高一物理1对1教学计划

高一物理1对1教学计划（精选6篇）

高一物理1对1教学计划 篇1

马上要期末复习了。最近的课堂以讲试卷为主。今天在讲自己出的一套万有引力与航天的练习卷的时候换了一个方法，发现效果特别好。

具体方法是先把卷子放一半，根据这一章所学习过得东西，把常见的题型列出来，以及每一种题型的主要思路是怎么样的，比如，前三节讲的都是万有引力的推导过程，以及万有引力的应用，第四节主要是万有引力的成就（求星体的质量，密度，发现未知天体），第五节主要是卫星有关的问题（第一二三宇宙速度，重点是第一速度的推导过程，卫星的发射变轨，）

把这些常见的题型以及解法复习过之后，没有按照试卷的顺序讲题，而是按照刚才总结的题型，分类讲题。首先是前三节的题包括前面几道选择题，之后是

第四节的题包括第七小题，实验二的第二问，还有第二道大题。一次类推。下课之后，发现这样的讲解有很大的好处，但是也有不足之处。

好处是，把所学过得知识点，题型给穿起来，结合试卷上的练习题，每一种题型都会有几道不同的题对知识点题型进行深化巩固。之前的考试，学生们已经对这几道题进行过了思考，很清楚自己没有解出来是卡在了哪里，或者哪里自己还有些疑惑。对症下药。

反过来，不好的地方也是很明显的，一个是时间上的处理，一节课一张试卷本来时间就很紧张，再花一些时间总结知识点题型，讲题的时间会更少。其次，只能涉及到总结的题型。但是这张卷子除了这些万有引力常见的题型，还有很多其他的非常典型的题目，都不合适这节课的目。

总结，这种讲卷子的方式，只能用在试卷整体难度比较低，试卷考察范围为整章总结性的测试。这样的卷子才能避免 时间被压缩，其他与不相关题型的干扰。

高一物理1对1教学计划 篇2

ATSC[1]正在积极制定ATSC 3.0版标准[注1], 从征集需求和提案、到标准草案制定的有关环节 (特别是工作量最大的物理层) , 进展比较顺利。

[注1]ATSC 1.0版于1996年12月圣诞节前由美国政府机构联邦通信委员会 (FCC) 批准, 迄今已近18年。1998年美国大规模推广ATSC后, 于2009年7月底前按计划完成过渡, 并腾出全部“700 MHz频段”进行重新分配。而ATSC 2.0版 (MH版, 即移动/手持版) 于2009年9月由FCC批准, 迄今也已5年余。

2014年6月, ATSC技术委员会 (TC) 主席兼第3工作组 (负责物理层) 组长Richard Chernock博士在山东烟台举行的“未来广播电视 (FOBTV) ”的高峰会[注2]上, 介绍了ATSC 3.0版物理层的进展[2], 并给出ATSC 3.0版标准草案制定过程的日程表 (在2015年底将完成全部标准草案) 。有韩国和西班牙的专家向笔者表示:该标准争取在2016年夏的巴西里约热内卢奥运会期间, 实现4K-UHDTV的地面试验性广播, 其中视频编码则采用MPEG-HEVC/H.265标准。

[注2]该会议由2011年11月11日在上海成立的国际组织“未来广播电视 (FOBTV) ”举办。后者的秘书处为中国上海NERC-DTV。详见www.fobtv.org或www.nercdtv.org。

据悉, ATSC 3.0版物理层 (PHY) 共收到11个提案, 其中1个来自中国, 它由中国上海数字电视国家工程研究中心 (NERC-DTV) 、中科院上海高等研究院和上海交通大学3个单位联合提出。约半年后, NERC的3个工业界成员 (海尔、TCL这2家电视机制造厂商以及发射机制造厂商北京北广科技) 也参加了中国提案的工作。其余10个提案的提出单位有总部在欧洲的DVB、日本NHK科研所、Sony、韩国ETRI、韩国三星、美国Zenith、韩国LGE、加拿大通信研究中心 (CRC) 、电信界的Qualcomm和Ericsson等。从国别来看, 掌握地面数字电视广播 (DTTB) 高科技的绝大部分国家 (欧洲国家及美、日、韩、中) 都有机构参与。因此, 笔者认为ATSC 3.0版将是“未来广播电视”信道传输领域的唯一候选者[3]。

下面第2节扼要介绍ATSC 3.0版物理层的进展。第3~5节则是笔者对ATSC 3.1版的个人建议[注3]:第3节是增加单载波可选项 (如n-VSB和n-QAM等) ;第4节是增加“单频道 (指派频道) 方案”实现回传信道的可选项, 可不依赖于“空白频谱”;第5节则是增加中国工程师们自主创新的“宽带DTV发射机+M-SFN (多频道单频网) ”DTTB组网技术的创新模式[4,5,6], 它特别适用于采用单载波系统实现高比特率固定接收服务 (例如应用于4K/8K-UHDTV) , 以充分发挥单载波系统的若干技术优势。最后的第6节则是简短小结。

[注3]为了不影响ATSC 3.0版 (特别是工作量较大的物理层) 当前的工作, 本文的建议可作为ATSC 3.0版标准草案基本确定后, ATSC准备继续制定ATSC 3.1版时参考。

2 ATSC 3.0版物理层进展简介[2]

Richard Chernock博士的幻灯片报告[2]内容是ATSC 3.0版物理层已有决定和可供公布的部分, 内容极其丰富。本节仅扼要介绍其中的某些关键部分。

2.1 ATSC 3.0版的日程表

图1为ATSC 3.0版的日程表, 目前进展顺利。预期可在2015年底完成全部标准草案的计划。

2.2 ATSC 3.0版物理层

2.2.1 技术上可解决“无线三网融合”

ATSC 3.0版物理层从其重要框图来看, 在技术上可解决“无线三网融合”。图2是ATSC 3.0版物理层的框架结构;图3则是其“信息内容发送”的详细图解。从图3可看出:1) 左侧完全是计算机系统的体系结构, 可解决DTTB网络与计算机网络的融合;2) 右下方的输出有两大部分 (完全相同的信息内容源) , 传统的DTTB网络和宽带网络 (即互联网络) , 可解决两者的融合。

2.2.2 信道编码性能更加逼近Shannon理论极限

ATSC 3.0版物理层的信道编码有几项基本措施:1) 数据结构采纳IP的2 048 byte为基本单元, 它仍属于MPEG系统层中的“节目流 (PS) ”, 而不采纳188 byte的MPEG“传送流 (TS) ”。2) 调制 (星座图) 基于正交频分多工 (OFDM) , 容易适应不同的电视频道带宽 (6 MHz、7 MHz和8 MHz等) 和有效带宽, 容易适应手持接收和移动接收的环境 (“屋顶天线”固定接收暂不是重点) 。3) 纠错编码基于低密度奇偶校验 (LDPC) , 并参照DVB-T2 (2009年7月) [7]采用“长码”和“短码”的两大类码字长度, 以适应手持接收和移动接收两大类服务 (但尚未公布其具体长度) 。

图4是目前信道编码计算机仿真的率失真曲线 (阶段性成果, 左下部非常逼近Shannon理论极限) , 其中按照国际惯例采用AWGN模型和BER=10-6 (与“回波模型”无关) 。

