1.2 时间 位移、1.3 记录物体的运动信息 教案（粤教版必修1）
教学重点 时间和位移概念.
教学难点 帮助学生正确认识生活中的时间与时刻和理解位移.
教学方法 启发式、讨论式、归纳式.
教学用具 多媒体课件、电磁打点计时器、纸带.
课时安排 2课时.
三维目标
知识与技能
1.知道时间和时刻的区别和联系.
2.理解位移的概念，了解路程与位移的区别.
3.知道标量和矢量，知道位移是矢量，时间、时刻和路程是标量.
4.了解打点计时器的计时原理，理解纸带中包含的物体运动的信息（时间、位移）.
过程与方法
1.围绕问题进行充分的讨论与交流，联系实际(如运动场)引出时间、时刻、位移、路程等.要使学生学会将抽象问题形象化的处理方法.
2.在记录物体的时间与位移实验时，要培养学生实验能力和动手操作能力,并培养学生的科学态度.
情感态度与价值观
1.通过时间、位移的学习，要让学生了解生活与物理的关系，同时学会用科学的思维看待事实.
2.在学习过程中要让学生体会既要尊重科学，同时也要尊重社会的观点.
3.认识实验对物理学研究的作用.
4.从知识是相互关联、相互补充的思想中，培养同学们建立事物是相互联系的唯物主义观点.
教学过程
导入新课
学会归纳
师 请同学们阅读下列一段文字,然后用恰当的文字进行归纳.
多媒体课件展示：
空间和时间是物质存在的形式,不依赖于人们的意识而存在的客观实在，是永恒的.物质结构、运动状态和物理特性都在时间和空间之中显现.“所有存在的基本形式是空间和时间，离开时间的存在和离开空间的存在同样是最大荒唐.”空间是物质存在的广延性;时间是物质运动过程的持续性和顺序性.时间和空间与物质运动有着密切不可分割的内在联系.运动就是时间和空间的直接统一，没有脱离物质运动的时间和空间，也没有不在空间和时间中运动的物质.就宇宙而言，空间和时间是无限的，空间无边无际，时间无始无终，就每一个具体的个别事物而言，则它在空间上和时间上都是有限的.
生 就宇宙而言，空间和时间是无限的，空间无边无际，时间无始无终，就每一个具体的个别事物而言，则它在空间上和时间上都是有限的.
引言：宇宙万物都在时间和空间中存在和运动.我们每天按时上课、下课、用餐、休息.从幼儿园、小学、中学，经历一年又一年，我们在时间的长河里成长.对于时间这个名词，我们并不陌生，你能准确说出时间的含义吗？物体的任何机械运动都伴随着物体在空间中位置的改变，你们用什么来量度物体位置的改变呢？这就是我们今天要研究的课题——时间和位移.
推进新课
一、时间与时刻
讨论与交流
（播放1 500 m比赛的录像片断）
如图1-2-1所示,在标准的运动场上将要进行1 500 m赛跑，上午9时20分50秒，发令枪响，某运动员从跑道上最内圈的起跑点出发，绕运动场跑了3圈多，到达终点，成绩是4分38秒.请根据上面的信息讨论以下问题，并注意题中有关时间、时刻、路程、位置变化的准确含义.
图1-2-1
1.该运动员在哪几段跑道上做直线运动?在哪几段跑道上做曲线运动?
2.该运动员从起跑点到达终点所用的时间是多少?（4分38秒）起跑和到达的时刻分别是多少?（上午9时20分50秒、上午9时25分28秒）
3.该运动员跑过的路程是多少?（1 500 m）他的位置变化如何?（起跑点到终点的连线）
师 根据以上［讨论与交流］，能否说出时刻与时间的概念?
生 时刻：表示某瞬时.在时间坐标轴上用一点来表示时刻.时刻跟瞬时速度或运动物体所经的位置相对应.时间：时间间隔的简称.两个时刻的间隔表示一段时间.一段时间在时间坐标轴上用一线段表示.为了用具体数字说明时间，必须选择某一时刻作为计时起点，计时起点的选择是人为的.单位秒(s).常跟位移或平均速度相对应.
