本文由公眾號哈一中物理臨汾辦公室友情提供，并略有編輯。 原作者為哈爾濱市第一中學(xué)物理教師林琪。
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林琪，哈爾濱市第一中學(xué)物理教研組組長，市級骨干教師，市教育研究院兼職教研員，市級優(yōu)秀教師，市級優(yōu)秀共產(chǎn)黨員，優(yōu)秀班主任，市級優(yōu)秀班主任。哈爾濱一中首批最美老師、國家在線精品課程評審員。 出版教材多部，多篇省級論文獲國家級獎勵打點計時器的工作原理，多項省市級教育科研項目，獲得多項國家實用新型和外觀專利。
一、全章概述
本章主要運用圖像和公式的方法從運動學(xué)的角度尋找勻變速直線運動的規(guī)律來解決實際問題。 研究變速運動，應(yīng)該從最簡單的變速運動開始。 勻變速直線運動是一種最簡單的變速運動。 上一章學(xué)習(xí)的參考系和坐標(biāo)系為確定勻速直線運動的位置和位移奠定了基礎(chǔ)。 在上一章中，我們學(xué)習(xí)了時間、位移、速度和加速度的概念。 本章研究的是勻變直線運動這些物理量之間的定量關(guān)系； 在上一章中，我們學(xué)習(xí)了使用點計時器來測量速度。 本章研究的勻變速直線運動的特性是通過用點定時器測量物體速度的實驗來實現(xiàn)的。 前一章的學(xué)習(xí)為本章奠定了全面的基礎(chǔ)，本章是前一章概念和方法的具體應(yīng)用。
本章的內(nèi)容對于整個高中力學(xué)具有基礎(chǔ)性的作用。 這是因為，作為最簡單的變速運動，勻變速直線運動的學(xué)習(xí)為理解其他更復(fù)雜的運動創(chuàng)造了條件：只有理解了勻變速直線運動的規(guī)律，才能進(jìn)一步學(xué)習(xí)平面運動的規(guī)律。投擲運動； 理解勻變速直線運動加速度的特性，有利于進(jìn)一步理解勻速圓周運動和簡諧振動的加速度特性； 掌握了勻速直線運動的位移與速度的關(guān)系，通過牛頓第二定律，我們可以進(jìn)一步推導(dǎo)出動能定理的關(guān)系。
本章共有4篇課文，其知識線索可分為兩部分： 第一部分是勻變直線運動及其規(guī)律的探索和學(xué)習(xí)（第1、2、3節(jié)），包括速度勻變速直線運動與時間、位移與時間、速度與位移的關(guān)系及相關(guān)基本方法； 第二部分是勻變直線運動應(yīng)用的具體案例（第4節(jié)），包括自由落體運動及其加速度、定律，以及伽利略對此的杰出工作研究。
編者在編寫本章教材時，注重通過整體設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生的核心能力。
(1)物理概念。 本章物理概念的培養(yǎng)主要體現(xiàn)運動和相互作用概念中的運動部分，使學(xué)生形成運動有多種形式并有相應(yīng)規(guī)律的概念，并用其解決實際問題。 機(jī)械運動有多種形式，如直線運動、曲線運動、勻速運動、變速運動等。最簡單的變速運動是具有一定加速度的勻變速直線運動。 它有自己的法律。 其速度與時間的關(guān)系如圖所示。 它可以直觀地呈現(xiàn)打點計時器的工作原理，也可以用公式簡潔地表達(dá)。 此外，還可以得到勻速直線運動的位移與時間、速度與位移的關(guān)系。 汽車在重物牽引下的運動和自由落體運動都是勻速變化。 直線運動的例子，生活中的汽車、火車的運動，航空航天中的飛機(jī)、飛船、探測器的運動等，都可以近似為勻變直線運動。 這些問題可以通過使用本章學(xué)到的規(guī)則來解決。 為加強(qiáng)對物質(zhì)概念和運動概念的學(xué)習(xí)，教材在本章末尾特意增加了如下小標(biāo)題：“世界是物質(zhì)的，物質(zhì)的運動有多種形式，如機(jī)械運動、熱運動、電磁運動等。這些不同的“運動形式有不同的運動規(guī)律，我們將一一學(xué)習(xí)”，讓學(xué)生從物理概念的角度理解所學(xué)的概念規(guī)律。
