5.1.1变化率问题教学设计
5.1.1变化率问题课件-高二上学期数学人教A版选择性必修第二册
4.8
.
计算运动员在 0 t 48 这段时间里的平均速度，发现了什么？ 49
用平均速度描述运动员的运动状态有什么问题吗？
运动员在 0 t 48 这段时间里的平均速度为 0. 显然，在这段时间内， 49
运动员并不处于静止状态. 因此，用平均速度不能准确反映运动员在这 一时间段里的运动状态.
1.瞬时速度的概念：
1.999999
x 0
x
k Δx 2
0.01
2.01
0.001
2.001
0.0001
2.0001
0.00001
2.00001
0.000001
2.000001
……
……
当 x 无限趋近于 0 时，即无论 x 从小于 1 的一边，还是从大于 1 的一边
无限趋近于 1 时，割线 P0 P 的斜率 k 都无限趋近于 2.
给出 t 更多的值，利用计算工具计算对应的平均速度 v 的值. 当 t 无限趋近于 0 时，
即无论 t 从小于 1 的一边，还是从大于 1 的一边无限趋近于 1 时，平均速度 v 都无限
趋近于 5 .
由
v
h(1 Δt) h(1) (1 Δt) 1
4.9Δt
5
发现，当
t
无限趋近于
0
时，
4.9Δt
也无限趋近于
0，
所以 v 无限趋近于 5 ，这与前面得到的结论一致.
数学中，我们把
5
叫做“当
t
无限趋近于
0
时，
v
h(1
Δt) Δt
h(1)
的极限”，记为
h(1 Δt) h(1)
lim
5 .
课件1：5.1.1 变化率问题
∴ΔΔyx＝－ΔΔxx＋＋242，
∴k＝ lim Δx→0
ΔΔyx＝Δlixm→0
－ΔxΔ＋x－242＝－44＝－1.
又 x＝2 时 y＝242＝1，
∴切线方程为 y－1＝－1×(x－2)，即 x＋y－3＝0.
【课堂小结】
1．函数 y＝f (x)在 x＝x0 处的切线斜率反映了函数在该点处的
瞬时变化率，它揭示了事物在某时刻的变化情况．即：
【学以致用】
1．一物体的运动方程是 s＝3＋2t，则在[2，2.1]这段时间
内的平均速度是( )
A．0.4
B．2
C．0.3
D．0.2
B [ v ＝s22.1.1－－s22＝4.02－.1 4＝2.]
2．物体自由落体的运动方程为 s(t)＝12gt2，g＝9.8 m/s2，若 v
＝lim Δt→0
率及瞬时速度的概念．(易混点) 及数学运算的核心素养.
1．平均变化率
【新知初探】
对于函数 y＝f (x)，从 x1 到 x2 的平均变化率：
(1)自变量的改变量：Δx＝__x_2－__x_1_. (2)函数值的改变量：Δy＝__f_(_x_2_)－__f_(_x_1)__．
(3)平均变化率ΔΔyx＝
【例 2】 某物体的运动路程 s(单位：m)与时间 t(单位：s)的关
系可用函数 s(t)＝t2＋t＋1 表示，求物体在 t＝1 s 时的瞬时速度．
[解] ∵ΔΔst＝s1＋ΔΔtt－s1
＝1＋Δt2＋1＋ΔΔtt＋1－12＋1＋1＝3＋Δt，
∴lim Δt→0
ΔΔst ＝Δlitm→0
(3＋Δt)＝3.
5.1.1 变化率问题
学习目标
核心素养
5.1.1变化率问题
合作探究
曲线割线的斜率
记∆ = − ，则点P的坐标是( + ∆, + ∆ ).
则割线 的斜率
−
+∆ −
=
=
−
+ ∆ −
= ∆ +
合作探究
切线的斜率
−
+ ∆ −
=
=
= ∆ +
=
∆
∆
+ ∆ + − +
=
∆
= + ∆
课堂练习
3 某河流在一段时间 x min内流过的水量为y ，y是x的函数， = =
问：当x从1变到8时，y关于x的平均变化率是多少？它代表什么实际意义？
解：
当 x 从 1 变到 8 时，y 关于 x 的平均变化率是
因此，用平均速度不能准确反映运动员在这一时间段里的运动状态.
为了精确刻画运动员的运动状态，需要引入瞬时速度的概念.
我们把物体在某一时刻的速度称为瞬时速度.
新知讲解
探究
瞬时速度与平均速度有什么关系？
求运动员在 t=1 s 时的瞬时速度？
不断缩短时间间隔，得到如下表格.
设 在 时刻附近某一时间段内
5.1.1 变化率问题
人教A版（2019）
选择性必修第二册
新知导入
在必修第一册中，我们研究了函数的单调性，并利用函数单调
性等知识定性地研究了一次函数、指数函数、对数函数增长速度的
差异，知道“对数增长”是越来越慢，“指数爆炸”比“直线上升”
快得多.
进一步地，能否精确定量地刻画变化速度的快慢呢？下面我们
【教案】变化率问题(第2课时)教学设计高二下学期数学人教A版(2019)选择性必修第二册
第五章一元函数的导数及其应用《5.1.1变化率问题》教学设计第2课时◆教学目标1．通过求曲线上某点处切线斜率的过程，体会求切线斜率的一般方法.2. 理解函数的平均变化率，瞬时变化率的概念．◆教学重难点◆教学重点：理解曲线上某点处切线斜率的概念及算法教学难点：理解函数的平均变化率，瞬时变化率的概念◆课前准备PPT课件．◆教学过程【新课导入】问题1：阅读课本第62~64页，回答下列问题：（1）本节将要探究哪类问题？（2）本节探究的起点是什么？目标是什么？师生活动：学生带着问题阅读课本，并在本节课中回答相应问题．（1）本节课主要学习变化率问题：曲线上某点处切线斜率的问题．（2）总结归纳出一般函数的平均变化率概念和瞬时变化率的概念，在此基础上，要求学生掌握函数平均变化率和瞬时变化率解法的一般步骤．平均变化率是个核心概念，它在整个高中数学中占有及其重要的地位，是研究瞬时变化率及其导数概念的基础．在这个过程中，注意特殊到一般、数形结合等数学思想方法的渗透．一般曲线的切线的概念与学生熟悉的圆的切线的定义方式不同，学生不易理解，因此曲线的切线概念是本节的教学难点．通过本节的学习，学生的数学抽象和直观想象素养将得以提升．设计意图：通过阅读读本，让学生明晰本阶段的学习目标，初步搭建学习内容的框架．问题2：什么叫直线与圆相切？师生活动：学生回顾并回答．预设的答案：如果一条直线与一个圆只有一个公共点，那么这条直线与这个圆相切．对于一般的曲线C，如何定义它的切线呢？设计意图：通过复习直线与圆相切，引出问题，进入新课．【探究新知】知识点1：曲线在某点处的切线 我们以抛物线f （x ）=x 2为例进行研究．问题3：如何定义抛物线2()f x x =在点0(11)P ，处的切线？ 师生活动：学生思考，尝试回答，教师讲解．与研究瞬时速度类似，为了研究抛物线2()f x x =在点0(11)P ，处的切线，我们通常在点0(11)P ，的附近任取一点2()P x x ，，考察抛物线2()f x x =的割线0P P 的变化情况.如图，当点P 无限趋近于点0P 时，割线0P P 无限趋近于一个确定的位置，这个确定位置的直线0PT 称为抛物线2()f x x =在点0(11)P ，处的切线. 知识点2：曲线在某点处的切线斜率抛物线2()f x x =在点0(11)P ，处的切线0PT 的斜率与割线0P P 的斜率有内在联系.记1x x ∆=-，则点P 的坐标是2(1Δ(1Δ))x x ++，.于是，割线0P P 的斜率2()(1)(1Δ)1Δ21(1Δ)1f x f x k x x x -+-===+-+-.我们可以用割线0P P 的斜率k 近似地表示切线0PT 的斜率0k ，并且可以通过不断缩短横坐标间隔||x ∆来提高近似表示的精确度，得到如下表格.0x ∆< 0x ∆>x ∆ Δ2k x =+ x ∆ Δ2k x =+ 0.01-1.990.012.010.001-1.9990.0012.0010.0001- 1.9999 0.0001 2.0001 0.00001- 1.99999 0.00001 2.00001 0.000001-1.9999990.0000012.000001…… ……当x ∆1时，割线0P P 的斜率k 都无限趋近于2.