细结构是否真的稳定等问题。科学家认为，这种新型时钟应当易于制造，且振荡频率应比相对较低的微波频率快1000倍。存在的问题是，没有一种装置能够如此快的计数。

为解决这一问题，美国国家标准和技术研究院时间及频率分部的计量科学家成立了一个研究小组，研制出“光学传动装置”。该装置可将激光光波的高速振动转化成振荡系数正好慢100万倍的激光强度的波动，并利用标准检波器来显示激光强度在1秒内所振荡的次数，然后将得到的数值乘上100万。

3、运动快慢的描述——速度

一、课标要求

1.理解坐标变化量的物理意义，能用坐标变化量表示直线运动的位移和时间。

2.通过极短时间内的平均速度认识瞬时速度。通过瞬时速度，初步了解极限的思想。

3.通过对日常生活中有关速度的实例的分析，体会变化率的概念及表达方式。

4.理解速度和速率的物理意义，知道速度是矢量。

二、教材分析

    本节的第一部分内容继续强调某个物理量与它的变化量的关系，意在对该部分知识温故与拓展，为后继内容的学习奠定基础。

学生通过初中物理的学习和生活体验，已经有了速度的初步概念，但这种概念比较肤浅，也不准确。本书没有在一般性的速度概念和平均速度的概念上面下功夫，而是比较简洁地深入到瞬时速度的概念。

本书定义瞬时速度使用到了极限的思想，但没有提出“极限”这个术语。只要不要求极限的数学定义、不要求极限的运算，中学生完全可以接收极限的思想，包括后面设计的定积分的思想研究位移等。

用极限的思想定义瞬时速度是建于这样一种思想：把一个变化的事物分解成很小的部分，每个小部分都可以看成是不变的，可以用比较简单的方法去处理，在把各个小部分的结果再合起来，就得到整个问题的解，这是近代数学物理中常用的方法。在现代信息技术中，把模拟信号变成数字信号时，要分割、取样、量化，实际上就是取极限的过程。所以极限的思想已经不是个知识，它是一种方法、一种观念，对于以后的学习甚至科学思想方法的形成都是很重要的。

    “说一说”和“做一做”两个栏目都是扩展性学习内容，前者偏重于思考，后者偏重于动手操作。它单是知识性的扩展，而在于激发学生的兴趣、激发学生的思考，或发展学生的动手操作能力。

STS栏目强调的是科学技术与社会的关系。本节“速度与现代社会”讲的是，由于交通工具速度的提高，成熟规模的扩大，战争观念改变了，不同文化的交融加快了……STS的意义在于揭示科技与社会的互动关系，而非单纯的科学知识在技术上的应用。如果只讲科学的发展使得汽车、飞机、轮船等技术发展了，人们可以“日行千里”，却不涉及城市建设、战争观念、文化交流等社会层面的内容，那就不是本来意义的STS。这点应引起注意。本节STS借协和客机停飞一事，引导学生讨论“交通工具的速度是不是越快越好”这样的问题，这是一个开放性的问题，意在让学生去思考，去讨论。

    “问题与练习”中的第3题要计算速度，这本是十分容易的事，但要获得计算所需数据，学生需读懂列车时刻表，这可能成为难点。

三、教法建议

1.坐标与坐标的变化量

    本小节重在强化某个物理量与它的变化量的关系，教学中注意突出如下几点：

   （1）位置“坐标的符号”、“坐标的数值”与“坐标的正负”的意义。

   （2）某个物理量的变化量的一般计算方法是：用后来的量减去原来的量。

   （3）用位置坐标差表示位移，强化“差的数值”与“差的正负”的意义。

 2.速度

    本小节的核心是用速度描述运动快慢的方法，主要突出了三个方面的思想：比较物体运动快慢的方法；速度的定义方法；速度的矢量性。该部分学生接受起来不会有太大的困难，所以不可在这里就差过多的时间，进行教学设计时要抓住如下几点：

    （1）让学生明确比较位置变化快慢的必要性和基本途径：比较相同时间内通过的位移大小或比较通过相同位移所需要的时间。要列举实例让学生领会。

    （2）物理学中比较位置变化快慢的标准：比较相同时间内通过的位移大小。可列举运动场上描述运动员跑得快慢的方法：用最后的成绩描述时，比较的是相通路程（或位移）所用的时间，既看谁用的时间短；观察比赛过程中的比赛情景时，比较的是相同时间内通过的路程（或位移），既看谁在最前面