所谓“非常逼近Shannon理论极限”可从3个方面来看:1) 该结果与近18年前批准的ATSC 1.0版相比 (图4中部的A/53) , 门限值由现场测试值15.2 d B (计算机仿真值按14.2 d B估算) 向左下降为约10.9 d B, 改善约3.3 d B, 离理论极限还有约1.4 d B的差距。2) 该结果与5年前批准的DVB-T2[7]相比, 具有“后来居上”的特点:表1是该曲线中部和中左部与DVB-T2典型数据 (文献[4]中引用的3个) 对比, 分别下降 (改善) 约0.5 d B、约0.8 d B和约1.0 d B。3) 整个曲线从中左部到左下端, 其逼近Shannon理论极限的差距由约1.0 d B逐步缩小到仅约0.1 d B。

注:*这些就是已提出的不同应用传送协议方案, 并正在S33-1的讨论中。

注: (1) DVB-T2带宽为8 MHz;图4纵坐标采用信道编码率, 适用于不同带宽。 (2) 2个相同条件 (AWGN和BER) 下的计算机仿真结果。 (3) 第5列“对应的门限值”来自图4读取 (放大5倍) 的对应数值。

这样的阶段性结果显然是有关提案单位300~400人近1年密切合作拼搏所获得的, 充分挖掘LDPC信道纠错编码的技术潜力。

2.3 其他有关内容

1) 灵活的服务模型 (略) 。

2) 已选定MPEG-HEVC/H.265为核心视频编解码器 (codec) 。4K/8K-UH-DTV的图像分辨率格式分别为3 840 (像素) ×2 160 (扫描行) 和7 680×4 320 (两者都是16∶9=1.778的宽高比) ;但还有中间格式“5K”:4 800×2 160 (64∶27=2.370的宽高比, 更适合宽银幕电影片) 。而以上3种格式都是逐行扫描格式的, 对隔行扫描格式最高只支持到1 080i。

3) 实时运行环境:“已一致同意将定义一个基准档次 (baseline profile) ”, 并认为, “要实施交互式平台, 则必须包括HT-ML5等”。图5是各种基本档次和可选的特性。

4) 对回传信道没有介绍任何内容。

3 建议1:对ATSC 3.1版物理层增加单载波调制的可选项

3.1 预计ATSC 3.0物理层将采纳笔者建议的不同调制模式之融合系统框架结构

2011年11月11日, FOBTV在上海成立半年后, 笔者发表论文[8]:建议国际通用的DTTB传输标准3.0版采纳类似中国地面国标[9]的融合系统框架结构, 可融合3种类型的调制模式。具体的建议是:数据帧结构可有3个层次, 即数据超帧 (super-frame) 、数据帧 (frame) 和数据子帧 (sub-frame) 。而其中数据子帧是基本单元和重点, 从时间域来看, 有帧头和帧体 (负荷, payload) 两大部分 (图6) , 并按其采纳的调制模式和插入导频 (pilot) 信号方式的不同, 可分为3大类型。

1) 纯多载波系统 (简称类型M) :数据子帧的帧头部分完全空白, 没有PN码导频信号 (其输出频谱两侧能自动形成“陡降特性”, 下面的类型H则不能) 。PN码导频信号全部插入帧体 (负荷) 部分, 而且帧体 (负荷) 的其余绝大部分采用OFDM调制 (故称为纯多载波系统) 。DVB-T、DVB-T2及ISDB-T都属于这类。

2) 单载波/多载波混合 (Hybrid) 系统 (简称类型H) :数据子帧的帧头部分插入PN码作为导频信号 (与类型S相似, 因而它具有单载波的属性, 并丧失纯多载波系统输出频谱自动生成“陡降特性”的特征) , 其帧体 (负荷) 绝大部分采用正交频分多工 (OFDM) 调制, 因而称为单载波/多载波混合系统。其帧体 (负荷) 部分可插入PN码导频信号 (与类型M相似) , 但也可不插入 (如中国地面国标-C=3 780可选项, 其前身是TDS-OFDM) 。

3) 纯单载波系统 (简称类型S) :数据子帧的帧头部分插入PN码作为导频 (pilot) 信号, 其帧体 (负荷) 部分则是n-VSB (n=2, 4, 8, 16, …) 或n-QAM (n=4, 16, 64, 256, …) 等单载波调制 (当然从逻辑上讲, 其帧体部分也可像类型M或类型H那样插入PN码导频信号) 。ATSC 1.0版 (及2.0版) 和中国地面国标-C=1可选项具有与类型S相似的基本结构。

预计:DVB对ATSC 3.0版的提案 (还有日本等机构的提案) , 可能沿袭DVB-T或ISDB-T的传统 (技术及专利) :其数据子帧的帧头部分 (也称保护间隔, GI) 为空白, 即属于上述类型M。而中国提案则可能有所不同而采用上述类型H (沿袭中国地面国标的技术及专利) [注4]。

[注4]中国提案可能延续地面国标[9]的优势而采纳单载波/多载波混合系统 (类型H) 。但它为了避免TDS-OFDM的专利问题而与地面国标-C=3 780的不同之处可能是:除了在数据子帧的帧头部分以外, 还在其帧体 (负荷) 部分插入PN码导频信号。当然它还需要同DVB-T或ISDB-T有所不同。

如果ATSC 3.0版物理层准备“融合”类型M和类型H (特别是要同类型M有所不同) , 势必将采纳笔者论文[8]建议的融合系统 (包容各种先进调制技术) 。如果这样, 它已预留上述类型S可作为ATSC 3.1版新增加调制模式的可选项[注5]。

[注5]ATSC 3.0版物理层目前的提案为何没有单载波的可选项?笔者以为:ATSC 3.0版 (其物理层是重点) 面临的巨大现实需求是宽带网络 (互联网) 的崭新市场机遇, 重点要解决DTTB网络与宽带网络的“无线融合”。特别是从图4可看出:其右下侧就是宽带网络的输出口。或者说, 采纳ATSC3.0版物理层后的地面广播业者的下一代播控平台站就成为实实在在的宽带网络 (互联网) 的网站。

美国2009年6月底完成关闭模拟电视后, 腾出“700 MHz频段”的108 MHz“空白频谱” (占总频谱资源的1/3) 。这些空白频谱在2008年夏进行公开拍卖时, 卖出约60%, 而中标者都是电信公司。然而这些年来, 中标的电信公司似乎并没有从这些频谱所开展的服务中获利。究其技术方面的原因可能是:2011年IEEE802.22 WRAN标准中最高的有效比特率也仅22.69 Mbit/s (其信道编码效率为22.69 Mbit/s÷6 MHz=3.78 bit/s/Hz, 而纠错编码率为5/6) , 不适合低成本、大规模发送视频服务。而本文图4的率失真曲线在纵坐标中部的A/53左方, 即有大于3.5 bit/s/Hz的结果 (信道纠错编码率2/3, 与上述5/6相比, 可容忍的误码率为2倍关系) 。而且图4曲线的右上方最高可达大于8.5 bit/s/Hz, 这可能是由于WRAN标准中的数据结构较短, 导致在传输视频服务时, “头部开销”过大, 又没有把LDPC针对固定接收和移动接收两种服务而有区别地采纳“长码”和“短码”2种长度的码字。

另一方面, 美国拥有电视节目源的主体就是地面广播业者, 如CBS, NBC, ABC, FOX等4大商业公司和非盈利的PBS等。现在他们不慌不忙腾出手来, 从技术上制定ATSC 3.0版来解决DTTB网络与宽带网络“融合”的技术标准, 以开拓这方面的崭新市场。或者说, 他们优先考虑通过自办宽带网络的网站, 向平板电脑和手机接收的用户提供完全崭新的服务 (室内接收、手持接收和移动接收) , 而不是优先考虑向传统的“屋顶 (室内) 天线”固定接收用户提供原有服务的升级版本。后者可留待下一步再解决。