事实上，由(1Δ)(1)Δ2Δf x f k x x+-==+可以直接看出，当x ∆无限趋近于0时，Δ2x +无限趋近于2.我们把2叫做“当x ∆无限趋近于0时，(1Δ)(1)Δf x f k x +-=的极限”，记为Δ0(1Δ)(1)lim 2Δx f x f x→+-=.从几何图形上看，当横坐标间隔||x ∆无限变小时，点P 无限趋近于点0P ，于是割线0P P 无限趋近于点0P 处的切线0PT .这时，割线0P P 的斜率k 无限趋近于点0P 处的切线0PT 的斜率0k .因此，切线0PT 的斜率02k =.【巩固练习】例1 已知函数1y x x=-，求该函数在点x ＝1处的切线斜率． 师生活动：学生分组讨论，每组派一代表回答，教师完善． 预设的答案：∵11(1)(1)11y x x ∆=+∆---+∆111x x =+∆-+∆1xx x ∆=∆++∆111y x x ∆=+∆+∆，∴斜率k ＝001lim lim(1)1121x x y x x∆→∆→∆=+=+=∆+∆．设计意图：通过求曲线上某点处切线斜率的问题，加深学生对曲线在某点处的切线和切线斜率的理解，发展学生逻辑推理，直观想象、数学抽象和数学运算的核心素养． 方法总结：求曲线y =f （x ）在点（x 0，f （x 0））处的切线斜率 (1)计算00()()f x x f x y x x+∆-∆=∆∆， （2）计算0limx yx∆→∆∆，该值即为曲线y =f （x ）在点（x 0，f （x 0））处的切线斜率．例2已知函数f (x )＝3x 2＋5，曲线y =f （x ）在点（（x 0，f （x 0））处的切线方程． 师生活动：学生分组讨论，每组派一代表回答，教师完善． 预设的答案：因为f (x )＝3x 2＋5，所以Δy = f (x 0＋Δx )－f (x 0)＝3(x 0＋Δx )2＋5－(3x 02＋5) =3 x 02＋6 x 0Δx ＋3(Δx )2＋5－3 x 02－5＝6 x 0Δx ＋3(Δx )2. 所以063yx x x∆=+∆∆， 所以0000limlim(6)6x x yx x x x ∆→∆→∆=+∆=∆，所以曲线y =f （x ）在点（x 0，f （x 0））处的切线斜率为6 x 0，所以曲线y =f （x ）在点（x 0，f （x 0））处的切线方程为000()6()y f x x x x -=-， 即200635y x x x =-+． 方法总结：求曲线y =f （x ）在点（x 0，f （x 0））处的切线方程(1)计算00()()f x x f x y x x+∆-∆=∆∆， （2）计算0limx y x ∆→∆∆，即曲线y =f （x ）在点（x 0，f （x 0））处的切线斜率为0lim x yk x∆→∆=∆．（3）写出切线方程00()()y f x k x x -=-．设计意图：通过求曲线上某点处切线的方程问题，进一步加深学生对曲线在某点处的切线的理解，发展学生逻辑推理，直观想象、数学抽象和数学运算的核心素养． 练习：教科书P 64 练习1、2设计意图：通过练习巩固本节所学知识，通过学生解决问题，发展学生的数学运算、逻辑推理、直观想象、数学建模的核心素养．【课堂总结】1．板书设计：5.1.1变化率问题新知探究巩固练习 知识点1：曲线在某点处的切线 例1 知识点2：曲线在某点处的切线斜率例22．总结概括：（1）什么叫曲线在某点处的切线； （2）如何求曲线在某点处的切线斜率． 师生活动：学生总结，老师适当补充．设计意图：通过总结，让学生进一步巩固本节所学内容，提高概括能力． 3．课堂作业：教科书P 70 习题5.1 2、4、7【目标检测设计】1.在曲线2y x =上取一点(1)1，及附近一点()11x y +∆+∆，，则曲线在点(1)1，处的切线的斜率为( ) A.12x x∆++∆ B.2 C .2x ∆+ D.12x x+∆-∆ 设计意图：让学生进一步理解曲线在某点处的切线及切线斜率的求解. 2.已知曲线11y x =-上两点112222A B x y ⎛⎫⎛⎫-+∆-+∆ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭，，，，当1x ∆=时，割线AB 的斜率为_______. 3．求曲线24y x =在x ＝2处的切线的方程． 设计意图：让学生进一步理解曲线在某点处的切线方程的求法.参考答案：1. B 设2()f x x =，则2000(1)(1)(1)1limlim lim(2)2x x x f x f x x x x∆→∆→∆→+∆-+∆-==∆+=∆∆.故选B.2.16-设1()1f x x =-，则1111(2)(2)1122222(2)x f x f x x x -∆⎛⎫⎛⎫+∆-=---=-= ⎪ ⎪+∆+∆+∆⎝⎭⎝⎭， 则(2)(2)12(2)2(2)xf x f x xx x ∆-+∆--+∆==∆∆+∆， 当1x ∆=时，割线AB 的斜率112(21)6k -==-⨯+.3．解：∵2222()4(2)2(24)4x xy x x -∆-∆∆=-=+∆+∆，24(2)y x x x ∆-∆-=∆+∆ ∴20044limlim 1(2)4x x y x x x ∆→∆→∆-∆--===-∆+∆，∴曲线24y x=在x ＝2处的切线的斜率为-1， ∴曲线24y x=在x ＝2处的切线的方程为y -1=-1（x -2），即y =-x +3．。
人教版高中数学选择性必修第二册5.1.1 变化率问题 【同步教学课件】
(1)分别求 s(t)在区间0，π4和π4，π2上的平均速度；
解
物体在区间0，π4上的平均速度为v－1＝s（t2）t2－－st1（t1）＝sπ4－π4－s（0 0）＝
22－0 π 4
＝2
2 π.
物体在区间π4，π2上的平均速度为
v－2＝sπ2π2－ －πs4π4＝1－π4
2 2 ＝4－π2
2 .
(2)比较(1)中两个平均速度的大小，说明其几何意义. 解 由(1)可知v－1－v－2＝4 2π－4>0，所以v－2<v－1.作出函数 s(t)＝sin t 在0，π2上的图 象，如图所示，可以发现，s(t)＝sin t 在0，π2上随着 t 的增大，函数值 s(t)变化 得越来越慢.
∴
lim
t 0
ΔΔst＝4a＝8，即
a＝2.
题型三 求曲线在某点处切线的斜率或方程
【例3】 求抛物线f(x)＝x2－2x＋3在点(1，2)处的切线方程. 解 由f（1＋ΔxΔ）x－f（1）
＝（1＋Δx）2－2（Δx1＋Δx）＋3－2＝Δx，
可得切线的斜率为k＝
lim
x0
Δx＝0.
所以切线的方程为y－2＝0×(x－1)，即y＝2.
则切线方程为y－2＝3(x－2)，即3x－y－4＝0.
1.明确 3 个知识点
课堂小结
平均速度、瞬时速度、曲线切线的斜率.
2.掌握 1 个公式
k＝
lim
x0
ΔΔyx＝
lim
x0
f（x0＋ΔxΔ）x－f（x0）＝
lim
x x0
f（x）x－－xf（0 x0）.
3.注意瞬时速度与平均速度的区别与联系
区别：瞬时速度是刻画物体在某一时刻的运动状态，而平均速度则是刻画物体
5.1.1 变化率问题
3t 2 29
2(t 3), 3(t-3)2 (0
t
3)
(s的单位为m,t的单位为s).