（3）速度的定义方法和单位的意义：用位移与发生这个位移所用时间的比值描述运动的快慢。速度为6m/s时，读作6米每秒，表示如果匀速运动在一秒内通过6m的位移。

要注意强调v=△x/△t表示的是比值定义法，v与△x、△t没有决定关系。

    （4）速度的矢量性：其方向就是物体运动的方向。

3.平均速度和瞬时速度

  平均速度与瞬时速度是为不同的描述需要而引入的，而用极限的思想定义瞬时速度学生是第一次接触，所以教学中既要让学生领会极限的思想，又要控制教学的难度，可以考虑这样进行教学设计：

    （1）通过实例让学生感悟“物体的运动快慢是变化的，绝对准确地描述物体的运动快慢是困难的”。

    （2）说明v=△x/△t描述的是物体在△t时间内或△x位移上的平均快慢程度，以此引入平均速度的概念。

    （3）引导学生思考“从t到t+△t时间内的平均速度，在△t取不同值时跟t时刻速度的关系”，从而接受“在△t非常小时，就可以认为v=△x/△t是物体在时刻t的速度”这一极限思想，以此引入瞬时速度的概念。要注意的是只需体现极限的思想，不要引入“极限”这个术语。

（4）对瞬时速度，要列举实例让学生理解：某时刻瞬时速度的数值，等于从该时刻起，以该速度匀速运动时，单位时间内通过的距离。

（5）匀速直线运动是平均速度与瞬时速度相等的运动，通常叙述中的速度到底是平均速度还是瞬时速度，要通过上下文结合判断，以培养学生具体问题具体分析的学习习惯。

4.速度和速率

    本小节的教学主要应解决三个问题：一是速率是指速度的大小；二是交通工具上速度计显示的是瞬时速率；三是明确日常生活中人们常说的速度大多是指速率。

    本节需要注意的一个问题是：瞬时速率等于瞬时速度的大小，但平均速率不一定等于平均速度的大小。例如，沿闭合圆周运动一圈，位移是零，平均速度是零，但平均速率并不等于零。

5.“做一做”和“说一说”

    “做一做”可安排在课外活动时间做，以兴趣小组的组织形式开展，重在突出描述的方法，对长距离和短距离上的速度，可以联系到平均速度和瞬时速度；“说一说”可以在课堂上展开讨论，重在澄清认识，领会瞬时速度的概念。

6.关于STS

本节STS借协和客机停飞一事，引导学生讨论“交通工具的速度是不是越快越好”这样的问题。教学中只要学生参与就可以了，不要企图得到什么结论性的意见。

四、教学资源

1.速度在1米/秒以下的表演

　　(1)10的负11次方米／秒(10微微米/秒) 青藏高原缓慢上升

　　青藏高原只是在近二百万年左右的时间内，从海拔1000米的高度达到了现在的海拔4700米的高度。它的平均上升速度是58.7微微米/秒。但每个地质时期它隆升的速度并不均匀，在距今两百万年前的早更新世时期，它上升了1000米；在距今一百万年前的中更新世时期又上升了1000米；但从晚更新世以来的仅10余万年，它却上升了1500米以上，平均每年升高10毫米，其中，从距今一万年前起，它上升的速度加快，平均每年上升70毫米。现在，它仍处在快速上升的时期。

　　应当说明的是，迄今为止，10微微米/秒的速度并不是人类观测到的物质运动的最慢速度。物质运动的最慢速度仍有待于进一步的观测和确定。

　　(2)10的负10次方米／秒(1埃/秒) 尔威兹加树慢慢长高

　　自然界树木生长的速度，真是千差万别，有的快得惊人，有的慢得出奇。例如在前苏联的喀拉哈里沙漠中，有一种名叫尔威兹加的树，个子很矮，整个树冠是圆形的，从正面看，象是沙地上的小圆桌。它的生长速度极慢，100年才长高30厘米，即1埃/秒。也就是说，每秒钟它仅仅长高十亿分之一厘米。