换言之:实际的市场需要侧重解决图4率失真曲线应用的左下部、中左部和中部, 而不是其右上部和右上端。因此, 提案单位提出的技术方案只有类型M和类型H, 才符合美国地面广播业者自办宽带网络 (互联网) 的网站迅速进入现实崭新市场的迫切需求。

美国地面广播业者是否会继续对“700 MHz”中108 MHz剩余的40%, 通过FCC的拍卖获得许可证和使用权后, 2017年起主动开展宽带网络 (互联网) 的崭新服务, 或者同时与电信界 (已拥有该频段60%的许可证和使用权) 合作, 采用ATSC 3.0版开展同样的崭新服务, 值得人们继续跟踪。

3.2 单载波可选项的传统技术优势

ATSC 3.1版物理层增加单载波调制的可选项内容后, 可使ATSC 1.0版和地面国标-C=1这2种纯单载波系统 (类型S) 的下述技术优势在今后有所延续而不致中断:

1) 现场测试的门限值较低 (与计算机仿真值有所不同) :在覆盖范围边缘地带 (fringe region) 的开阔田野中的现场测试[3]的门限值较低。它适用于AWGN模型主导的类似美国城市郊区的ATSC信号“屋顶 (室内) 天线”固定接收服务的典型接收环境。

因为, 1995—1996年美国广播业者内部曾有一场大争论:究竟采用ATSC还是DVB-T作为美国固定接收的标准?前者以CBS为代表;后者以总部设在华盛顿东北Baltimore的Sinclair Groups为代表。因为, 在大致相同的有效比特率时, 计算机仿真的结果相似。但后来进行的现场测试对比结果却证实:在固定接收服务中, ATSC的门限值有约4.0 d B的优势。此后1998年的澳大利亚现场测试和2001年的巴西现场测试又都证实这一结论[3]。

现在再来审阅图4的率失真曲线。其右上半部显然是为高比特率固定接收服务设计的:AWGN模型的应用中, 美国6 MHz带宽频道的最高有效比特率大于50 Mbit/s。那么, 在工程实现的现场测试中, 如果把类型S与类型M对比, 上述约4.0 d B的差距是否继续存在 (甚至扩大) ?如果是的话, 那么采用类型M (或类型H) 实现高比特率固定接收 (为“屋顶天线”用户们服务) 时与采用类型S相比, 对于相同的覆盖范围其发射功率将是后者的约2.5倍 (约4.0 d B) 以上 (类型M与类型S相比, 还有发射功率峰均比 (PAPR) 稍大的不足) , 其后果是增加电磁污染和电能耗、增加成本[注6]。

[注6]2016年夏的巴西里约热内卢奥运会要采用ATSC3.0版+MPEG-HEVC/H.265视频等, 实现4K/UHDTV的DTTB试验性广播, 看来只会采用其纯多载波可选项 (类型M) 或单载波/多载波可选项 (类型H) 。但从今后来看, 采用单载波可选项 (类型S) , 充分发挥其优势, 可显著降低成本。

2) 抵御同频道干扰 (CCI) 和邻近频道干扰 (ACI) 的性能较好:1996年9月美国“大联盟 (GA) 样机”的高比特率固定接收的实验室测试结果报告草案表明:ATSC (与类型S相似) 有良好的抵御CCI和ACI的性能。中国地面国标[9]2006年8月批准前的测试报告也表明:其C=1可选项 (与类型S相似) 与C=3 780可选项 (与类型H相似) 在高比特率固定接收时抵御CCI和ACI性能的对比中, 前者性能较好[注7]。

[注7]1995—1996年ATSC确定有效带宽为5.38 MHz时考虑到:模数并存的过渡期内大中小模拟和数字发射功率将并存的特性 (若干NTSC的发射功率特别巨大) , 在有效带宽内保证1套高质量的HDTV前提下, 尽量缩小其有效带宽, 以便获得较好的ACI性能, 方便过渡期内的频率规划, 尽快关闭模拟制地面电视广播。并经过几次频率调整, 腾出“700 MHz频段”, 以供拍卖 (少数保留为公共专用) 。为此, 不得不忍痛降低约5%的有效比特率。

现在ATSC 3.0版的有效带宽面临2种可能:1) 维持原5.38 MHz数值不变;原有的频率规划不需修订。但可能性较大的是, 收回1996年时忍痛降低的约5%有效比特率;2) 由于原大功率NTSC模拟电视台完全关闭, 严重的NTSC对ATSC 1.0版DTTB的ACI干扰已不复存在。而当前和今后较长时期内, 频率规划只需考虑DTTB相互间的ACI。那么FCC就可考虑采纳新的“有效带宽比”, 并对原有的频率规划进行一次重大修订。例如, ATSC 3.0版可采纳“有效带宽比”为约0.95, 就可适应类型M和类型H等不同提案的融合 (可选项为多种, 其中仍可保留原5.38 MHz) 。如果“有效带宽比”有约0.95的可选项, 那么从中国地面国标的测试经验可知:类型S (与地面国标-C=1相似) 抵御CCI和ACI的性能, 比起类型H (与地面国标-C=3 780相似) 要好些 (而与类型M相比会更好些) 。

3) 单载波系统更有利于采用宽带发射机实现M-SFN的组建省级/大区域DTTB网络[4,5,6];特别是ATSC 1.0版 (还有2.0版) 的“有效带宽比”稍小, 更有利于采用宽带DTV发射机 (请参阅[注3-4]和第5.3节) 。

4 建议2:增加“单频道方案” (仅使用指派频道) 实现“回传信道”的可选项[3]

据悉, ATSC 3.0版物理层的“回传信道”将采纳“空白频谱方案”[注8]。因为, 从公开发表的文章来看, 目前有加拿大通信研究中心 (CRC) 牵头的4个组织 (其余3个分别是西班牙Basque州立大学小组、韩国ETRI和日本NHK科研所) 正在合作提出建议, 采用“分层云传输 (layered cloud transmission) ”技术实现ATSC 3.0版物理层所需的回传信道 (包括上行链路) (本文从略) 。

[注8]“空白频谱”可分为三大类 (对某特定的地理域覆盖范围而言) :1) “700 MHz频段”以下的地面电视频谱 (以UHF频段为主) 中已指派而尚未动用的、或尚未指派的频道;2) “700 MHz”频段内的类似地面电视频道;3) 现存ATSC 1.0版2个频道之间的“空隙 (Gap) ”有6.00 MHz-5.38 MHz=0.62 MHz, 可动用的频谱每个频道约0.5 MHz。

4.1 动用“空白频谱”的优缺点

其优点有:容易把ATSC 3.0版物理层与和IEEE802.22 WRAN标准 (回传信道需要动用“空白频谱”, 适用于农村地区) 协调;可促进电信业与地面广播业的公平竞争或合作。但ATSC也可采纳不同的技术, 并与之公平竞争。而从图4来看, ATSC 3.0版物理层将采用后一思路。

其缺点有:1) 仅适用于美国等频谱法规允许动用“空白频谱”的国家。2) 即使就美国而言, 在纽约等大城市人口密集地区 (收视率和经济效益最高) , 往往没有“空白频谱”可供使用。地面广播业者如果要在这些地区实施“回传信道”, 就不得不动用DTTB网络以外的其他通信资源 (如光纤、有线或卫星网络) 。这对于资金雄厚的地面广播业或电信巨头, 没有任何困难。但对于中小广播者来说, 如果他们需要在这类地区实时报道某种突发事件, 就不得不付出高额费用来临时租借别家公司的网络 (不能动用已拥有许可证的指派频道) , 导致他们在市场竞争中处于不利地位。

4.2 增加具有双向回传信道的“单频道 (指派频道) ”可选项[3]