(1)求物体在t∈[3,5]内的平均速度 v ;
(2)求物体的初速度v0;
(3)求物体在t=1 s时的瞬时速度.
思路点拨 由时间所在的范围确定函数解析式,计算“差、商、极限”,得到瞬时速度.
第1讲 描第述五运动章的基一本次概函念数的导数及其应用
第1讲 描第述五运动章的基一本次概函念数的导数及其应用
问题
1.如何求物体在1 s到2 s间的平均速度?
提示:∵Δs=s(2)-s(1)=7-3=4,∴ Δs = s s时的瞬时速度?
提示:∵ Δs = s(1 Δt)-s(1)
Δt
Δt
= (1 Δt)2 (1 Δt) 1-(12 11) =3+Δt,
第1讲 描述运动的基本概念
高中数学 选择性必修第二册 人教A版
第1讲 描第述五运动章的基一本次概函念数的导数及其应用
5.1 导数的概念及其意义
5.1.1 变化率问题
1.通过实例分析,经历由平均速度过渡到瞬时速度的过程. 2.通过实例分析,经历由割线的斜率过渡到切线的斜率的过程.
本资料分享自千人教师 3.通过函数图象直观理解瞬Q时Q速群度32以30及31切38线0 期的待斜你率.
第1讲 描第述五运动章的基一本次概函念数的导数及其应用
一质点M按运动方程s(t)=at2+1做直线运动(位移单位:m;时间单位:s).若质点M在t=
2 s时的瞬时速度为8 m/s,求常数a.
解析
∵Δs=s(2+Δt)-s(2)=a(2+Δt)2+1-(a×22+1)=4aΔt+a(Δt)2,∴
5.1.1变化率问题(第1课时)教学设计-2023-2024学年高二上学期数学人教A版选择性
与起跳后的时间t （单位：s ）存在函数关系2() 4.9 2.811h t t t =-++．如何描述运动员从起跳到入水过程中运动的快慢程度呢？任务一：求平均速度直觉告诉我们，运动员从起跳到入水的过程中，在上升阶段运动得越来越慢，在下降阶段运动得越来越快. 能不能用我们已经学过的知识解释刚才的“直觉”？ 问题1：运动的快慢程度用哪个物理量来描述？ 【预设】速度；因此我们可以把整个运动时间段分成许多小段，用运动员在每段时间的平均速度v 近似地描述他的运动状态． 追问1：怎么求平均速度呢？【预设】平均速度=位移的变化÷通过这段位移所用的时间即位移的平均变化率 即1212)()(t t t s t s --=υ（对比斜率公式的结构）0>∆t 时，]1,1[t ∆+内0<∆t 时，]11[，t ∆+内 2222(1)(1)114.9(1) 2.8(1)11( 4.91 2.8111)4.9[(1)1] 2.8(11)4.9(11) 2.84.9(11) 2.84.97h t h v t t t t t t t t t t t t t +∆-=+∆--+∆++∆+--⨯+⨯+=∆-+∆-++∆-=∆-∆⨯+∆++∆=∆=-⨯+∆++=-∆-2222(1)(1)1(1)4.91 2.8111[ 4.9(1) 2.8(14.9[1(1)] 2.8[1(1)]4.9()(11) 2.8()4.9(11) 2.84.97h h t v t t tt t tt t t tt t -+∆=-+∆-⨯⨯+--+∆+=-∆--+∆+-+∆=-∆--∆⨯+∆++-∆=-∆=-⨯+∆++=-∆-为了提高近似表示的精确度，我们不断缩短时间间隔t ∆，用平均速度v 近似表示运动员在t ＝1时的瞬时速度．追问1：给出更多的t ∆的值，当t ∆无限趋近于0时，平均速度υ有什么样的变化趋势？当t ∆无限趋近于0时，即无论t 从大于1的一边，还是从小于1的一边无限趋近于1，平均速度υ都无限趋势于7-.数据直观：利用表格区演示数值逼近（课上现场做表，左右趋近都是确定的值，且相等） 几何直观：利用绘图区演示割线逼近切线追问2：你认为通过上述列表计算瞬时速度的过程可靠吗？通过前面计算平均速度的值，尽管我们发现“随着时间间隔的不断缩小，平均速度越来越接近于常数7-”，但这种计算是有限的，不能断定平均速度是否永远具有这种特征.所以需要从更加理性的角度加以说明.我们可以把刚才的过程进一步梳理：借助解析式体会逼近符号的解释强调（瞬时速度就是位移的瞬时变化率）这样我们就把求某一具体时刻瞬时速度的方法推广到了一般情形.我们通过不断缩小时间间隔，用平均速度逼近瞬时速度，也就是说，瞬时速度是平均速度的极限.无限逼近的极限思想，正是微积分学的基础. 【设计意图】将求某一具体时刻瞬时速度的方法推广到一般情形，一方面使学生体会从特殊到一般的数学思想方法，从算法角度体会求瞬时速度的过程，提升数学运算素养；另一方面为概括瞬时变化率的概念作铺垫.任务四：观察在情景中的函数118.29.4)(2++-=t t t h 图像，平均速度1)1()1()1(-∆+-∆+=t h t h υ的几何意义是什么？瞬时速度)1(υ呢？平均速度υ的几何意义是割线的斜率，瞬时速度)1(υ的几何意义是函数)(t h 在点))1(,1(h 处切线的斜率任务五：回顾本节课的探究过程，你学到了什么？1.从知识角度，我们主要研究了高台跳水运动员起跳后的运动状态的问题. 我们先研究了运动员起跳后某一时间段内的平均速度，再不断的将时间间隔缩小，随着时间间隔不断趋近于0，我们分别用计算和极限的方法，求得了瞬时速度，并由此得到任意时刻t 0瞬时速度的表达式. 通过这个过程，我们认识到瞬时速度是时间间隔趋近于零时，平均速度的极限.2.从研究方法上看，我们用无限逼近的方法，通过平均速度求得了瞬时速度，这其中蕴含着极限思想.无限逼近的极限思想，正是导数研究中的重要思想方法和基础. 此外，我们通过一些具体时刻的瞬时速度，推广得到了任意时刻t 0的瞬时速度表达式，这种从特殊到一般的研究方式，是数学研究中的常用方法.对变化率的理解某一时刻0t 对应的瞬时速度的求法设0t 的变化量为t∆ 计算00()()h t t h t +∆-00()()h t t h t t+∆-∆0t ∆→0000()()lim lim t t h t t h t v t∆→∆→+∆-=∆的值即为所求的瞬时速度.【设计意图】总结本节课的学习内容和思想方法，为抽象概括导数的概念奠定下节课学习给出下列四个结论：① 在1t 时刻，甲、乙两人血管中的药物浓度相同；① 在2t 时刻，甲、乙两人血管中药物浓度的瞬时变化率相同；① 在23[,]t t 这个时间段内，甲、乙两人血管中药物浓度的平均变化率相同；① 在12[,]t t ,23[,]t t 两个时间段内，甲血管中药物浓度的平均变化率不相同.其中所有正确结论的序号是 .注：对符号化的解释；图形的直观认识；某一刻的位移变化快慢（能表示吗，怎么表示）；。
第5章5.15.1.1 平均变化率-2024-2025学年新教材数学苏教版选择性必修第一册同步课件
5.1.1 平均变化率
1
2
3
4
必备知识·情境导学探新知 关键能力·合作探究释疑难 学习效果·课堂评估夯基础 课时分层作业
1.思考辨析 (正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)对于函数 y＝f (x)，当 x 从 x1 变为 x2 时，x2－x1 一定大于 0．
()
(2)对于函数 y＝f (x)，当 x 从 x1 变为 x2 时，函数值的变化量为 f (x2)
5.1.1 平均变化率
1
2
3
4
必备知识·情境导学探新知 关键能力·合作探究释疑难 学习效果·课堂评估夯基础 课时分层作业
类型 2 实际问题中的平均变化率 【例 2】 (1)圆的半径 r 从 0.1 变化到 0.3 时，圆的面积 S 的平均 变化率为________．
(1)0.4π [∵S＝πr2，∴圆的半径 r 从 0.1 变化到 0.3 时， 圆的面积 S 的平均变化率为S(00.3.3)－－S0(.10.1)＝π×0.320－.2π×0.12＝ 0.4π.]