　　(3)10的负9次方米／秒(1纳米/秒) 东非大裂谷不断开裂

　　据地球物理勘探资料分析，东非裂谷带存在着许多活火山。这些活火山的不间断活动，导致大裂谷不停地向两边开裂，虽然速度非常缓慢，但近200万年来，却达到了平均每年开裂大约2～4厘米的速度。按中间数每年开裂3厘米的速度计算，速度达到了1纳米/秒。可别小看这个速度，它1万年就是300多米。如果依此不停地开裂下去，未来的某一天，东非大裂谷终会将它东面的陆地从非洲大陆分离出去，从而产生一片新的海洋以及众多的岛屿。

　　(4)10的负8次方米／秒(10纳米/秒) 海岸一步步后退

　　本世纪初，我国局部地区海岸侵蚀还相当严重。特别是在采沙过度的海岸，近2～3年内海水向陆地侵蚀100多米，侵蚀最严重的地方达200～300米。黄河入海口一带的海岸，仍以2.3米/年、即72纳米/秒的速度后退。

　　(5)10的负7次方米／秒(100纳米/秒) 沙丘缓缓移动

　　自1950年以后，由于我国塔里木河上游耕垦不断扩大，致使塔里木河下游生态环境急剧恶化，主要表现在水源减少，特别是若羌县所属阿拉干以下，在1972年后已经断流，地下水位下降，水质变坏，森林植被衰败，土地沙漠化加剧发展。到1985年，低矮沙丘以10米/年、317纳米/秒的速度向前移动。由于水源枯竭和植被死亡，更使原有的灌丛沙堆迅速向流动沙丘方向发展。

　　(6)10的负6次方米／秒(1微米/秒) 大气尘粒降落

　　大气中还含有大量的尘粒和其它固体物质。尤其是粒径为0.1微米到5微米的微粒，对于地表能量平衡影响甚大。根据测定，此类尘粒中的少部分尘粒在大气中的下沉速度约为1厘米/小时，即2.8微米/秒。如在2公里高空处存在着这类粒子时，约需20多年的时间才能沉降到地面。

　　在英国发现一种生长很快的花卉植物，这种花卉属于西洋丁香家族的一种。在14天的时间里它长高3.65米，也就是说每天长254毫米，长高速度达到了2.9微米/秒。

2.速度在1米/秒以上的表演

　　(1)10的0次方米／秒(1米/秒)浓烟扩散

　　1米/秒到9米/秒速度，是日常生活中较为常见的物质运动速度。具备这一区间运动速度的物质，常常与人们的生活密切相关。

　　火灾产生的高温浓烟扩散速度为约1米／秒左右，其垂直扩散速度比水平方向快3～5倍。这种带有毒气的烟给救人、自救和疏散造成极大威胁。

　　一级风的标准风速是1米/秒。当微风吹起，树叶轻微摆动，炊烟能表示风向，海水则微微泛起波浪。我国东海海域的黑潮流的平均流速为1米/秒。

　　成年人步行的平均速度约为1米/秒，游泳的速度约为2米/秒。

　　球形闪电大多出现在雷雨交加的时刻或暴风雨前后，呈发光的火球形状，中心极亮。这种火球的颜色多变，直径通常为10～40厘米。发生球形闪电的持续时间仅在几十秒之间。它常常以2米/秒的速度作水平移动，有时停留在半空中，有时又降落地面。

　　我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大,在这些地区，发展风力发电是很有前途的。

　　海水流动速度为每秒3米，潮汐的流动速度为5米/秒。

　　一个直径8米左右的载人降落伞，其下降速度是6米/秒。

　　长跑运动员的速度约为7米/秒。

　　雨水降落的一般速度约为8米/秒。

　　世界上第一台直接驱动机器人最大行走速度9米/秒，能提动6千克重物，定位精度达0.1毫米。

　　据科学家估算，霸王龙的奔跑速度平均约为9米/秒。

　　(2)10的2次方米／秒(100米/秒) 大风暴席卷高山

　　1958年4月12日美国新汉普郡，在1916米高的华盛顿山上,大风暴的风速达到了每小时371公里，即103米/秒,这是风暴风速最大的世界记录。

　　1999年10月22日，登普西世界纪录协会拥有的一台名为“白色闪电电动流线型汽车”的电动汽车，在美国犹他州的邦纳维尔盐沼达到了395.821公里/小时，即110米/秒的创纪录速度。