师 图1-2-2给出了时间轴，请你说出第3 s、前3 s、第3 s初、第3 s末、第n s的意义.
图1-2-2
生 如图1-2-3所示.
图1-2-3
课堂练习 以下表述指时刻的是( )，指时间的是( )
A.某运动员跑百米用时11.70 s
B.某学校上午第一节课8：15正式上课
C.1997年7月1日零时，中国开始对香港恢复行使主权
D.课间休息十分钟
答案:BC AD
以下提供几个课堂讨论与交流的例子，仅供参考.
讨论与交流
1.根据下列“列车时刻表”中的数据，列车从广州到长沙、郑州和北京西站分别需要多少时间？
T15
站名
T16
18：19
北京西
14：5
800：35
00：41
郑州
08：42
08：36
05：49
05：57
武昌
03：28
03：200
9：15
09：21
长沙
23：59
23：51
16：25
广州
16：52
参考答案:
6小时59分、15小时44分、22小时零6分.
2.我国在2003年10月成功地进行了首次载人航天飞行.10月15日09时0分，“神舟”五号飞船点火，经9小时40分50秒至15日18时40分50秒，我国宇航员杨利伟在太空中展示中国国旗和联合国国旗，再经11小时42分10秒至16日06时23分，飞船在内蒙古中部地区成功着陆.在上面给出的时间或时刻中，哪些指的是时间，哪些又指的是时刻？
参考答案:
这里的“10月15日09时0分”“15日18时40分50秒”和“16日06时23分”分别是指这次航天飞行点火、展示国旗和着陆的时刻；而“9小时40分50秒”和“11小时42分10秒”分别指的是从点火到展示国旗和从展示国旗到着陆所用的时间.
3.古时候，人们根据前人的经验和探究，创造过很多种计时仪器，北京故宫博物院保存的“日晷（也叫日规）”就是其中一种.它是在圆形的石板中间竖立一根铁针，石板四周刻着时辰标记.随着太阳的东升西落，针影方位就能指示出时间来，自伽利略发现单摆的等时性后，既准确又方便的钟表相继问世，到现在已有挂钟、台钟、自动手表及电子表等.然而，人们并不以“分秒不差”为满足.试想炮弹呼啸而过，1 s内飞行几百米；光穿过原子核的时间只有10－23 s，这样短的时间用手表计时显然是不行的.更糟糕的是，人们发现天体运动是不均匀的，彻底改革时间标准已迫在眉睫.随着人们对微观世界认识的不断深化，发现原子的振动有确定的周期，可利用它作为计时标准.1967年第13届国际权度会议，通过了铯原子钟系统的时间新标准：1 s等于铯原子振动9 192 631 770次所经历的时间，这种铯原子钟即使使用30万年，误差也不过1 s.目前科学家预言，用激光建立起来的时间标准其精确度还可以提高1万倍.请问上述材料中的“分秒不差”“10－23 s”“1967年第13届国际权度会议”“30万年”，表示的是时间还是时刻？
参考答案:
时间 时间 时刻 时间
二、路程和位移
引言：中国西部的塔克拉玛干沙漠，是我国最大的沙漠，在沙漠中，远眺不见边际，抬头不见飞鸟.沙漠中布满了100—200 m高的沙丘，像大海的巨浪，人们把它称为“死亡之海”.许多穿越这个沙漠的勇士常常迷路，甚至因此而丧生.归结他们的失败原因都是因为在沙漠中搞不清这样三个问题：我在哪里？我要去哪里？选哪条路线最佳？而这三个问题涉及三个描述物体运动的物理量：位置、位移、路程.
师 (投影中国地图)让学生思考：从北京到广州，观察地图，你有哪些不同的选择？这些选择有何相同或不同之处？
生 从北京到广州，可以乘汽车，也可以乘火车或飞机，还可以中途改变交通工具.选择的路线不同，运动轨迹不同，但就位置变动而言，都是从北京来到了广州.