5.1.1 平均变化率
1
2
3
4
必备知识·情境导学探新知 关键能力·合作探究释疑难 学习效果·课堂评估夯基础 课时分层作业
03
学习效果·课堂评估夯基础
5.1.1 平均变化率
1
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3
4
必备知识·情境导学探新知 关键能力·合作探究释疑难 学习效果·课堂评估夯基础 课时分层作业
1．函数 f (x)＝x2＋c(c∈R)区间1，3上的平均变化率为( )
5.1.1 平均变化率
1
2
3
4
必备知识·情境导学探新知 关键能力·合作探究释疑难 学习效果·课堂评估夯基础 课时分层作业
2023年秋《变化率问题》教学设计
《变化率问题》教学设计一、本节内容分析本节的主要知识内容是平均变化率、导数及导数的几何意义,在众多变化率问题中,教材选择了物理中的高台跳水运动的速度问题和几何学中圆锥曲线的抛物线问题,这两类问题来自不同的学科领域,把生活中直观感受的变化率转化为数学中可以度量的变化率,解决问题时都采用由“平均变化率”逼近“瞬时变化率”的思想方法.对学生来说,一个是生活中的物理问题,一个是熟悉的数学问题,这样的设计既可以引起学生的学习兴趣,又可以减少因背景复杂而形成对数学知识的干扰.学生学会先求函数的导数,继而求函数在某点处的切线的斜率与切线的方法,通过实际问题的引入加深对几何意义的理解和应用,使学生自然的接受新知识的教授.本节内容是高中数学的主要内容,也是高考考查的热点,本节包含的核心知识和体现的核心素养如下:二、学情整体分析在学习本节内容之前,学生已经学习了速度问题和抛物线问题,知识的引入比较简单直接,所以本节引入难度不是很大,但是大部分学生对极限含义的理解有一定的困难,导数概念的本质是极限,本教材没有介绍极限形式化定义及相关知识,而是通过列表计算,直观把握函数变化趋势,在此过程中学生可以很好的理解并建立导数的概念.本部分知识涉及大量的计算和相关符号,对于学生的计算能力和符号的正确运用的考查也是很关键的.学情补充:____________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ 三、教学活动准备【任务专题设计】1.变化率问题2.导数的概念3.导数的几何意义【教学目标设计】1.了解平均变化率的概念.2.利用学生对瞬时速度的理解,逐步达到对导数概念和基本方法的直观准确的理解.3.理解导数的几何意义,体会导数在刻画函数性质中的作用.【教学策略设计】学生体验用平均速度逼近瞬时速度,割线斜率逼近切线斜率,这是求瞬时速度,求切线斜率的重要方法,也是建立导数概念的重要支持,学生在高中数学学习过程中对“观察、分析、归纳、概括、抽象”的概念建立过程有了较多的体会和认知.教学中利用预设问题激发学生思考,问题的设置体现由特殊到一般的认知规律;在学生充分经历瞬时速度的计算和切线斜率的计算过程后,引导学生归纳概括导数概念,强化学生数学抽象核心素养的形成;通过割线逼近切线,割线斜率逼近切线斜率的过程,引导学生借助直观想象理解导数的几何意义.【教学方法建议】情境教学法、问题教学法,还有__________________________________________________ 【教学重点难点】重点:1.了解函数的变化率、平均变化率.2.理解瞬时速度、瞬时变化率的概念、导数概念.3.理解导数的几何意义及“数形结合、以直代曲”的思想方法.难点:1.通过大量实例,使学生学会用数学的度量来描述平均变化率,体会函数的内涵与思想.2.准确理解导数概念,体会极限思想.3.发现、理解并应用导数的几何意义.【教学材料准备】1.常规材料:计算器、多媒体课件、____________________________________________2.其他材料:________________________________________________________________四、教学活动设计教学导入师:同学们,我们都进行过这样的运动—爬山,请回答下面的问题:问题1:在爬山的过程中,感觉平缓的山好攀登,还是陡峭的山好攀登呢?问题2:想想什么原因呢?请同学们做个简单图形来分析.问题3:对比分析两个一样高度的山,一个平缓,一个陡峭,那么两者的区别在哪里?【师生共同讨论为什么陡峭的山攀登感觉更累.学生独立做出图形】师:这都是日常生活中的例子,我们找出了问题关键,导致不同感觉的原因是因为在相同条件下,变化率大小不同.【设计意图】通过登山运动,教师引入本课所学变化率问题,提升学生的探究兴趣.教学精讲探究1 瞬时速度【情境设置】高台跳水在一次高台跳水运动中,某运动员在运动过程中的重心相对于水面的高度h (单位:m )与起跳后的时间t (单位:S )存在函数关系2() 4.9 4.811h t t t =-++.如何描述运动员从起跳到入水过程中运动的快慢程度呢?(1)如何计算00.5t ≤≤和12t ≤≤的平均速度? (2)如何计算运动员在48049t ≤≤这段时间里的平均速度? 师:运动员从起跳到入水的过程中,在上升阶段运动得越来越慢,在下降阶段运动得越来越快,我们可以把整个运动时间段分成许多小段,用运动员在每段时间内的平均速度v 近似地描述他的运动状态.【学生思考,合作交流,回答问题,教师予以肯定】 生:(1)在00.5t ≤≤这段时间里,(0.5)(0)2.35(m /s)0.50h h v -==-;在12t ≤≤这段时间里,(2)(1)9.9(m /s)21h h v -==--.(2)根据函数2() 4.9 4.811h t t t =-++的图象,结合图形可知,48(0)49h h ⎛⎫= ⎪⎝⎭,所以48(0)490(m /s)48049h h v ⎛⎫- ⎪⎝⎭==-.师:根据上述的解答过程,总结一下,在12t t t ≤≤这段时间内的运动员平均速度v 如何表示? 生:()()()2112214.9 4.8h t h t v t t t t -==-++-.【以学定教】通过类比师生对登山问题的研究,学习高台跳水问题,强化所学知识,提高对概念的认知. 【概括理解能力】通过教师提醒函数能够代表很多问题,提醒学生概念上需要注意的点,引导学生敢于总结,规范语言,概括出题目条件,培养学生概括理解的能力.师:探究思考以下问题:【情境设置】高台跳水1.运动员在这段时间内是静止的吗?2.你认为用平均速度描述运动员的运动状态有什么问题吗? 【学生思考,合作交流,回答问题,教师予以启发和肯定】 生:虽然运动员在48049t ≤≤这段时间里的平均速度为0m /s ,但实际情况是运动员仍然运动,并非静止,可以说明用平均速度不能精确描述运动员的运动状态.【自主学习】学生自主解决实际问题,教师继续设疑,使学生逐步建立知识体系和认知,增强了学生学习的主动性.师:为了精确刻画运动员的运动状态,需要引入瞬时速度的概念. 【要点知识】瞬时速度我们把物体在某一时刻的速度称为瞬时速度.设物体运动的路程与时间的关系是()S S t =,当t ∆趋近于0时,函数()S t 在0t 到0t t +∆之间的平均变化率()()00s t t s t s t t+∆-∆=∆∆趋近于常数,我们把这个常数称为运动物体在0t 时刻的瞬时速度.【概括理解能力】通过引入概念,使学生充分理解函数变化率的概念和计算顺序,加深对概念的运用能力. 师:瞬时速度与平均速度有什么关系?你能利用这种关系求运动员在1s t =的瞬时速度吗? 师:设运动员0t 时刻附近某一时间段内的平均速度是v ,可以想象,如果不断缩短这一时间段的长度,那么v 将越来越趋近于运动员在0t 时刻的瞬时速度.