　　神经脉冲沿神经纤维的传输速度为120米/秒。

　　次声波在空气中的传播速度约为300米/秒，声波在空气中传播速度是340米/秒。

　　“道尔”导弹又叫“圆环胎”导弹，北约国家称作“萨姆15”导弹，它是一种机动型全天候近程防空武器，导弹发射后在极短的时间里就能达到每秒860米的高速度，它可以攻击最大飞行速度达到700米／秒的飞机或导弹，而目前大部分机动式防空武器只能攻击速度约5O0米／秒的空中目标。

　　子弹射出枪口的速度大约是900米/秒。

　　（3）10的3次方米／秒(1公里/秒) 地震波迅猛扩散

　　声音在水中的速度为1.453公里/秒。

　　在第一次世界大战中，德国制造了一种炮身长34米的大炮，炮弹的速度达到1.6公里/秒。

　　气象火箭升空的速度约为1.7公里/秒。

　　地震波的纵波传播速度约5～6公里／秒。在震中区，人们对纵波的感觉是上下颠动。横波的传播速度约为3～5公里／秒。在震中区，人们对横波的感觉是前后左右晃动。因横波速度比纵波速度小，故横波跟在纵波后面。

　　电磁炮是利用电磁力为炮弹加速的电磁发射系统。电磁炮弹主要用于反导弹和反卫星作战。电磁炮的速度可达3～20公里/秒，能有效地摧毁空间的各种人造卫星和导弹。

　　人造卫星环绕地球运行的速度是7.9公里/秒，这一速度被称为“第一宇宙速度”。

　　(4)10的4次方米／秒(10公里/秒) 流星雨追撞地球

　　在太阳系中除了九大行星和它们的卫星以外，还有彗星、小行星及一些更小的天体。小天体的体积虽小，但它们也和九大行星一样，在围绕太阳公转。如果它们有机会经过地球附近，就有可能以每秒几十公里的速度闯入地球大气层，与地球大气发生剧烈摩擦，从而发出耀眼的光芒。这就是我们经常看到的流星。流星雨是一种有成群的流星看起来像是从夜空中的一点中迸发出来，并坠落下来的特殊天象。这一点或一小块天区叫做流星雨的辐射点。流星雨中流星运动速度都在12公里/秒到72公里/秒之间。

　　到20##年的今天，美国人发明的太空飞行器还正在飞出太阳系。其中最远的是旅行者一号，前几年的数据是已经离开太阳120多亿公里，每年差不多要离开太阳5.7亿公里。它的飞行速度是17.4公里/秒。

　　(5)10的9次方米／秒(100万公里/秒)或以上 类星体辐射源超光速分离

　　1960年，射电天文学家用当时世界上最大的望远镜观测到两个射电源。结果发现它们都是很暗的蓝色的星，尽管看起来像恒星，但又不是通常的恒星。天文学上称它们为类星射电源，简称类星体。令人惊奇的是，在某些类星体中，其分立的子电波源间出现分离的相对速度居然快过光速！1977年以来的发现证实，其中一个类星体的内部有两个辐射源，并且它们还在相互分离，分离的速度竟高达288万公里/秒，是光速的9.6倍!

　　这种与广义相对论矛盾的现象应该如何理解呢？这里要对对光速极限这个结论要加一点注解。

　　有一种不正确的理解，认为光速极限是一切速度的极限。错了，光速只是物体运动速度的一种极限，或能量传递速度的一种极限。如果不注意这个条件，一般地谈速度。那么，找寻超光速的现象在物理学中并不是难事。

　　举一个极常见的例子。在节日的晚上，当探照灯射向高空的云层时，由于云层的反射，你会在云层上看到一个亮点。当地面上的探照灯慢慢转动时，亮点却以极快的速度在运动。如果能有足够高的云层，这个亮点的速度就可以超过光速。这时，沿着亮点运动的轨道并没有能量的传递，所以它的速度并不受光速极限的限制。

　　探照灯的例子可以解释类星体的超光速现象：类星体的中心母体喷射出两股相反方向的粒子流(相当于探照灯的光)，它照射在星系际介质上(相当于高空中的云)，从而激起射电辐射(相当于亮点)。因此，只要中心母体有小的摆动。粒子流照射所激起的辐射区就会迅速地移动。光速不是这种辐射区移动速度的极限，因而超过光速是许可的。