师 根据上面的学习，你能给出位移及路程的定义吗？
生 位移是从物体运动的起点指向运动终点的有向线段.位移是表示物体位置变化的物理量.位移是既有大小又有方向的物理量,是矢量.国际单位为米(m).
路程是质点实际运动轨迹的长度，是标量.
以下提供几个课堂讨论与交流的例子，仅供参考.
讨论与思考1
1.（用课件展示中国地图）在地图上查找上海到乌鲁木齐的铁路.请根据地图中的比例尺，估算一下，坐火车从上海到乌鲁木齐的位移和经过的路程分别是多少？
2.阅读下面的对话：
甲：请问到市图书馆怎么走？
乙：从你所在的市中心向南走400 m到一个十字路口，再向东走300 m就到了.
甲：谢谢！
乙：不用客气.
请在图1-2-4上把甲要经过的路程和位移表示出来.
图1-2-4
师 请你归纳一下：位移和路程有什么不同？
生1 位移是矢量，有向线段的长度表示其大小，有向线段的方向表示位移的方向.
生2 质点的位移与运动路径无关，只与初位置、末位置有关.
生3 位移与路程不同，路程是质点运动轨迹的长度，路程只有大小没有方向，是标量.
讨论与思考2
一位同学从操场中心A出发，向北走了40 m，到达C点，然后又向东走了30 m，到达B点.用有向线段表示他第一次、第二次的位移和两次行走的合位移（即代表他的位置变化的最后结果的位移）.三个位移的大小各是多少？你能通过这个实例总结出矢量相加的法则吗？
解析:画图如图1-2-5所示.矢量相加的法则是平行四边形法则.
图1-2-5
讨论与思考3
气球升到离地面80 m高空时，从气球上掉下一物体，物体又上升了10 m高后才开始下落，规定向上方向为正方向.讨论并回答下列问题，体会矢量的表示方向.
(1)物体从离开气球开始到落到地面时的位移大小是多少米？方向如何？
(2)表示物体的位移有几种方式？其他矢量是否都能这样表示？注意体会“＋、－”号在表示方向上的作用.
解析:（1）－80 m，方向竖直向下 （2）到现在有三种：语言表述法，如“位移的大小为 80 m，方向竖直向下”；矢量图法；“＋、－”号法，如“规定竖直向上为正方向，则物体的位移为－80 m”.
三、记录物体运动的时间与位移
师 下面我们来学习一种能记录时间和位移信息的实验仪器.
电磁打点计时器
电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器,如图1-2-6所示,工作电压为4 V—6 V.当电源的频率是50 Hz时，它每隔0.02 s打一次点.通电以前，把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面.当接通电源时，线圈产生的交变磁场使振动片(由弹簧钢制成)磁化，振动片的一端位于永久磁铁的磁场中.由于振动片的磁极随着电流方向的改变而不断变化，在永久磁铁的磁场作用下，振动片将上下振动，其振动周期与线圈中的电流变化周期一致，即为0.02 s.位于振片一端的振针就跟着上下振动起来,如图1-2-7所示.这时，如果纸带运动，振针就在纸带上打出一列小点.
图1-2-6 图1-2-7
电火花打点计时器
电火花打点计时器的外形如图1-2-8所示，它可以代替电磁打点计时器使用，也可以与简易电火花描迹仪配套使用.
图1-2-8
使用时电源插头直接插在交流220 V插座内，将裁成圆片(直径约38 mm)的墨粉纸盘的中心孔套在纸盘轴上，将剪切整齐的两条普通有光白纸带(20 mm×700 mm)从弹性卡和纸盘轴之间的限位槽中穿过，并且要让墨粉纸盘夹在两条纸带之间.这样当两条纸带运动时，也能带动墨粉纸盘运动，当按下脉冲输出开关时，放电火花不至于始终在墨粉纸盘的同一位置而影响到点迹的清晰度.也可以用上述尺寸的白纸带和墨粉纸带(位于下面)做实验，例如在简易电火花描迹仪的导轨上就是这样放置的.还可以用两条白纸带夹着一条墨粉纸带做实验,用电火花打点计时器做测量自由落体的加速度实验就是这样做的.墨粉纸可以使用比较长的时间，一条白纸带也可以使用4次，应注意降低实验成本.