为了求运动员在1t =时的瞬时速度,我们在1t =之后或之前,任意取一个时刻1,t t +∆∆是时间改变量,可以是正值,也可以是负值,但不为0.当0t ∆>时,1t +∆在1之后;当0t ∆<时,1t +∆在1之前.当0t ∆>时,把运动员在时间段[1,1]t +∆内近似看成做匀速直线运动,计算时间段[1,1]t +∆内的平均速度v ,用平均速度v 近似表示运动员在1t =时的瞬时速度.当0t ∆<时,在时间段[1,1]t +∆内可作类似处理.为了提高近似表示的精准度,我们不断缩短时间间隔,得到如下表格.【学生以小组为单位,列好表格,准备好计算器】【以学定教】引出瞬时速度与平均速度有什么关系的问题,激发学生好奇心和学习动力,充分调动学生的积极性.师:当t ∆趋近于0时,平均速度v 有什么样的变化趋势?生:当t ∆趋近于0时,即无论t 从小于1的一边,还是从大于1的一边趋近于1时,平均速度v 都趋近于一个确定的值5-.师:从物理的角度看,时间||t ∆间隔无限变小时,平均速度v 就无限趋近于1t =时的瞬时速度,因此,运动员在1t =时的瞬时速度是5m /s -.为了表述方便,我们用0(1)(1)lim 5t h t h t∆→+∆-=-∆,表示“当1,t t =∆趋近于0时,平均速度v 趋近于定值5-”.师:你能求出运动员在2t =时的瞬时速度吗?如何求运动员从起跳到入水过程中在某一时刻0t 的瞬时速度.【分组讨论,思考,组内合作完成】师:局部以匀速代替变速,以平均速度代替瞬时速度,然后通过取极限,从瞬时速度的近似值过渡到瞬时速度的精确值.小结一下:【要点知识】对瞬时速度的理解1.计算瞬时速度必须先求出平均速度sv t∆=∆,再对平均速度取极限.2.t ∆趋近于0,是指时间间隔越来越小,能小于任意小的时间间隔,即||t ∆要多小就有多小,其含义是可以小到任何预先给定的正数,但t ∆始终不能为零.【设情境 巧激趣】利用学生的活动和熟悉的例题,教师创设物理情境根据问题引导学生从物理学角度理解数学问题.探究2 抛物线的切线的斜率 【情境设置】抛物线切线斜率的探究如果一条直线与一个圆只有一个公共点,那么这条直线与这个圆相切,对于一般的曲线C ,如何定义它的切线呢?下面我们以抛物线2()f x x =为例进行研究.你认为应该如何定义抛物线2()f x x =在点0(1,1)P 处的切线?0P 附近的点?师:与研究瞬时速度类似,为了研究抛物线2()f x x =在点0(1,1)P 处的切线,我们通常在点0(1,1)P 的附近任取一点()2,P x x ,考察抛物线2()f x x =的割线0P 的变化情况.【推测解释能力】教师通过具体问题引导,提醒学生概念上需要注意的关键点,引导学生重视概念本身,加深理解.【情境设置】抛物线切线斜率的探究()2,P x x 沿着2()f x x =趋近于0(1,1)P 时,割线0P P 有什么变化趋势?生:我们发现,当点P 无限趋近于点0P 时,割线0P P 无限趋近于一个确定的位置,这个确定位置的直线0P T 称为抛物线2()f x x =在点0(1,1)P 处的切线.【以学论教】教师类比研究瞬时速度,来进行抛物线的切线的斜率的探究,巩固旧知,加强对新知的理解,体现以学论教.师:从上述切线的定义可见,抛物线2()f x x =在点0(1,1)P 处的切线0P T 的斜率与割线0P P 的斜率有内在联系.记1x x ∆=-,则点P 的坐标是()21,(1)x x +∆+∆.于是,割线0P P 的斜率2()(1)(1)121(1)1f x f x k x x x -+∆-===∆+-+∆-.我们可以用割线0P P 的斜率k 近似地表示切线0P T 的斜率0k ,并且可以通过不断缩短横坐标||x ∆来提高近似表示的精确度,得到如下表格.【学生以小组为单位,列好表格,准备好计算器】师:在表格中当x ∆无限趋近于0时,割线的斜率趋近于多少?生:当x ∆无限趋近于0时,即无论x 从小于1的一边,还是从大于1的一边无限趋近于1时,割线0P P 的斜率k 都无限趋近于2.【活动学习】学生分组列表,用计算器来计算割线的斜率,提高学生的计算能力,体现活动学习. 【要点知识】抛物线切线斜率的探究事实上,由(1)(1)2f x f k x x+∆-==∆+∆可以直接看出,当x ∆无限趋近于0时,2x ∆+无限趋近于2.我们把2叫做“当x ∆无限趋近于0时,(1)(1)f x f k x+∆-=∆的极限”,记为(1)(1)lim2x f x f x∆→+∆-=∆.从几何图形上看,当横坐标||x ∆无限变小时,点P 无限趋近于点0P ,于是割线0P P 无限趋近于点0P 处的切线0P T ,这时,割线0P P 的斜率k 无限趋近于点0P 处的切线0P T 的斜率0k ,因此,切线0P T 的斜率02k =.【设活动 深探究】通过探究抛物线切线的斜率,经探究得出切线斜率的特点,提高学生的活动学习能力. 【课堂小结】变化率问题1.理解并掌握函数变化率的几何意义和概念.2.准确运用数学符号正确地表达函数变化率. 【设计意图】通过课堂总结,让学生对变化率问题有深刻理解,对下节课导数的学习起到了铺垫作用.培养学生的概括理解能力.教学评价本部分学习注重以学生为主体,每一个知识的引入和发现都学生自己得出,课堂上教师给予学生充足的思考空间,保证学生书写过程清楚,表达正确,尽量正确使用规范的符号语言.本节课学习从源头上说明导数的意义,让学生充分理解导数知识来源于生活.【设计意图】通过动手实践,学生经历探究导数的几何意义的建构过程,从而准确理解导数的几何意义,应用大量实例,使学生体会思想方法和应用的广泛.培养了学生的概括理解,分析计算能力和数学运算、逻辑推理核心素养.应用所学知识,完成下面各题:1.求函数2()f x x =在1,2,3x =附近的平均变化率,取x ∆都为13,哪一点附近平均变化率最大?解析:直接代入公式()()00f x x f x y x x+∆-∆=∆∆计算平均变化率,比较大小即可.在1x =附近的平均变化率为21(1)(1)(1)12f x f x k x x x +∆-+∆-===+∆∆∆;在2x =附近的平均变化率为222(2)(2)(2)24f x f x k x x x +∆-+∆-===+∆∆∆;在3x =附近的平均变化率为223(3)(3)(3)36f x f x k x x x+∆-+∆-===+∆∆∆.若13x ∆=,则123171131192,4,6333333k k k =+==+==+=.由于123,k k k <<∴在3x =附近的平均变化率最大.2.两个学校开展节能活动,活动开始后两学校的用电量1()W t 、2()W t 与时间t (天)的关系如图所示,则一定有( )A.1W 比2W 节能效果好.B.1W 的用电量在[]00,t 上的平均变化率比2W 的用电量在[]00,t 上的平均变化率大.C.两学校节能效果一样好.D.1W 与2W 自节能以来用电量总是一样大.解析:由图象可知,对任意的()100,t t ∈,曲线1()W W t =在1t t =处的切线比曲线2()W W t =在1t t =处的切线要“陡”,所以,1W 比2W 节能效果好,A 正确,C 错误;由图象可知,()()1012020(0)(0)W t W W t W t t --<,则1W 的用电量在[]00,t 上的平均变化率比2W 的用电量在[]00,t 上的平均变化率要小,B 选项错误;由于曲线1()W W t =和曲线2()W W t =不重合,D 选项错误.答案:A3.