　　在宇宙大爆炸的初期，宇宙经历了一次极为短暂的暴涨阶段，在宇宙诞生后的10-35 -10-33秒，宇宙奇点的直径就由10的负26次方米扩张到了10的24次方米(约相当于1亿光年)！依此计算，宇宙奇点在这一时间段的暴涨速度达到了10的52次方万公里/秒，远远大于30万公里/秒的光速。宇宙如此高速暴涨的能量自何而来，仍是一个未解之谜。

　　目前，超光速现象还处在研究和论证阶段。发现没有止境，探索还要继续。大千世界精彩的“速度”表演还会有新的内容展现在人们面前！

4、实验：用打点计时器测速度

一、课标要求

1.了解电磁打点计时器和电火花打点计时器的基本构成，知道打点计时器的计时原理，并学会使用打点计时器。

2.通过实例学会根据纸带上的点分析速度的变化情况，并学会测定平均速度。

3.通过实例学会用打点计时器测量瞬时速度。

4.学会用图象表示速度变化规律的方法，理解用平滑曲线“拟合”坐标系中描出的点来反映客观规律的思想。

二、教材分析

    这节课有三个目的：1.学会是用打点计时器；2.用打点计时器测瞬时速度；3.用图象表示速度随时间的变化情况。

    由纸带上某两点间的位移△x和相应的△t就能算出它们之间的平均速度。与过去的教学不同的是，教材由此又向前走了一步，说明在△x（或△t）很小时，这样算出的平均速度可以看作瞬时速度，而不是绝对意义上的瞬时速度。对于这一点，老师们可能还不习惯。这是因为我们过去的物理教学过于理想化、绝对化，或说与实际问题的距离比较大。实际的测量技术测得的瞬时速度都是某段时间内的平均速度，而不是绝对意义上的瞬时速度。例如汽车上的速度计，无论是用离心测速的方法还是用发电机测速的方法，转动部分都有一定的惯性，对速度变化的反应都需要一段时间，因此，它们实际测得的速度都不是数学意义上的“极限”。本节要求用很小时间间隔内的平均速度作为瞬时速度，除了有意加强瞬时速度的理解外，也是拉近物理课与实际、与技术的距离。

    用图象表示物理量的变化，在生活中是常见的方法，本书在这方面加强了很多。

    这节实验之后用图象表示速度时，思路与过去有些不同：

    过去在描点之后往往说，“用一条直线（或××曲线）连接这些点……”，为什么要用直线（或××曲线）而不用别的曲线？因为在过去的实验中我们都已经知道，坐标系中的两个物理量之间的关系就是直线（例如匀变速直线运动的速度与时间的关系）。这是验证性实验的做法。

    这节中，测的是手拉纸带的速度，事先并不知道速度随时间变化的规律，也就是说不知道图象是一条什么曲线。这种情况下我们只能根据所描点子的分布和走向，尝试用某条曲线来“拟合”这些测量点。这是探究性实验中常用的方法。

这两种情况下的作图，操作步骤相似，但思路不一样，逻辑线索不一样，教学中要注意表达清楚。

第24页的“说一说”中即要求学生学会用图象表示速度与时间的关系，又要求学生知道优秀运动员与没有受过训练的学生两人在百米赛时速度变化的不同点。这个栏目的目的是让学生体会到，解决实际问题要有比较宽的知识面做基础，只有课本上的知识是不行的。

25页“做一做”栏目的目的是把学科教学与信息技术结合起来。由于这项工作在我国刚刚开始，各地条件不同，所用器材的差别很大，所以这里只给出了原则性的指导，给出了思路。教师应该根据具体条件开展这方面的教学。