为此, 本文建议在ATSC 3.1版物理层增加具有双向回传信道的“单频道 (仅使用指派频道) ”可选项, 它不依赖于“空白频谱”。而其基本技术措施是:既可采用时分半双工 (Time Division Duplex, TDD) , 也可采用频分半双工 (Frequency Division Duplex, FDD) , 更可采用TDD/FDD两者的组合。

在考虑“回传信道”后, DTTB网络共有4类数据流:上行回传信道 (Up Return Channel, Up-RC) 、上行数据流 (Up Streams, Up S) 以及下行回传信道 (Down Return Channel, Dw-RC) 、下行数据流 (Down Streams, Dw S) , 它们的基本单元都是数据子帧。

Up-RC和Dw-RC是保证每个用户都能同广播业者的下一代播控平台 (Next Generation Broadcasting Platform, NGBP) 实现“一对一”的双向连接, 其有效比特率稍低 (可确保重要指令、话音、短信、图片和小尺寸视频等信息) , 而稳健性 (Robustness) 要高些。而Dw S和Up S则是携带数据量较大的、比特率较高的“有效信息”, 其稳健性稍差。其中Dw S首先是传统的电视节目数据流 (或在凌晨“空闲时段”给用户发送“下载后再观看”的免费或低交费服务) 。而其中Up S则偶然由广播业者动用于现场实况的实时广播 (某种敏感的突发事件) 。当然, Up S也可由个别用户向广播业者提供的实时视频新闻节目源 (如高速路的车祸/堵塞现状或旅游地/超市拥挤的手机拍摄视频新闻) 等。

TDD或/和FDD应用于指派频道的双向传输, 可有下述3种技术组合模式。它们各自的基本单元在时间域都是以数据子帧为基本单元, 相互间为“先后顺序排列的”串联关系 (in series) 。而且它们相互之间在时间域或频率域都已设计某种对应的“保护间隔 (Guard Interval, GI) 。

1) 仅采用TDD的模式:适用于第3.1节的纯单载波系统 (类型S) , 以发挥单载波调制的某些技术优势 (见第3.2节) , 其数据子帧可分为4类:只含Up-RC、只含Up-RC/Up S、只含Dw-RC以及只含Dw-RC/Dw S。其时间域的位置可考虑:Up-RC或Dw-RC设置在数据子帧的帧体 (负荷) 部分之起始端或全部 (紧接在在PN码导频信号后, 并采用BPSK/QPSK调制) ;而Up S或Dw S则设置在数据子帧的帧体 (负荷) 部分之尾部或全部 (即下个数据子帧之前) 。

2) 仅采用FDD的模式:适用于第3.1节的纯多载波系统 (类型M) , 其数据子帧也分为4类。它们在频率域的位置可考虑:Up-RC或Dw-RC设置在有效带宽的频率域低端 (占用部分子载波的低端, 并采用BPSK/QPSK调制) 或全部;而Up S或Dw S则设置在有效带宽的频率域高端或全部。

3) TDD和FDD组合的模式:适用于第3.1节的单载波/多载波的混合系统 (类型H) , 其数据子帧也分为4类。它们的设置可考虑:Up-RC或Dw-RC采用TDD模式;Up S或Dw S则采用FDD模式。

4.3 ATSC 3.0版物理层给广播业者运营宽带网络提供崭新服务的巨大机遇

从图3的“信息内容发送”图解可看出, 广播业者 (Broadcasters, 在美国是指地面广播电视运营者) 下一代播控平台的输出有并行的两大类:1) 中下部就是传统DTTB输出;2) 右下部则是崭新的“传统”宽带网络 (互联网) 输出, 成为实实在在的一个网站。因此, ATSC 3.0版物理层给广播业者带来运营宽带网络崭新服务的巨大历史机遇[注9]。

[注9]此外, 就美国而言, 对已从拍卖获得“700 MHz频段”许可证的电信界, 究竟继续采用IEEE802.22的WRAN标准, 还是改用ATSC 3.0版推进服务 (或与地面广播业者进行合作) , 有待跟踪观察。

但从总有效比特率的数值大小和分配角度来看, 广播业者实际运营传统DTTB网络与宽带网络 (互联网) 时, 提供的崭新服务可粗略划分为3大类:

1) 服务类型B/T:宽带网络 (互联网) 为主, 传统DTTB网络为辅。其总有效比特率较低, 而且大部分分配给前者, 其稳健性较高 (分配给后者的是小部分, 当然也可改用比特率稍高, 而稳健性稍差的模式) 。它适用于大城市人口密集地区的运营, 优先考虑宽带网络用户的手持接收和移动接收的崭新服务“无穷发展”需求。而从图4的图解来看, 其绝大部分有效比特率的应用着重在该曲线的左中部和左下部, 这部分就是ATSC3.0版物理层需要优先解决的技术问题。

2) 服务类型B&T:宽带网络 (互联网) 兼顾传统DTTB网络, 其总有效比特率为中等 (两者大致对半分配、或六四开、或四六开) , 稳健性仍较好 (B或T的强健性可有不同模式) 。它适用于城乡结合部、人口密度稍低的地区, 兼顾宽带网络新用户和传统DTTB用户的需求。而从图4的图解来看, 其应用着重在该曲线的中左部和中部, 这部分就是ATSC 3.0版物理层接着需要着重解决的技术问题。

3) 服务类型T/B:传统DTTB网络为主, 宽带网络 (互联网) 为辅, 其总有效比特率较高 (大部分分配给前者) , 但稳健性稍差 (后者仍可采用稳健性稍好的模式) 。它适用于人口较稀少的城市郊区或农村地区, 以传统的“屋顶 (或室内) 天线”固定接收用户为主, 宽带网络新用户为辅。而从图4的图解来看, 其应用着重在该曲线的右中部和右上部。至少对于美国的地面广播业者而言, 这部分可“不慌不忙”下一步再解决, 因为传统的市场他们已拥有约75年。

以上的划分可能仅适用于白天的上班时段。除了每天19:00至24:00的黄金时段 (还有节假日) 和00:00至06:00用户数较少的“空闲时段”以外, 各地广播业者都可因地制宜灵活交叉使用上述不同的类型。而如何实现最佳组合, 还有待今后各地广播业者依据其原有的节目源优势, 探索崭新节目源类型, 提供崭新服务, 满足崭新市场需求, 获得最佳的社会效益和经济效益。

表2列出的内容是以总有效比特率在4大类数据流 (Up-RC, Dw-RC, Up S和Dw S) 之间的大致分配和可能用途进行估计, 供读者参考和探讨。

注: (1) 移动:小轿车和公交车的移动电视接收 (时速近400 km/h的中国高速列车的移动接收需特殊设计) ;手持:平板电脑和手机的接收;固定:传统的“屋顶 (室内) 天线接收”。 (2) Up-RC和Dw-RC归入宽带网络;而Dw S (和Up S) 则归入DTTB网络。Up S一般仅在突发事件时应用。 (3) 与“光纤到户”相比, 其有效比特率较低, 如500个用户同时使用时, 其“双向对话”的平均比特率仅约10~18 kbit/s, 但能可靠工作, 足以传输短信、话音、图片 (和小尺寸视频) 或各种交互式信息 (特别是“握手”用的联络指令) 等, 可实现低速宽带网络的全部功能。而Dw S移动电视所对应的总比特率、则可提供1~6套SDTV (后者相当1套HDTV) 。 (4) Up S一般是广播业者在其服务地域中出现敏感的突发事件时使用 (请见下面的专门说明) 。 (5) 与 (3) 相比, 数值有所增大, 但稳健性下降, 但也可增强其稳健性而降低其对应的有效比特率数值。 (6) 可提供6~12套接近演播室质量的SDTV (5套可折算为1套HDTV) 。 (7) 与 (3) 和 (5) 的对比讨论类似对 (5) 的说明。 (8) 可提供18~32套接近演播室质量的SDTV (5套可折算为1套HDTV) 。