已知22()3f x x =-,若1()3f a '=,则a 的值等于( ) A.14- B.14 C.49- D.34解析:本题只需根据导数的定义可得2220002242()()4243333()lim lim lim 333x x x x x x x x x f x x x x x x x x ∆→∆→∆→⎛⎫-+∆---∆-∆ ⎪⎛⎫⎝⎭'===--∆=- ⎪+∆-∆⎝⎭, 因此41()33f a a '=-=,则14a =-. 答案:A4.曲线223y x x =-+在点(1,6)A -处的切线方程是________.解析:本题利用导数的几何意义求曲线切线的步骤解题.因为223y x x =-+,切点为(1,6)A -,所以斜率2100(1)2(1)3(123)lim lim (4)x x x x x k y x x=-∆→∆→-+∆--+∆+-++='==∆-=∆4-,所以切线方程为64(1)y x -=-+,即420x y +-=.答案:420x y +-=【分析计算能力】根据所学平均变化率的知识,分析具体数据,让学生自主的计算,提高对概念的理解和运用.【综合问题解决能力】学生在理解导数概念的基础上进行审题,强化导数几何意义,提高综合问题解决能力.教学反思本节课在正确理解函数平均变化率的问题和导数的概念等知识的基础上,研究导数的几何意义,由于新教材涉及极限,尽量采用形象直观的方式,提高学生的动手能力,注重多媒体的使用和数形结合思想的应用,使学生深刻体会导数的几何意义和“以直代曲”的思想,即在利用导数几何意义研究具体实际问题时,某点附近的曲线可以用过此点的切线近似代替,从而达到“以简单的对象刻画复杂对象”的目的,并通过对例题的研究,让学生体验导数与切线斜率的关系,并感受导数应用的广泛性,应提供学生多实践,多练习的机会,提高计算能力和概念的认知能力.【以学定教】启发并引导学生理解函数变化率、导数的概念和几何意义,熟练掌握导数概念的表示方法和利用导数几何意义求切线的解题步骤,提高综合问题的解决能力.【以学论教】通过教师引导学生阅读教材,归纳探究,解决有关导数问题,课堂上教师采用活动学习、意义学习的策略,使得学生掌握导数概念及其几何意义,达到较好的学习效果.。
5.1.1变化率问题(教学设计)(人教A版2019选择性必修第二册)
5.1.1变化率问题教学设计一、课时教学内容1. 通过求高台跳水运动员在具体时刻的瞬时速度，体会求瞬时速度的一般方法.2.通过求曲线处某点处切线斜率的过程，体会求切线斜率的一般方法.3.理解函数的平均变化率，瞬时变化率的概念．二、课时教学目标1.体会由平均速度过渡到瞬时速度的过程，理解平均速度、瞬时速度的区别和联系.2.掌握瞬时速度的概念，会求解瞬时速度的相关问题.3.掌握割线与切线的定义，会求其斜率.三、教学重点、难点1、教学重点瞬时速度的概念、割线与切线的定义及斜率求法.2、教学难点割线与切线的斜率.四、教学过程设计环节一创设情境，引入课题为了描述现实世界中的运动、变化现象，在数学中引入了函数．刻画静态现象的数与刻画动态现象的函数都是数学中非常重要的概念．在对函数的深入研究中，数学家创立了微积分，这是具有划时代意义的伟大创造，被誉为数学史上的里程碑．微积分的创立与处理四类科学问题直接相关．一是已知物体运动的路程作为时间的函数，求物体在任意时刻的速度与加速度，反之，已知物体的加速度作为时间的函数，求速度与路程；二是求曲线的切线；三是求函数的最大值与最小值；四是求长度、面积、体积和重心等，历史上科学家们对这些问题的兴趣和研究经久不衰，终于在17世纪中叶，牛顿和莱布尼茨在前人探索与研究的基础上，凭着他们敏锐的直觉和丰富的想象力，各自独立地创立了微积分．导数是微积分的核心内容之一，是现代数学的基本概念，蕴含着微积分的基本思想；导数定量地刻画了函数的局部变化，是研究函数增减、变化快慢、最大(小)值等性质的基本方法，因而也是解决诸如增长率、膨胀率、效率、密度、速度、加速度等实际问题的基本工具．在本章，我们将通过丰富的实际背景和具体实例，学习导数的概念和导数的基本运算，体会导数的内涵与思想，感悟极限的思想．通过具体实例感受导数在研究函数和解决实际问题中的作用，体会导数的意义．5.1导数的概念及其意义在必修第一册中，我们研究了函数的单调性，并利用函数单调性等知识定性地研究了一次函数、指数函数、对数函数增长速度的差异，知道“对数增长”是越来越慢的，“指数函数”比“直线上升”快得多．进一步地，能否精确定量地刻画变化速度的快慢呢？下面我们就来研究这个问题．5.1.1变化率问题问题1高台跳水运动员的速度探究:在一次高台跳水运动中，某运动员在运动过程中的重心相对于水面的高度h （单位：m ）与起跳后的时间t （单位：s ）存在函数关系2() 4.9 4.811h t t t =-++．如何描述运动员从起跳到入水的过程中运动的快慢程度呢？直觉告诉我们，运动员从起跳到入水的过程中，在上升阶段运动得越来越慢，在下降阶段运动得越来越快．我们可以把整个运动时间段分成许多小段，用运动员在每段时间内的平均速度v 近似地描述他的运动状态． 例如，在00.5t ≤≤这段时间里，(0.5)(0)2.35(m /s)0.50h h v -==-；在12t ≤≤这段时间里，(2)(1)9.9(m /s)21h h v -==--一般地，在12t t t ≤≤这段时间里，211221()()4.9() 4.8h t h t v t t t t -==-++-．环节二 观察分析，感知概念 思考:计算运动员在48049t ≤≤这段时间里的平均速度，你发现了什么？ 你认为用平均速度描述运动员的运动状态有什么问题吗？ 我们发现，运动员在049t ≤≤这段时间里的平均速度为0．显然，在这段时间内，运动员并不处于静止状态．因此，用平均速度不能准确反映运动员在这一时间段里的运动状态． 为了精确刻画运动员的运动状态，需要引入瞬时速度的概念．我们把物体在某一时刻的速度称为瞬时速度（instantaneous velocity ）．探究:瞬时速度与平均速度有什么关系？你能利用这种关系求运动员在1s t =s 时的瞬时速度吗？设运动员在0t 时刻附近某一时间段内的平均速度是v ，可以想象，如果不断缩短这一时间段的长度，那么v 将越来越趋近于运动员在0t 时刻的瞬时速度． 用运动变化的观点研究问题是微积分的重要思想．为了求运动员在1t =时的瞬时速度，我们在1t =之后或之前，任意取一个时刻1t +∆，t ∆是时间改变量，可以是正值，也可以是负值，但不为0．当0t ∆>时，1t +∆在1之后，当0t ∆<时，1t +∆在1之前．当0t ∆>时，把运动员在时间段[1,1]t +∆内近似看成做匀速直线运动，计算时间段[1,1]t +∆内的平均速度v ，用平均速度v 近似表示运动员在1t =时的瞬时速度．当0t ∆<时，在时间段[1,1]t +∆内可作类似处理．为了提高近似表示的精确度，我们不断缩短时间间隔，得到如下表格（表5.1-1）．表5.1-1当0t ∆<时，在时间段[1,1]t +∆内当0t ∆>时，在时间段[1,1]t +∆内t ∆2(1)(1)1(1)4.9()5 4.95h h t v t t tt t-+∆=-+∆∆+∆==-∆--∆t ∆2(1)(1)(1)14.9()5 4.95h t h v t t tt t+∆-=+∆--∆-∆==-∆-∆－0.01 －4.951 0.01 －5.049 －0.001 －4.9951 0.001 －5.0049 －0.0001 －4.99951 0.0001 －5.00049 －0.00001 －4.999951 0.00001 －5.000049 －0.000001－4.9999951 0.000001－5.0000049……观察:给出t ∆更多的值，利用计算工具计算对应的平均速度v 的值．当t ∆无限趋近于0时，平均速度v 有什么变化趋势？1时，平均速度v 都无限趋近于5-．