（二）科學(xué)思維本章主要強(qiáng)調(diào)抽象、一般思維和科學(xué)推理的學(xué)習(xí)。 教材在推導(dǎo)勻變速直線運動的位移與時間的定量關(guān)系的過程中，將整個過程分成勻速運動的小段，然后進(jìn)行總結(jié)。 摘要分析、總結(jié)微元求和（微積分）方法，這是物理學(xué)中處理變化問題常用的方法。 教材詳細(xì)介紹了伽利略在自由落體運動研究中如何運用邏輯推理指出問題、形成猜想，并在實驗中加以驗證。 在得出結(jié)論的過程中進(jìn)行合理的推斷，并在第49頁提供旁注，幫助學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)推理在物理研究中的重要作用。
（3）在科學(xué)探究章節(jié)開頭的學(xué)生小組實驗“探索汽車速度隨時間變化的規(guī)律”中，教材以一系列問題的形式逐步引導(dǎo)學(xué)生思考實驗設(shè)計、物理量和設(shè)備的選擇以及如何選擇實驗數(shù)據(jù)。 處理方法、如何看待數(shù)據(jù)模式等，從而訓(xùn)練他們設(shè)計實驗計劃和處理實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論。
（四）科學(xué)的態(tài)度和責(zé)任。 本章重點引導(dǎo)學(xué)生主動思考問題，使他們能夠主動參與到小車在重物作用下的運動模式的研究中。 要求真實記錄實驗數(shù)據(jù)。 教科書重點研究常見運動，例如物體的行蹤。 歷史的呈現(xiàn)不僅讓學(xué)生了解科學(xué)研究的思想和方法，也讓他們了解前人的科學(xué)精神，激發(fā)他們探索自然的內(nèi)在動力。
由于修訂后的課程標(biāo)準(zhǔn)中的公共必修部分比修訂前增加了很多內(nèi)容，編者對原教材的內(nèi)容進(jìn)行了重新整合，將本章節(jié)由原教材中的6節(jié)改為現(xiàn)在的4節(jié)，并對部分內(nèi)容進(jìn)行了一定的壓縮。 以及差異化的柔性加工。 比如，將用極限思維尋找位移的原文部分放在“延伸學(xué)習(xí)”欄目，供有學(xué)習(xí)空間的同學(xué)使用； 原教材《勻變速直線運動的速度與單獨一節(jié)《位移之間的關(guān)系》的內(nèi)容僅在《勻速直線運動的位移與時間的關(guān)系》一節(jié)中作為推導(dǎo)公式使用。希望教師可以根據(jù)學(xué)生的實際情況對一些內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)處理。
課程安排建議
第一節(jié) 實驗：探究汽車速度隨時間變化的規(guī)律 2課
第二節(jié) 勻變速直線運動速度與時間的關(guān)系 第2課
第三節(jié) 勻速直線運動的位移與時間的關(guān)系 2課
第 4 節(jié) 自由落體運動 2 課
2. 具體說明
（1）第1節(jié)讓學(xué)生通過實驗親身探索勻變速直線運動的規(guī)律。 本章一開始并沒有定義勻變直線運動。 相反，它首先要求學(xué)生在第 1 部分中進(jìn)行這樣的實驗并畫出速度。 - 時間圖像，初步分析汽車速度的變化規(guī)律，既不需要汽車運動的加速度，也不需要建立勻變速直線運動的概念。 然后，第 2 節(jié)根據(jù)實驗圖像的分析解釋了這種運動的本質(zhì)。 特點，然后界定這類動作，可以避免過于學(xué)術(shù)化的定義，讓學(xué)生先有具體探究的感性基礎(chǔ)，有利于學(xué)生接受，容易從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識。
實驗中需要通過測量紙帶上的計數(shù)點來計算瞬時速度。 這一點在上一章中已經(jīng)作為重點進(jìn)行了實踐。 這里直接作為技能來使用。 本次實驗的重點是“數(shù)據(jù)分析”部分，需要具備運用物理學(xué)的能力。 使用圖像來描述實驗數(shù)據(jù)并得出結(jié)論。 利用圖像分析物理問題是高中物理中重要的數(shù)學(xué)方法之一。 該實驗首次允許學(xué)生根據(jù)實驗數(shù)據(jù)擬合曲線。 因此，在“數(shù)據(jù)分析”部分，首先引導(dǎo)學(xué)生在僅通過分析表格數(shù)據(jù)無法得出結(jié)論時考慮使用速度-時間圖來進(jìn)行學(xué)習(xí)。 并且在旁注中，解釋了如何讓曲線更加符合規(guī)律。 《Do It》以WPS電子表格軟件為例，詳細(xì)介紹如何使用計算機(jī)繪制速度時間圖像。