然而, 有下述几类特殊的应用情况可作专门说明:1) 紧急信息的应用:出现紧急事件时 (如各种“天灾 (地震、台风、水灾和疫情等) ”和“人祸” (恐怖事件) ) , 可通过Dw-RC (直接通报“已连接”的用户) 和Dw S (当时播出的所有节目源) 提供“紧急信息”的内容及各类人群应采取的对应措施。

2) 突发事件的应用:在出现类似美国纽约世贸大厦“9·11”事件、波士顿马拉松枪击案或中国昆明火车站等恐怖事件时, 广播业者除了采取“紧急信息的应用”模式以外, 还可临时动用Up S把该突发事件的音视频数据 (包括现场采集的视频、效果声、对话和讲解等) 上传到下一代播控平台, 然后再以Dw S在其主频道节目中进行现场实况播出 (real time broadcasting) , 并暂时中断其原有的节目。当然, 这个节目源也可由某用户通过手机或平板电脑拍摄后, 通过Up S而直接提供 (广播业者自己无需派人到现场) [注10]。

[注10]Up S使用时, 其有效比特率至少保证1套DVD质量SDTV所需, 这就不得不临时挤占其他数据流的有效比特率 (见下面说明) 。但其总时间延迟 (time delay) 可争取做到小于2 s (显著小于卫星链路的时间延迟, 成本又极低) 。

需采取的临时措施有:1) 临时降低其他Dw S节目源 (或Up-RC/Dw-RC) 的平均比特率。例如降低其清晰度或者缩小其显示图像的几何尺寸;或采用电视的“降帧技术 (帧频减半) ”;插入的广告也可改为静止图片。

2) 与此同时, 在所有其他Dw S和Dw-RC中插入特殊的字幕通告 (附上小尺寸视频作为“画中画”) , 向所有观众通报此突发事件。

3) 凌晨空闲时段的应用:可开展各类非实时的免费或低交费的各类“信息下载”服务 (特别是视频节目) 。

4) 节假日时段的应用:各国、各民族和各地区都会有各自的特殊情况, 需因地制宜探索。

但不管怎样, 地面广播业者 (特别是美国) “万变不离其宗”, 在崭新的宽带网络 (互联网) 服务中, 需要继续发挥其固有的节目源优势 (并探索自己的新特色节目源) 。

5 建议3:增加“宽带DTV发射机+M-SFN (多频道单频网) ”的DTTB组网创新模式[4,5,6]

5.1 中国工程师们自主创新的“宽带DTV发射机+M-SFN”DTTB组网技术发展的回顾

2005年秋, 赵章佑教授提出其概念[6], 2007年底, 云南昭通市广电局[10]在中国首次实施2个高山台 (位于昭通市区东西两侧的高山上, 落差大于1 100 m) 上, 分别安装功率各为400 W的宽带DTV发射机, 组建M-SFN;共动用6个频道, 每个频道发射功率仅约35 W;采用中国地面国标前期方案ADTB-T传输和MPEG-2视频;其中1个频道提供1套SDTV移动接收服务, 其余5个频道每个提供约8套DVD质量的SDTV服务 (总共约40套) 。

2014年6月24日, 叶进教授 (中国最大的发射机国企北京北广科技总工) 在山东烟台举行的“未来广播电视 (FOBTV) ”国际高峰论坛的报告[5]中, 除介绍该企业和国内外市场的概况外, 其技术部分则着重介绍宽带DTV发射机的框图及其优点:框图设计简化、节能环保, 在提高可靠性的同时又降低成本。湖南株洲的赵章佑教授最近则专门撰文[6], 系统介绍“宽带DTV发射机+M-SFN”组建DTTB网络的基本概念、技术要点和经验。

据悉, 在赵章佑教授的协助下, 中国中部某省级有线网络公司采用“株洲经验”[4]的“有线 (有限) 网络, 无线 (无限) 延伸”和“宽带DTV发射机+M-SFN”DTTB组网创新模式等, 2013年内总共在23个县级的地域, 共架设102个发射台站, 在各个县域范围内实施4个频道的中国地面国标-C=1+AVS视频 (双国标) +M-SFN, 可提供36套DVD质量的SDTV, 到2014年上半年的总用户数达23万。这种崭新的DTTB组网创新模式, 为模数并存的过渡期内和结束后, 省级广电部门实施全省统一的4个频道的M-SFN, 准备了技术条件 (需有计划进行几次频率优化调整) 。

从2007年底到2013年底, 我国工程师们奋斗而得这种崭新技术模式, 又“上一层楼”:从技术升级到实施规模扩大到省级/大区域网络。这样大规模的“宽带DTV发射机+M-SFN”DTTB组网创新模式的案例, 就笔者接触到的美欧日等发达国家的资料, 没有见过先例。

5.2 组建DTTB网络的2种模式:传统模式和创新模式

5.2.1 传统DTTB组网模式

传统模式DTTB组网的发射端框图见图7, 多台DTV发射机 (可能还有ATV (模拟电视) 发射机) +1台射频复用器 (RF-MUX, 多工器) , 而节目源和发射机之间还有多台调制器/激励器。

DTTB网络在县级地域、地市级地域和省级地域扩展时, 其发送端也采用类似的框图。

传统模式的优点是:1) 模拟电视时代已大量采用;技术成熟。进入DTV时代继续采用, 特别是大功率的应用 (单个频道的平均功率大于1 k W) 。2) 单频道DTV发射机整机的电效率较高, 可达35%。3) 用户总人数与管理总人数的比例较高, 有利于日常运行管理 (特别方便保证信息安全和可靠, 它与电信的小蜂窝网成为2种相辅相成的模式) 。

传统模式的缺点是:1) 多路射频信号复用, 必定采用射频复用器[注11], 需支付设备和运营的成本 (还占用机房较多的空间) 。此外, 为了解决其“温度漂移”问题, 机房环境温度也有要求, 增加成本。2) 其插入损耗 (Insertion Loss;含短馈线) 则转化为热能而白白浪费掉, 不符合绿色低碳产业的国际战略需求。3) 近距离或中距离的场强过大, 也实属电能量浪费和电磁污染[注12]。

[注11]2009年10月, 汤旭光先生在报告[11]中提到某欧洲著名公司RF-MUX产品的单个频道之插入损耗≤0.5 d B, 但其价格昂贵。而国内产品价格虽然低廉, 但性能稍差:2014年8月, 笔者从网络搜索到广西桂林某公司的“八合一”RF-MUX产品性能[12]是:当8个DTV信号同时复用时, 插入损耗≤1.5 d B。

[注12]以湖南高山台系统为例 (请访问www.hndmtv.com) , 由于采用无方向性天线, 在近场或中近场必有无人区或人口稀少地区, 而信号过强, 纯属浪费。北京的CCTV大塔采用无方向性天线, 导致北京西部、西北部和北部山坡上的信号“绰绰有余”, 也纯属浪费。

另据发射机专家称:RF-MUX在多个信号输入时 (特别是ATV与DTV并存时) , 由于不同频道的中心频率不同, 对天线、长馈线、短馈线以及输入/输出连接部件的阻抗匹配和驻波比之调节, 往往“顾此失彼”;因而造成多个功率信号输入复用时与单个信号输入时相比, 各个频道的插入损耗都将增大 (而RF-MUX制造企业一般不公布其实测数据) 。