事实上，由(1)(1)4.95(1)1h t h v t t +∆-==-∆-+∆-可以发现，当t ∆无限趋近于0时， 4.9t -∆也无限趋近于0，所以v 无限趋近于5-．这与前面得到的结论一致．数学中，我们把5-叫做“当t ∆无限趋近于0时，(1)(1)h t h v t+∆-=∆的极限”，记为0(1)(1)lim5t h t h t ∆→+∆-=-∆．从物理的角度看，当时间间隔t ∆无限趋近于0时，平均速度v 就无限趋近于1t =时的瞬时速度．因此，运动员在1s t =时的瞬时速度(1)5m /s v =-． 思考:（1）求运动员在2s t =时的瞬时速度；（2）如何求运动员从起跳到入水过程中在某一时刻0t 的瞬时速度？ 解：（1）运动员在2s t =时的瞬时速度2200(2)(2)[ 4.9(2) 4.8()11][ 4.92 4.8211](2)lim lim (2)2t t h t h t t t v t t ∆→∆→+∆--+∆++∆+--⨯+⨯+==+∆-∆lim( 4.914.8)14.8t t ∆→=-∆+=．（2）运动员从起跳到入水过程中在某一时刻0t 的瞬时速度2200000000000()()[ 4.9() 4.8()11][ 4.9 4.811]()lim lim()t t h t t h t t t t t t t v t t t t t∆→∆→+∆--+∆++∆+--++==+∆-∆000lim( 4.99.8 4.8)9.8 4.8t t t t ∆→=-∆-+=-+．1．求问题1中高台跳水运动员在0.5s t =时的瞬时速度．1．【解析】22(0.5)(0.5)[ 4.9(0.5) 4.8(0.5)11]( 4.90.5 4.80.511)h t h t t +∆-=-+∆++∆+--⨯+⨯+24.9()0.1t t =-∆-∆，所以，00(0.5)(0.5)(0.5)limlim(0.1 4.9)0.1(m /s)t t h t h v t t∆→∆→+∆-==--∆=-∆．所以，高台跳水运动员在0.5s t =时的瞬时速度为0.1m /s -． 2．火箭发射s t 后，其高度（单位：m ）为2()0.9h t t =，求： （1）在12t ≤≤这段时间里，火箭爬高的平均速度； （2）发射后第10s 时，火箭爬高的瞬时速度． 2．【解析】（1）因为22(2)(1)0.920.91 2.7(m /s)21h h v -==⨯-⨯=-，所以在12t ≤≤这段时间里，火箭爬高的平均速度为2.7m /s ；（2）因为222000(10)(10)0.9(10)0.9100.9()18lim lim lim (10)10t t t h t h t t t t t t ∆→∆→∆→+∆-⨯+∆-⨯∆+∆==+∆-∆∆ 0lim(0.11898)t t ∆→=∆+=．所以发射后第10s 时，火箭爬高的瞬时速度18m /s ．3．一个小球从5 m 的高处自由下落，其位移y （单位：m ）与时间t （单位：s ）之间的关系为2() 4.9y t t =-．求1s t =时小球的瞬时速度．3．【解析】由题意知：222000()() 4.9() 4.99.8 4.9()lim lim limt t t y t t y t t t t t t t t t t∆→∆→∆→+∆--+∆+-⋅∆-∆==∆∆∆ 0lim(9.8 4.9)9.8t t t t ∆→=--∆=-，当1s t =时，小球的瞬时速度为s 9.8m /-．环节四 辨析理解，深化概念 问题2抛物线的切线的斜率我们知道，如果一条直线与一个圆只有一个公共点，那么这条直线与这个圆相切．对于一般的曲线C ，如何定义它的切线呢？下面我们以抛物线2()f x x =为例进行研究． 探究：你认为应该如何定义抛物线2()f x x =在点0(1,1)P 处的切线？与研究瞬时速度类似，为了研究抛物线2()f x x =在点0(1,1)P 处的切线，我们通常在点0(1,1)P 的附近任取一点2(,)P x x ，考察抛物线2()f x x =的割线0P P 的变化情况．观察：如图5.1-1，当点2(,)P x x 沿着抛物线2()f x x =趋近于点0(1,1)P 时，割线0P P 有什么变化趋势？我们发现，当点P 无限趋近于点0P 时，割线0P P 无限趋近于一个确定的位置，这个确定位置的直线0P T 称为抛物线2()f x x =在点0(1,1)P 处的切线． 环节五 概念应用，巩固内化探究我们知道，斜率是确定直线的一个要素．如何求抛物线2()f x x =在点0(1,1)P 处的切线0P T 的斜率0k 呢？从上述切线的定义可见，抛物线2()f x x =在点0(1,1)P 处的切线0P T 的斜率与割线0P P 的斜率有内在联系．记1x x ∆=-①，则点P 的坐标是2(1,(1))x x +∆+∆．于是，割线0P P 的斜率2()(1)(1)121(1)1f x f x k x x x -+∆-===∆+-+∆-．①x ∆可以是正值，也可以是负值，但不为0．我们可以用割线0P P 的斜率k 近似地表示切线0P T 的斜率0k ，并且可以通过不断缩短横坐标间隔x ∆来提高近似表示的精确度，得到如下表格（表5.1-2）．表5.1-20x ∆< 0x ∆>x ∆ 2k x =∆+ x ∆ 2k x =∆+ －0.01 1.99 0.01 2.01 －0.001 1.999 0.001 2.001 －0.00011.99990.00012.0001OxyP 0PT2()f x x =－0.00001 1.99999 0.00001 2.00001 －0.0000011.9999990.0000012.000001……观察：利用计算工具计算更多割线0P P 的斜率k 的值，当x ∆无限趋近于0时，割线0P P 的斜率k 有什么变化趋势？近于1时，割线0P P 的斜率k 都无限趋近于2．事实上，由(1)(1)2f x f k x x+∆-==∆+∆可以直接看出，当x ∆无限趋近于0时，2x ∆+无限趋近于2．我们把2叫做“当x ∆无限趋近于0时，(1)(1)f x f k x+∆-=∆的极限”，记为(1)(1)lim2x f x f x∆→+∆-=∆．从几何图形上看，当横坐标间隔x ∆无限变小时，点P 无限趋近于点0P ，于是割线0P P 无限趋近于点0P 处的切线0P T ．这时，割线0P P 的斜率k 无限趋近于点0P 处的切线0P T 的斜率0k ．因此，切线0P T 的斜率02k =．思考：观察问题1中的函数2() 4.9 4.811h t t t =-++的图象（图5.1-2），平均速度(1)(1)(1)1h t h v t +∆-=+∆-的几何意义是什么？瞬时速度(1)v 呢？环节六 归纳总结,反思提升问题:请同学们回顾本节课的学习内容,并回答下列问题： 1. 本节课学习的概念有哪些？2() 4.9 4.811h t t t =-++(1,(1))h (1,(1))t h t +∆+∆图5.1-2(1) 平均速度、瞬时速度的概念及其关系。
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5.1.1变化率问题教学设计
【教学内容】
平均速度的极限，瞬时速度
【教学目标】
1.经历用平均速度“逼近”瞬时速度的过程，认识瞬时速度的本质是平均速度的极限，初步体会极限思想.
2.通过求高台跳水运动员在具体时刻的瞬时速度，体会求瞬时速度的一般方法.
3.能用数学解释“变化快慢”的生活现象，通过具体实例，体会数学与其他学科的联系.
【教学重难点】
重点：瞬时速度和微分思想.
难点：在瞬时速度的计算过程中体会极限思想.