三、教法建议

1.电磁打点计时器与电火花计时器

    这两种计时器由于计时原理相同，所以在实际应用中不加区分，根据学校的实际条件，用哪一种都行。对这部分的教学要注意：

    （1）突出计时原理，不过分追求工作原理。

    （2）要充分向学生展示实物，以使学生掌握接入电源的方法和穿纸带的方法。

    （3）明确纸带上的点是如何反映时间和物体运动情况的。

（4）让学生知道电火花计时器必电磁打点计时器误差小的原因。

2.练习使用打点计时器

    练习使用打点计时器主要包括两个方面，一是打点计时器的安装，特别是纸带的安装；二是用纸带上的点研究物体的运动。由于是第一个学生实验，所以教学中要注意：

    （1）要让学生在教师的指导下按步骤有序操作，培养学生规范进行实验操作的习惯。

    （2）掌握由纸带上的点确定物体运动位移与运动时间的方法与原理。

（3）牵拉纸带一定要让学生亲自动手操作，然后与纸带上的点迹分布相对应，以感悟运动速度变化情况。

（4）要注意测量点与打点的区别，并学会灵活选定测量点。

3.用打点计时器测量瞬时速度

    用打点计时器打出的纸带计算平均速度绝大多数学生都能掌握，但用打点计时器测量瞬时速度多数学生可能会感到困惑。教学中要突出：

    （1）平均速度与瞬时速度主要是描述的精确程度不同。

    （2）这里采取的描述方法是：用包含该点在内的一小段位移上的平均速度代替该点的瞬时速度。

    （3）要求每个0.1s测一次速度，这主要是为了处理实验数据时计算方便，在实际教学中根据纸带上的点的分布情况灵活确定。

    （4）要严格按实际测出数据进行计算，不可主观臆造，培养学生严肃进行科学研究的学习品质。

4.用图象表示速度

    用图象表示速度，在这里主要是作为一种处理实验数据的方法，而不是作为一个重要知识点，这一点在实际教学中要充分注意。作为一种方法的教学，要按一定的思维程序进行：

    （1）建立坐标系，设定合适的刻度，注明单位。

    （2）严格按实验数据描点，根据点的分布定分析速度的变化特点。

    （3）描出的点是不连续的，之所以要用平滑曲线来“拟合”实验中描出的点，是因为各个时刻都有速度，速度随时间是连续变化的，而实验中又不可能把所有时刻的速度都测出来。

5.“说一说”与“做一做”

“说一说”中要求学生在知道优秀运动员与没有受过训练的学生两人在百米赛时速度变化的特点的基础上，学会用图象表示速度与时间的关系。教学中要让学生主动思考，充分讨论，将感性认识用理性的方法表达出来，突出对学生的能力培养。

“做一做”栏目中用的实验器材较先进，不同学校的条件差异很大，所以教学中教师应该根据具体条件开展这方面的教学，也可以师生进行互动参与。但不管采用深器材，要突出实验原理和研究思路。

关于“科学漫步”这部分内容，可以通过演示让学生明确：一是数字计时器的使用；二是气垫导轨能提高实验精度的原因；三是测速度的基本物理思想。

四、教学资源

J0201－1型数字计时器使用方法

(1)使用前的检查与调整：第一步，先不插入光电门，把功能转换开关K₁拨向S₁计时档，打开电源开关，数码管应跳字。第二步，把两个光电门分别插入输入插座“Ⅰ”、“Ⅱ”，数码管应停止跳字；如果仍不断跳字，表明光电门的发光管光线没照准接受管，或者光电门的四芯插头没插好，应仔细加以调整，直至数码管停止跳字为止。第三步，检查清零性能，按一下“复位”钮，数码管应全部清零；间隔2、3秒钟连续接通电源，数码管应能自动全部清零。

　　仪器接通电源后，要经五分钟预热，使时基脉冲达到稳定后，再开始使用。

　　(2)S₁档计时：K₁置“S₁”档，对任一光电门遮光，便开始计时，露光则停止计时。数码管显示的数字为遮光的时间值。

　　(3)S₂档计时：K₁置“S₂”档，对任一光电门第一次遮光即开始计时，第二次遮光则停止计时。数码管显示的数字为两次遮光间隔的时间值。

　　S₁和S₂档计时所得时间值的读数，为数码管显示的数字与所取的时基信号单位之积。假如显示的数字为153，时基信号为1毫秒时，读数为153毫秒；时基信号为10毫秒时，续数则为1.53秒。

　　(4)光控计数：K₁置“计数”，对任一光电门每遮光一次，数码管就累加一个字，显示出遮光的次数。

　　(5)数码管窗口玻璃丝有机玻璃，经摩擦会产生静电，以致感应数码管的亮段消失，要待一会才能恢复。因此，在使用过程中，禁忌用手或其它干燥物揩试窗口玻璃，以免造成数码管暂时不亮的现象。