5.2.2 中国自主创新的“宽带DTV发射机+M-SFN”的DTTB组网技术 (简称“创新模式”)

宽带DTV发射机和M-SFN (多频道单频网) 的基本概念:所谓“宽带DTV发射机”就是1台发射机的带宽为n个频道 (2≤n≤8, 目前n不宜过大) , 可同时发射M个频道 (M≤n) 的DTTB信号, 其总带宽对中国而言等于n×8 MHz (最高不宜超过64 MHz) 。在其有效带宽内, M个频道可以是相邻的, 也可以是隔频道的 (即中间有“空白频道”) 。而所谓“M-SFN”则是一种DTTB省级/大区域组网模式:首先在同一县级区域内的不同发射台站采用统一的M个频道 (推荐总数为4个, 共4个中心频率) 组建单频网 (Single Frequency Network, SFN) ;然后逐步扩展到相邻的县级区域、地市级区域、相邻的地市级区域, 最后到全省的省级大区域。

而把上述这2种自主创新的技术有机结合起来, 可简称为DTTB组网的“创新模式”。它在过渡期内和结束后, 用较低的成本完成模数过渡, 并显著节约地面电视频谱资源, 方便安全播出和省级地面国标的频率规划/网络管理。而这种“创新模式”正是中国工程师们在采用小功率或中功率 (每个频道不大于500 W) 覆盖地市级和县级地域的地面国标工程实施中, 通过6~7年来勇于创新、反复实践和不断完善的硕果。

创新模式DTTB组网的发射端框图[5,6]见图8:N路 (N=2, 3, …, 8) 节目源输入1台多频道调制器/激励器 (含小功率射频复用器和本地10 MHz晶体振荡器) 和1台宽带DTV发射机。其中省略功率级的RF-MUX (还有短馈线) , 彻底消除其插入损耗 (还有其温度漂移问题) 。

创新模式的优点:

1) 粗略对比图7和图8的设备总数量 (表3) 可看出, 创新模式的框图设计简化, 在提高可靠性的同时降低了成本[5,6]。

注: (1) 采用DVB-T (DVB-T2) 或地面国标-C=3 780, 都依赖于精度至少为10-12的GPS系统, 成本较高。 (2) 采用类似地面国标-C=1的单载波系统 (类型S) 。并从保证可靠性考虑, 所有设备 (电源、主模块、时钟系统、监控显示器等仪表) 和控制软件, 都有足够的备份。 (3) 据悉, 国产新型的多频道调制器/激励器 (含小功率视频复用器) 的主要电路都安装在1U机柜的1块大电路板上。它与传统模式图7相比, 不仅省略很多设备间的外部连线, 就连机柜内部的插接件也大幅度简化, 因而在显著提高可靠性的同时, 却又可降低成本。 (4) 其成本低廉 (不足20元) , 但其精度和频率稳定度能保证10-9, 符合地面国标-C=1组网所需的10-8[6]。 (5) 有类似 (3) 的大部分情况, 占用机房的空间较小, 特别适用于DTTB组网时需采用的大批室外型小功率“无人值守”的“空隙填充器 (gap filler) ”。

2) 从图8与图7对比 (及表3最后一列) 可看出, 创新模式省略RF-MUX, 从彻底消除插入损耗, 符合节能环保的绿色低碳产业国际战略需求。表4是传统模式和创新模式在插入损耗方面的对比。

(以空中发射1 k W功率为例。单频道DTV发射机的电效率按35%估算;而宽带DTV发射机的电效率则按25%估算)

注:射频复用器采用空冷或液冷都需额外的电能耗;对机房的温度也有一定要求 (也需额外的电能耗) 。把这两方面因素考虑进去, 那么表4中创新模式可能与传统模式插入损耗约1.0 d B的结果相当或稍优。

3) 体积、能耗都大大减小, 因而可节省机房空间 (包括新建台站成本低) , 特别适用于“无人值守型”中小功率的“转发站”或“空隙填充器”。

创新模式的缺点:

1) 功率放大的非线性效应:除了单个频道带内性能恶化外 (表现为带内的MER值下降[6]) , 几个工作频道相互间的交叉调制 (cross modulation) 也会导致MER进一步恶化 (地面国标-C=3 780由于其多载波的性能, 比起C=1更要差些) 。

2) 在工作频道 (已确定具体的频道数) 之外还会出现较强的“杂散干扰 (spurious interference) ”, 严重影响被干扰频道的正常工作 (不得不采用“陷波器”, 需额外的电能耗和成本) 。

3) 多个频道宽带发射机的整机电效率还不如单个频道的。

据悉:可工作于单个频道的1 k W DTV发射机, 采用创新模式和地面国标-C=1+AVS视频 (双国标) , 并动用4个频道工作时, 每个频道可有不大于250 W的发射功率, 而整机电效率可达25%。

5.2.3 传统模式与创新模式具有相辅相成的关系

综合上面的讨论可知:传统模式目前在大功率 (每个频道1 k W以上) 覆盖时, 其成本及可靠性均优于创新模式, 适用于人口密集、平原地区的大城市 (或者高山台) DTTB组网。而创新模式在中小功率 (每个频道不宜超过250 W) 进行DTTB组网覆盖时, 其方案简单、成本较低 (与传统模式相比, 可节省成本约40%) 。它特别适合于中国大多数地市级和县级中小城市及边远山区的DTTB组网覆盖, 也适用于大功率覆盖的盲区采用“空隙填充器”的转发覆盖。因此, 创新模式在一定时期内与传统模式相辅相成、互为补充, 对DTTB组网做出贡献。中国工程师们创造的经验, 不仅适用于所有发展中国家, 也同样适用于所有发达国家。

但创新模式毕竟是有发展前途的高科技新硕果, 如果再经过中国工程师们今后6~7年的持续努力, 其性能可望继续提高:如每个频道的发射功率可望提高到约500 W, 总发射功率提高到2 k W或更多, 发射机整机的电效率提高到约30%。而当这些目标实现时, 将进一步证实表4的讨论:创新模式符合节能环保国际绿色产业的战略需求。传统模式与创新模式的相互主次关系 (从市场份额来看) 今后可望逐步转到“七三开”、“六四开”、“平起平坐”, 直至“主次关系彻底颠倒”。

5.3 创新模式特别适用于ATSC标准的中小功率组建DTTB网络

5.3.1 ATSC1.0版的应用 (2.0版类似)

ATSC 1.0版 (还有2.0版) 的有效带宽比 (有效带宽/带宽) 稍小 (表5) , 更有利于采用宽带DTV发射机, 因而更有利于采纳创新模式。因为, 文献[6]中已经提到:在地面国标-C=1的应用中, 如果宽带DTV发射机采用的频道总数“乘2”时, 其MER将劣化约3.0 d B (动用4个频道与单个频道相比而“乘4”时, MER将劣化约6 d B) 。因而, 对其宽带发射机提供输入信号的多频道调制器/激励器输出的MER指标提出较苛刻要求。

注:DVB-T2和ISDB-T类似DVB-T, ATSC 3.0版很可能采用有效带宽比约0.95可选项 (请参阅[注3-4]) 。

而ATSC 1.0版的有效带宽比与地面国标相比稍小。上述“乘4” (即M-SFN中的M=4) 时MER将劣化约6 d B的情况是否会缩小到约3 d B (或更好) ?或者输出的发射功率可增加约3 d B (乘2倍) ?