【教学过程设计】
视频展示微积分产生的背景
引导语：为了解决视频中提到的四类问题，十七世纪中叶，牛顿和莱布尼茨分独别立地创立了微积分。
导数是微积分的核心内容之一，借由视频最后提到的两类变化率问题，开启我们的导数之旅。
一.创设情境提出问题
问题1 高台跳水运动员的速度
在高台跳水运动中，假设全红婵在运动过程中的重心，相对于水面的高度
，与起跳后的时间存在函数关系：2
=-++.
() 4.9 2.811
h t t t
如何描述运动员从起跳到入水的过程中运动的快慢程度呢？
师生活动：给出问题后，教师启发学生可以用平均速度近似描述运动员的运动状态；复习平均速度的概念，计算对应时间段的平均速度，师生共同完成，此处可让学生投影展示化简过程，简述化简技巧。
在00.2t ≤≤这段时间里：
(1.5)(1)
1.51
h h v -=
-9.45(/)m s =- 在11t m ≤≤+这段时间里：()(1)(1)(1)(1)
11
h m h h m h v m m +-+-=
=
+-
追问：一般的，在12t t t ≤≤这段时间里：2121
()()h t h t v t t -=
-124.9() 2.8.
t t =-++
设计意图：此处设计了三个不同的时间段，第一个是常规的时间段，对接学生已学知识，帮助学生及时回顾平均速度的概念，第二个时间段换了一种表达方式，为引出()1,1t +∆做铺垫，第三个是归纳总结平均速度的一般求法，进而归纳求平均变化率的一般方法。
二.联想激活 寻求方法
计算运动员在407
t ≤≤这段时间里的平均速度.4()(0)70/407
h h v m s -==- 思考：
(1) 运动员在这段时间里是静止的吗?
(2) 你认为用平均速度描述运动员的运动状态有什么问题吗?
瞬时速度概念：我们把物体在某一时刻的速度叫做瞬时速度。
师生活动：教师引导学生得出，在这段时间内，运动员的平均速度是0，但运动员几乎一直处于运动状态。
从而引起学生的认知冲突，进而引入瞬时速度的概念。
设计意图：继续用归纳得出的一般方法求给定区间的平均速度，一方面是承接前面知识点，是对一般方法的再应用，另一方面通过思考两个问题，引导学生深入思考，在最近发展区内引发学生认知冲突，从而引导学生认识到平均速度并不能准确地描述运动员的运动状态，为了更准确地描述运动员的运动状态，从而在原有基础上进一步提出新的概念，也就是瞬时速度。
这样，就很好的介绍了引入新概念的必要性。
探究
瞬时速度与平均速度有什么区别和联系?你能利用这种关系求运动员在
1t s =时的瞬时速度吗?
师生活动：教师首先引导学生认识瞬时速度与平均速度之间的关系：PPT 展示图象，引导学生从图象入手，直观感受二者之间的关系，通过互问互答的方式，有效引导学生思考当0t ∆→时平均速度的变化情况。
数学实践
当0t ∆<时，在时间段[]1,1t +∆内
当0t ∆>时，在时间段[]1,1t +∆内
时间段
t ∆
4.97v t =-∆-
时间段
t ∆
4.97v t =-∆-
[]0.99,1 0.01- 6.951- []1,1.01 0.01 7.049- []0.999,1 0.001-
6.9951- []1,1.001 0.001
7.0049- []0.9999,1 0.0001- 6.99951-
[]1,1.0001 0.0001
7.00049-
[]0.99999,1
0.00001- 6.999951- []1,1.00001
0.00001 7.000049- []0.999999,1 0.000001- 6.9999951-
[]1,1.000001
0.000001 7.0000049-
师生活动：学生自己动手，完成表格，过程中教师提醒，先化简平均速度的一般形式，再代数求解具体数值，帮助学生体会公式化简的好处。
观察：你有什么发现？当t ∆无限趋近于0时，平均速度v 有什么变化趋势？
师生活动：表格完成后留一分钟先让学生独立观察思考，再留三分钟小组内交流讨论，最后由小组代表发言，其他小组做补充。
教师点评后总结出结论：随着时间间隔的不断变小，平均速度越来越接近于7-。
设计意图：平均速度和瞬时速度的联系是重点也是这节课的难点，如何有效引导是关键。
首先，选择区间段()()()1,11,1t t +∆+∆或，通过PPT 展示图象，直观感受当0t ∆→时，平均速度和瞬时速度的联系，从图象入手，定性分析。
为了数学的严谨性，引导学生定量分析，让学生自己动手，完成学案上提供的表
格，通过亲身的参与，学生的认识程度加深，更有利于学生理解和记忆。
追问：你认为通过上述列表计算瞬时速度的过程可靠吗？
师生活动：教师提出问题后让学生思考讨论，选若干学生发言。
教师点评，启发学生认识到，通过前面计算的平均速度的值，尽管我们发现“随着时间间隔的不断变小，平均速度越来越接近于7-”，但这种计算是有限的，不能断定平均速度是否永远具有这种特性。
因此需要从理性的角度加以“说明”。
()()0
(1)(1)(1)(1)
4.97.
11
(1)(1)
4.977.
lim
lim t t h t h h t h v t t t h t h t t ∆→∆→+∆-+∆-=
==-∆-+∆-∆+∆-∴=-∆-=-∆
设计意图：让学生经历用平均速度“逼近”瞬时速度的过程，理解瞬时速度就是平均速度的极限，并由此体会极限思想。
学习目标1
能够理解平均速度和瞬时速度的概
念，能够认识到瞬时速度的本质是平均速度的极限，并能由此体会极限思想.
能基本理解瞬时速度的本质就是平均速度的极限. 能基本了解瞬时速度的求法.
评价等级 A B C
思考：
（1）求运动员在0.5t s =时的瞬时速度.
0(0.5)(0.5)
(0.5)lim
t h t h v t ∆→+∆-=∆0lim( 4.9 2.1) 2.1t t ∆→-∆-=-
（2）如何求运动员从起跳到入水过程中在某一时刻o t 的瞬时速度？
t t h t t h t v t ∆-∆+=→∆)
()(lim
)(0000)8.48.9()]8.48.9(9.4[lim 000--=--∆-→∆t t t t
师生活动：两分钟学生独立完成，借助投影展示成果。
设计意图：此处设计了两个思考题，第一个小问题帮助学生及时巩固前面得到的结论，第二个小问题则是通过前面两个问题的解答，进一步归纳求瞬时速度的一般方法，是思维能力的再提升。
三.具体问题 具体分析
例：火箭发射ts 后，其高度（单位：m )为()20.9h t t =.求： （1）在12t ≤≤这段时间里，火箭爬高的平均速度； （2）发射后第10s 时，火箭爬高的瞬时速度.
师生活动：两分钟学生独立完成，小组内统一第一问答案，小组代表投影展示第二问答题过程。
设计意图：通过例题，完成对本节课知识点的及时巩固和提升。
学习目标2
能够熟练掌握瞬时速度的一般求法，并能进一步体会极限思想.
会求具体时刻的瞬时速度. 能直接代公式求瞬时速度.
评价等级
A
B C
四．反思凝练 感悟升华 1.我们收获了哪些知识？ 2.我们是怎样获得这些知识的？
3.我们在获得这些知识的过程中用到了哪些思想、方法？
4.你还有哪些疑惑？
五．达标检测 学以致用
1.一个小球从5m 的高处自由下落，其位移()y m 单位：与时间()t s 单位：之间的关系为()24.9y t t =-.求1t s =时小球的瞬时速度.
2.圆的面积
()
2S cm 单位：与半径()R cm 单位：的关系为2
S R π=.求5R cm =时面积关
于半径的瞬时变化率.
3.已知车轮旋转的角度()rad θ单位：与时间()t s 单位：之间的关系为()2
258
t t πθ=.求车轮转动开始后第3.2s 时的瞬时角速度.。