5、速度变化的快慢——加速度

一、课程标准

1.理解加速度的物理意义，知道加速度是矢量。知道平均加速度和瞬时加速度。

2.通过对日常生活中有关加速度的实例的分析，进一步体会变化率的概念及表达方式。3.理解匀变速运动的意义，能用v~t图象表示匀变速直线运动，并能通过图象确定加速度。

二、教材分析

    本节以“思考与讨论”作为开始，以实际情景让学生领会加速度的意义和引入加速度必要性。所以教师在导入加速度的概念时，要注意落实“思考与讨论”，让学生充分发表意见，这样学生们才会感到有必要引入一个新的物理量，它不是表示速度的大小，而是与速度的变化有关。

本来比较速度变化的快慢也有两种方法：一种是比较相同时间内速度变化量的大小；另一种是比较发生相同的速度变化所需要的时间长短。但教材是将比较质点位置移动快慢的思想直接迁移过来，通过实例分析，使学生明白不同运动物体的速度变化快慢不同，表现在速度的变化与发生这个变化所用时间的比值不同，从而引入加速度的定义方法a=△v/△t。

加速度表示速度的变化快慢，包括速度增加的快慢和减小的快慢，不能误认为只要有加速度的运动速度就一定是增加的。广义地讲，加速度不仅可以描述速度大小的变化快慢，而且也可以描述速度方向变化的快慢，本节教材不研究速度方向变化的情景。

加速度的矢量性是一个难点，教材是以与速度方向相同或是相反来表述加速度的矢量性的。如果以初速度方向为正方向，那么加速度就有正负之分，加速度的正负表示加速度的方向，不表示加速度的大小。

匀变速直线运动的规律是下一章要研究的基本内容，关于匀变速运动的概念，教材是通过说明加速度有平均加速度与瞬时加速度之分引入的，并没展开讨论。

物理学的发展离不开数学，学好高中物理也离不开数学。本教材注意加强了数学在物理教学中的作用，把图象作为一种重要的研究方法，充分利用图象来表达速度变化的规律。

    30页下部的课文是要从速度－时间图象中看出物体的加速度。教材没有涉及“斜率”这个术语，但是要求学生知道，曲线的倾斜程度反映加速度的大小。学生要能从图象上量出△v和△t的值，然后根据定义计算加速度。

    31页“科学漫步”的目的是把物理课中学到的速度、加速度的概念拓展到物理课之外。自然现象甚至到社会现象中的许多道理都是相通的，学生要形成一种习惯，把学校中某课程中学到的道理迁移到其他领域。学过科学课程之后，学生看待世界视角应该与前不同，这就是新课标所要求的科学方法、科学态度、科学的价值观。31页“变化率”的安排也是出于三维课程目标的考虑。

    “问题与练习”第4题除了练习计算加速度外，还有助于理解平均速度与瞬时速度的关系。分别算出两个遮光板经过光电门时的平均速度，这就是过程始末的瞬时速度。没有必要推算两个遮光板的前沿经过光电门时的瞬时速度，要让学生理解 “追求无限精确”的思想是无意义的，这种思想是脱离实际的，应该改变。

三、教法建议

1.思考与讨论

    本部分要让学生充分发表意见，让他们感到引入一个新的物理量的必要性，这个新的物理量不是表示速度的大小，而是与速度的变化快慢有关。

    本部分的教学任务是通过实际需要提出问题，初步领会将要引入加速度的意义。在具体研究加速度的概念之前，必须让学生充分思考讨论，明确“速度大”、“速度变化大”和“速度变化快”的区别，这是学生顺利接受加速度的概念、准确理解加速度的意义的关键。

2.加速度

    加速度描述速度变化快慢的物理量。在进行教学设计时，可以迁移研究用速度描述质点位置移动快慢的思想方法，对加速度意义的教学可以这样考虑：

    （1）列举实例说明不同的运动物体，速度变化的快慢不同。实例至少要有两个，一个是速度小，速度变化小，但变化时间很短；二是速度大，速度变化也大，但变化时间很长。

    （2）让学生具体分析实际数据，认识速度变化快慢的不同体现在比值△v/△t的不同上，即比值△v/△t能够反应速度变化的快慢，从而引入加速度的定义。

    （3）对于加速度的单位，要让学生明确a的单位是由△v的单位和△t的单位共同组成的，能正确度的读出加速度的单位，并能说明如a=6m/s²的含义。

    （4）对加速度的方向，只要求学生初步理解，知道“在直线运动，如果速度增加，加速度的方向与速度的方向相同；如果速度减小，加速度的方向与速度的方向相反。”不要搞得复杂化，以免给学生造成思维混乱。