5.3.2 创新模式在ATSC3.0版和3.1版物理层的可能应用

由前面的讨论, ATSC 3.0版可能对“有效带宽比”修订而增加约0.95的可选项 (原5.38 MHz仍为可选项) 。这时, 文献[6]提供的创新模式对地面国标-C=1或C=3 780调制器/激励器MER指标测试的有关讨论, 可供ATSC 3.0版物理层的纯多载波系统 (类型M) 、单载波/多载波混合系统 (类型H) 以及本文建议的ATSC3.1版单载波可选项 (类型S) 提供重要参考[注13]。

[注13]DVB-T, DVB-T2和ISDB-T, 还有ATSC 1.0版和ATSC 3.0版的类型M或类型H, 同ATSC 3.1版可能有的类型S, 都可以采用“宽带DTV发射机+M-SFN”组建DTTB网络创新模式。但根据中国地面国标-C=1与C=3 780的经验来看, 类型S (含ATSC 1.0版) 的性能要稍好些。

6 小结

1) ATSC 3.0物理层很可能采纳类似中国地面国标的融合系统[8]:既可容纳纯多载波系统 (类型M, 如参照DVB-T或ISDB-T的提案) , 也可容纳单载波/多载波混合系统 (类型H, 如参照地面国标-C=3 780的中国提案, 但后者与C=3 780不同之处可能是, 在帧体 (负荷) 部分也插入导频信号。

2) 本文建议ATSC 3.1版物理层增加3方面技术: (1) 增加单载波调制可选项 (如n-VSB和n-QAM等) ; (2) 增加仅在单个频道 (即指派频道) 内实现“回传信道”, 不依赖于“空白频谱”; (3) 推荐中国工程师们自主创新的“宽带DTV发射机+M-SFN (多频道单频网) ”的DTTB组网技术, 它特别适用于有效带宽比稍小的ATSC 1.0版 (还有2.0版) 以及也适用于ATSC 3.1版 (可能对“带宽比”做修订) , 它还可应用到DVB-T、DVB-T2和ISDB-T, 但这些应用都限于中小功率发射 (每个频道一般不大于250 W) 。

7 补充

本文定稿和发稿之日 (2014年10月9日) 清晨收到上海全波公司夏劲松先生发自美国的邮件 (笔者在此特别感谢夏先生) , 通报Deborah D.MACADAMS先生2014年10月8日上午07:12 (美国西部时间) 在TV Technology网站发表重要通讯[13], 题目是:Sinclair和Technicolor实施ATSC 3.0的4K空中广播, 副标题是:第一个位于美国的演示 (4K-UHDTV的地面广播试验演示) 。Sinclair Groups是美国第二档的广播集团, 其总部位于这次试验的Baltimore市, 在华盛顿东北约150 km。该集团一直主张采用OFDM技术, 因此在这次试验中负责调制和传输部分, 并提供4K-UHDTV等各类节目源。而Technicolor则是高科技公司, 负责其余部分:音视频编码和解码, 还有极其重要的传送 (transport) 部分。

参照这篇新报道, 笔者可补充:

1) 这种试验平台和地面广播试验, 比起笔者设想的提前半年或更多。预计美国还会有第二个或第三个试验平台陆续出现。因而还可设想:美国地面广播业者最早于2016年圣诞节前夕启动ATSC 3.0版的市场 (产业化也加速) :用户有需求、手机和平版电脑需更新、机顶盒和电视机需更新 (4K-UHDTV机) 以及地面广播业者需尽快占领宽带网络 (互联网络) 的崭新市场。因而, ATSC 3.0版进入市场的日程表, 只会提前, 不会延迟。

2) 技术先进和质量优越; (1) 地面广播业者的“下一代播控平台 (NGBP) ”的输出既是“传统”电视服务的输出, 更是“传统”宽带网络 (互联网路) 服务的输出, 可实现无线“三网融合”。 (2) 信道纠错编码效率极高、不同稳健性 (Robustness) 时的各类服务的有效比特率极高, 其计算机仿真的率失真曲线更加接近Shannon理论极限。 (以上正文有说明)

摘要：ATSC正在积极制定ATSC 3.0版;预计2015年底将完成标准草案。提出其中可补充的3方面技术, 作为对ATSC 3.1版物理层的个人建议:1) 增加单载波调制的可选项 (n-VSB和n-QAM等) ;2) 增加“单频道方案” (仅使用指派频道) 实现“回传信道”的可选项, 作为“空白频道方案”的补充;3) 增加由中国工程师们自主创新的“宽带数字电视 (DTV) 发射机+M-SFN (多频道单频网) 技术”组建DTTB网络, 而当它使用于单载波系统的高比特率传输固定接收服务时 (如4K/8K-UHDTV) , 具有一定技术优势。

关键词：地面数字电视广播,ATSC,单载波,宽带数字电视发射机,多频道单频网

参考文献

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高一物理1对1教学计划 篇3

1 研究背景

我国的教育一直处于不断改革的进程中，《全日制中学物理教学大纲》（修订本）（人民教育出版社，1990年第二版）明确指出：“物理是一门实验科学.通过演示实验和学生实验，能够使学生理解物理概念、规律的建立与实验的关系，培养学生的物理实验能力.演示实验和学生实验对于培养学生学习物理的兴趣也是十分重要的.”

2003年教育部颁布了《普通高中物理课程标准（实验）》，其中在高中物理课程各模块都安排了典型的科学探究或物理实验，并且明确列举了高中生在科学探究和物理实验中应该达到的要求.

现在，“实验探究”又是热议的“学生物理核心素养”中关键成分的一个要素.综上，新课程改革除了要求学生掌握与实验有关的理论、方法和技能外，还对学生的实验素养、创新精神和创新能力以及实践能力提出了比以往更高的要求，这实际上为高中生物理实验能力的培养指明了方向.

2 理论探讨

2.1 物理实验能力

从心理学角度来讲，能力是顺利地完成某种活动所必备的心理特征.那么物理实验能力就是能顺利进行物理实验并达到物理实验目的要求的个性心理特征.

认知心理学的最新研究成果表明物理实验能力包括两种实验技能：一是动作技能，另一种是智慧技能.智慧技能对动作技能具有发动、指导、定向、监控的作用，而动作技能同时又是智慧技能的结果，可作为反馈为智慧技能的执行提供依据.物理实验活动的顺利开展便是动作技能和智慧技能密切配合、相互制约的结果，且智慧技能的作用随实验任务的复杂程度和难度的增加而增大，并且居于实验能力的核心地位.

2.2 物理实验能力结构

物理实验能力结构是由实验知识结构、实验操作技能结构、实验问题解决能力结构三部分构成，且它们之间是存在相互联系的整体结构.

物理实验能力结构是学生分析、解决实验问题的重要基础，在物理实验能力结构中，实验知识结构是整个实验能力结构的基础，实验知识结构是否丰富完整和组织有序决定着实验操作技能结构和实验问题解决能力结构的发挥.反过来，良好的实验技能结构和实验问题解决能力结构，又会促进实验知识结构的进一步完善.

因此物理实验能力的培养要求师生充分理解物理实验能力结构概念，特别是高中教师要在教学中明确分析物理实验能力结构的各个子结构及其之间的相互联系，在此基础上，依据教学目标，制定出相应的培养高中生物理实验能力的方法；同时对学生来说，知道物理实验能力结构的概念，有助于他们判断出自己物理实验能力结构上的缺陷，从而具有针对性的做出学习上的调整.