（2）在第二節(jié)中，我們并不是簡單地通過變形從加速度公式a=△v/△t推導(dǎo)出勻速直線運動的速度公式。 相反，我們通過分析上一節(jié)實驗獲得的圖像逐漸發(fā)現(xiàn)了規(guī)律。 教材引導(dǎo)學(xué)生討論：小車運動的速度-時間圖是一條傾斜的直線。 它代表什么運動？ 根據(jù)學(xué)生在數(shù)學(xué)課上對線性函數(shù)的理解，結(jié)合加速度a=△v/△t的定義可以得出，這是一種加速度不隨時間變化的勻變直線運動。
如果想用公式來描述，可以選擇時間0（運動開始時間），將時間間隔Δt和速度變化量Δ的表達(dá)式代入加速度的定義，得到a=(v -v0)/(t-to )，該式中，v0和a不隨時間變化。 不同的時刻t會對應(yīng)不同的瞬時速度v。因此，可以得到v與t的關(guān)系，v=v0+at。 在此基礎(chǔ)上，教材進(jìn)一步讓學(xué)生根據(jù)每一項的含義來理解關(guān)系式：勻變速直線運動的加速度a在數(shù)值上等于單位時間內(nèi)速度的變化量，所以at是速度的變化量。在t時刻，加上運動開始的時間，speed的值就是t時刻的瞬時速度，
教材討論了勻變速直線運動的速度與時間的關(guān)系，重點關(guān)注知識的獲取過程，讓學(xué)生經(jīng)歷實驗研究獲取數(shù)據(jù)→制作圖像→分析圖像→尋找規(guī)律→理解規(guī)律的過程。模式。 研究過程并不是簡單問題上的簡化，這對于剛進(jìn)入高中的學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)的思維習(xí)慣和良好的研究態(tài)度具有重要意義。
(3)第三節(jié)類比勻速直線運動的vt圖像，介紹了通過-t圖像求勻速直線運動位移的方法。 雖然這是從勻速直線運動的特殊例子類比得出的，但這種方法是通用的，在物理學(xué)中常用。 例如，用同樣的方法來解決變力做功的問題。
歷史上，將物體的位移與其在vt圖像下的“面積”聯(lián)系起來在伽利略和笛卡爾時代就已經(jīng)被提上科學(xué)議程，但真正解決這個問題的是牛頓和萊布尼茨。 微積分發(fā)明后，如果說上一節(jié)得到了勻變速直線運動的速度公式，課本著重于獲取知識的過程，處理的是一個“簡單”的問題，那么這節(jié)中則是一個物理以簡單化的方式呈現(xiàn)學(xué)生發(fā)展中極其深刻、有效的思維方法，有利于防止教學(xué)中知識點的“吞咽”和“應(yīng)用”，而忽視了科學(xué)思維方法的培養(yǎng)。
（4）第四節(jié)“自由落體運動”一開始就提出了伽利略對亞里士多德落體理論的懷疑，并在《科學(xué)漫步》中詳細(xì)介紹了伽利略研究自由落體運動的方法。 教材在介紹自由落體運動定律等物理學(xué)基礎(chǔ)知識的同時，還恰當(dāng)?shù)亍⒂羞x擇性地介紹了這項重要研究的歷史進(jìn)程，解釋了背景、如何提出問題、遇到了哪些困難、如何實現(xiàn)的。突破、經(jīng)歷過哪些曲折和爭議等，讓學(xué)生了解前人大師的科學(xué)精神、物理思想、研究方法，取其精髓，學(xué)習(xí)借鑒。 教材還通過“STS”欄目講述“來自伽利略的科學(xué)與社會”問題，讓學(xué)生了解科學(xué)與社會。 社會關(guān)系，從充滿哲理的科學(xué)故事中吸收各方面的科學(xué)信息。
教科書還重點介紹如何使用手頭的常用工具進(jìn)行物理實驗。 在“Do It”中，學(xué)生被要求使用手機(jī)測量自由落體的加速度。 練習(xí)中介紹了“頻閃攝影”的方法。 這考慮到了學(xué)校使用的一些儀器。 大多數(shù)是生產(chǎn)部門專門為學(xué)校開發(fā)的，比如打點定時器，在生活中往往用不到。 頻閃攝影的原理與點定時器相同，但它比點定時器更常用。 常用的頻閃攝影方法中所使用的頻閃儀對于學(xué)生來說并不容易獲得，但是你可以用手機(jī)制作“頻閃照片”，這為學(xué)生研究運動學(xué)相關(guān)課題提供了一個很好的工具。 應(yīng)鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生利用這些常用工具進(jìn)行物理實驗研究，提高解決實際問題的能力，強(qiáng)化聯(lián)系實際的意識。