电火花打点计时器使用中运动阻力极小(这种极小阻力来自于纸带运动的本身，而不是打点产生的)，因而系统误差小，记时精度与交流电源频率的稳定程度一致(脉冲周期不大于50 μs，这一方面也远优于电磁打点计时器)，同时它的操作简易，学生使用安全可靠(脉冲放电电流平均值不大于5 μA).
师 打点计时器能记录哪些信息?
生 时间和位移.
下面的时间交给学生自主探究.
课堂讨论
多媒体课件展示：
当伽利略在比萨大学念书时，他发现了他的第一个科学定律.在一个星期天礼拜仪式的时候，偶然间从摆动的吊灯中，发现摆动物体的科学.16世纪以前，人们尚未发明时钟，科学家对于短时间的测量都感到十分头痛.在没有任何测时器的环境下，伽利略就利用自己的脉搏跳动作为测时工具.他发现无论摆动距离的长短为多少，吊灯完成一次摆动所需的时间是一样的.他得出结论﹕吊灯从一端摆动到另一端，每次摆动来回所花的时间是相同的；即使因风吹而令摆动幅度大小改变，但结果仍是不变.
回到他在学校的住所后，他开始以家中的吊灯做实验.在吊灯上以不同长度的线悬挂重物，再以他唯一的测时器——他的脉搏跳动，测量摆动的时间.虽然这样的方法并不精确，但可以肯定的是，他最初的想法是正确的.伽利略因此发现了摆的等时性，并公布了它的原理：无论钟摆的幅度如何，完成一次摆动的时间皆同.
单摆的等时性是奇特而引人入胜的物理现象之一,曾被一些人广泛演绎.有一则流传久远的演绎故事，说青年时的伽利略是在教堂里用自己的脉搏验证了单摆的等时性的，这则故事称颂了伽利略善用身边事物于科学研究.你对这则故事有怀疑吗?请说出你的理由.
参考：（1）一个人难以一心二用，既测吊灯周期又数脉搏.（2）重而短的室内吊灯不会轻易摆动起来.（3）被认定当年的原始吊灯的制造年份晚于伽利略对这一问题的发现.（4）单摆的等时性完全不必附加计时的仪器.方法：做两个摆长尽量相同的甲乙两个摆，让甲摆摆幅大一些，乙摆摆幅小一些，并令其同时开摆，若它们摆动同步即可得证.
实验探究
给你一块表，一枝彩色画笔，一条宽约5 mm的长纸带，请你设计一台“打点计时器”.问：你用彩色画笔点出的两个相邻的点表示多长的时间?纸带上两个点之间的距离跟牵动纸带的快慢有什么关系?牵动纸带的快慢不均匀，对相邻两点所表示的时间有影响吗?
（可以分小组让学生亲自操作一下）
课堂小结
时间和时刻这两个概念是同学们很容易混淆的，同学们要掌握时间坐标轴.位移和路程是两个不同的物理量，位移是用来表示质点变动的，它的大小等于运动物体初、末位置间的距离，它的方向是从初位置指向末位置，而路程是物体实际运动路径的长度，是标量.只有物体做单向直线运动时，其位移大小才和路程相等，除此以外，物体的位移大小总是小于路程.
布置作业
课后练习.
板书设计
第二节 时间 位移
第三节 记录物体的运动信息
时间
在时间坐标轴上对应于一段
时刻
在时间坐标轴上对应于一点
位移
描述物体位置的改变，是矢量，与运动路径无关，只由初、末位置决定
路程
是质点运动轨迹的长度，是标量，取决于物体运动路径
仪器
打点计时器记录时间和位移信
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