    （5）对匀变速运动，只要求学生知道是加速度不变的运动就可，更深层次的理解要到后续课程当中完成。

3.关于“说一说”

    安排这一栏目的目的有两个：一是感悟生活中表述加速度意义的术语；二是了解一些运动物体的加速度大小。教学中要让学生充分展开想象和讨论，以加深对加速度意义的理解。例如，为了表述交通车辆的加速性能，常有这样的术语：“提速很快”、“提速很慢”。再如“发射快”、“赶上去”、“快停车”等术语。

4.从v~t图象看加速度

    从v~t图象看加速度是以匀变速直线运动为实例的，关于匀变速直线运动的速度规律和速度时间—图象在下一章还要进行深入研究，在这里只作为一种研究问题的方法向学生介绍，也可以说是为下一章的更好学习做铺垫。教学中要突出如下几个方面：

    （1）速度时间—图象描述了物体运动的速度随时间变化的情况，同时也反映了加速度的变化情况。

    （2）由30页的“思考与讨论”问题切入，引发学生讨论，明确曲线的倾斜程度反映了加速度的大小，并让学生掌握根据图像确定加速度的方法。

5.关于“科学漫步”

“科学漫步”的目的是把物理课中学到的知识拓展到物理课之外。关于这部分的教学，重在培养学生联系社会那种意识，把在课程中学到的道理迁移到其他领域，以更科学地去观察世界、认识世界。

四、教学资源

    1.加速度与糖尿病患者

前不久，一名由昆明飞往武汉的旅客，刚下飞机就一头栽倒在候机楼大厅门口，昏了过去。由于患者系独自外出，身边没有同伴，病史无从询问，给诊断救护工作带来非常大的困难，在医护人员的努力下，终于明确诊断其为病死率十分高（40％～70％的死亡率）的“糖尿病高渗性昏迷”，经过抢救患者才脱离危险。这是怎么回事呢？

　　原来，该患者平常仅出现多饮多尿，并没发现自己患有糖尿病。在乘机前几天一直腹泻，在飞机上由于晕机发生剧烈呕吐，从而导致身体严重脱水。我们知道，在飞机起飞和降落以及气流导致的飞机颠簸时，人体会出现一定程度的重力和加速度作用的变化。实验证明，在加速度作用下，血糖浓度升高，糖原含量降低。动物试验证明，在高空气压降低缺氧时，糖的异生作用增强，血糖升高。患者在以上多因素的作用下，血糖较正常高出近5倍，从而出现高渗性昏迷，差点危及生命。

　　因此，糖尿病患者在选择航空旅行时一定要多加注意。

2.冲击性加速度或过载对全身作用的机制

冲击性加速度或过载对人体的影响与持续性加速度不同,它主要不是引起血液动力学改变,而是引起疼痛,短暂意识丧失和各种机械性损伤,如组织器官变形、撕裂及破坏等,严重时可致死亡。其影响的程度除了与冲击过载峰值、作用时间、过载速率3个基本参数有关外,还与过载作用的方向、人的体位、束缚状况等因素有关。

　　载人飞船在各个不同的飞行阶段中，加速度的变化很大。火箭起飞时，加速度很小，随着火箭不断上升，推进剂逐渐消耗，加速度就越来越大，在火箭熄火瞬间达到最大值。在飞船返回时，脱离轨道，再入大气层时，又将遇到巨大的峰值减速度。在加速度或减速度值超过一个重力加速度（g=9.8m/s²）时，因惯性力而受到很大的过载，人变重了，这种现象称为超重。60年代的载人飞船，在上升段的最大加速度是8g，返回舱的最大减速度约10g。超重对人体的影响与它的作用方向有关。在飞船上升时，主要影响是头部血压降低，下肢血压升高，视觉减退。返回舱进入大气层时，会导致航天员头部充血。