3 高中生物理实验能力培养途径

虽然《普通高中物理课程标准（实验）》中对科学探究和实验能力的要求有七项要素， 但新课标下的高考物理实验试题主要考查了其中的四项要素，依次是“制定计划与设计实验”、“进行实验与收集证据”、“分析与论证”与“评估”.而“猜想与假设”、“提出问题”与“交流与合作”这三项要素在实验试题中几乎没有体现.所以在这样的背景下，很容易导致师生重视考查的四项要素的培养.而忽略另外三项要素的培养.

本文提出的对高中生物理实验能力进行1+1+1培养是指在物理实验教学中实施“渗透培养”、“分层培养”和“整体培养”相结合的培养途径，具体来说就是在一个物理实验中，可以从“渗透培养”、“分层培养”和“整体培养”这三个视角来对高中生物理实验能力进行培养，并且不同的实验的侧重点不同，下面展开说明.

3.1 课堂演示实验对高中生物理实验能力的“渗透培养”

课堂演示实验是教师在课堂上结合教学内容、教学目标做的一些演示物理现象的实验，目的是加深学生们对物理现象、物理规律的印象.若教师能在物理实验教学中合理增加演示实验，并且在课堂上能恰当选择演示时机、正确选择演示方法，那么就可将物理实验能力诸要素的培养逐渐渗透到课堂演示实验的教学中，其实际培养效果往往比刻意培养更好，又可节约大量的教学时间.

教师在做课堂演示实验时，学生的注意力往往比较集中，此时教师若能选择恰当的演示时机、正确的演示步骤、方法等，便可轻易的就将高中生物理实验能力的培养渗透到演示实验教学中.恰当的演示时机的出发点是尽可能引起学生的兴趣，调动其积极性，尽可能多的让学生参与到演示实验过程中.正确的演示方法可以借助实物与多媒体演示，给学生以强烈的、真实的感官刺激，此时教师在适时的引导学生猜想、假设、设计与改进演示实验、提出问题、验证假设等，使学生对探究物理规律更感兴趣.下面就七个物理实验能力要素在课堂演示实验中的“渗透培养”作具体说明：

（1）“提出问题”、“猜想与假设”

对于抽象概念引入时，学生由于缺乏感性认识以及足够的知识储备，此时可以先以课堂演示实验设置悬念，引导学生提出问题、猜想与假设.对于复杂的演示实验教学，可以循序渐进的演示，边演示边引导学生提出问题、猜想与假设、再提出问题、再猜想与假设……

（2）“制定计划与设计实验”、“交流与合作”

课堂演示实验虽然是在给定实验器材、实验方案的基础上进行的，一般也不需要学生来制定计划、设计实验，但是教师可以在完成这个实验之后，鼓励学生思考该实验的不足之处，然后在此基础上加以改进，制定计划与设计实验.交流与合作已经贯穿在整个演示实验过程中，所以就不作具体说明了.

（3）“进行实验与收集数据”、“分析与论证”、“评估”

进行课堂演示实验时，教师不要因为让学生自己从数据中得出规律费时，就直接给出结论，而应该在演示实验过程中引导学生仔细观察、收集数据、分析论证，让学生自己得出实验规律.

3.2 学生实验对高中生物理实验能力的“分层培养”

学生实验是培养高中生实验能力和良好科学习惯的重要途径，但由于多方面原因，高中生不可能在每一个实验中都能兼顾到各种物理实验能力的培养，倘若能对所有的学生实验进行合理的教学编排，在某几个实验或某一个阶段重点培养高中生物理实验能力的某一个或多个要素，这种“分层培养”，既结合了课时现状，也兼顾了实验本身及教材的特点，能够起到切实提高教学的有效性和培养效果的目的.

本文将七个物理实验能力要素进行分层，第一层次能力：提出问题、交流与合作；第二层次能力：进行实验与收集证据、分析与论证；第三层次能力：猜想与假设、制定计划与设计实验、评估.例如“探究小车速度随时间变化的规律”主要考查的是学生第一层次能力；“探究平抛运动规律”主要考查的是学生第二层次能力；“探究加速度与力、质量的关系”主要考查的是学生第三层次能力.

具体举例说明如下：

（1）“探究小车速度随时间变化的规律”

该实验是学生进入高中后的第一个探究实验，此时学生们已经学习了打点计时器的相关知识，已经学会了瞬时速度的计算方法，因此在实验中，教师应该引导学生提出问题，让其进行合作交流.在具体实施过程中，逐步使学生从“敢问”、“敢交流”到“愿问”、“愿交流”直至“会问”、“会交流”，最终学会与他人合作.

（2）“探究平抛运动规律”

该实验是在学生已经掌握了运动的合成与分解以及自由落体运动相关规律之后.因此，教师在此理论基础上对学生加以引导启发，让他们运用已学知识去进行探究实验.可看出该实验突出“自主、合作、探究”的教学理念，通过“提出问题、确定方向、设计实验方案、合作探究、交流总结”等实验过程，使学生在自主学习、合作探究中不仅发现新知识，掌握新方法，而且其相应的物理实验能力得到提高.由此可看出对于第二层次能力，重点在完成实验、收集数据、分析与论证上，这时可淡化其它部分，突出培养重点.所以，实验前教师应该要求学生自己去了解所使用的仪器；实验中教师要多巡视，及时指出学生在实验步骤、实验方法、仪器使用、数据收集等方面的错误；实验后教师要让学生总结此次实验的成功与不足.

（3）“探究加速度与力、质量的关系”

在学习该实验之前，高中生已经掌握了力、质量、加速度、惯性等概念，知道质量是惯性的量度、力是改变物理运动状态的原因，会分析物体的受力情况.也已经学习了打点计时器的相关知识，即会利用打点计时器研究匀变速直线运动.此时，学生们根据已有的经验已经知道“物体的质量一定时，受力越大，它获得的加速度越大；物体受力一定时，它的质量越小，加速度越大”.因此猜想“a与F成正比”以及“a与m成反比”，此时又考虑到“a与m成反比”其实就是“a与1m成正比”，已知正比例函数图象是一条直线，因此，很容易看出a与m是否成反比.

教材上就“怎样测量（或比较）物体的加速度”给出了两种方法，对于物体做初速度为零的匀加速直线运动，一种是用刻度尺测量位移并用秒表测量时间，然后由公式a=

2xt2

算出；第二种由于a=2xt2，如果测出两物体相同时间内发生的位移x1、x2，即位移之比就是加速度之比.教材中就“如何为运动的物体提供一个恒定的合力”也给出了两个案例，为学生实验方案的设计提供了参考.综上，可看出此实验对学生重点考查的能力要素是：猜想与假设、制定计划与设计实验、评估.因此实验前教师应该鼓励学生大胆的猜想，同时也得教会学生们如何进行科学的猜想；实验中鼓励学生们根据猜想制定详细计划并设计实验；实验后引导学生对不同实验方案进行合理评估.

综上所述，“分层培养”看似破坏了物理实验能力培养的整体性，但其实质是为了让各个能力都能得到重点培养，最终实现高中生物理实验能力的整体提高.

3.3 课外探究实验对高中生物理实验能力的“整体培养”

该模块指的是结合课外探究实验对学生物理实验能力的七个要素进行整体培养，因此在探究实验过程中学生必须经历7个要素的完整过程，整体提高自己的物理实验能力.由于该模块是学生们主动探究的模块，学生是主体，知识是客体，教师作为媒体从旁起帮助作用，所以各种探究活动都需要学生自己去研究、探索，充分发挥学生的主动性、积极性.在该模块，教师还应了解学生的心理特征和认知结构，这是为了更好的把握探究内容的难度以及探究重心，由于高中生的物理知识结构还不完善，在这种情况下，课外探究实验设计的重心应立足于引导学生发现问题并探究相应的物理规律，以达到培养学生的物理实验能力的目的.所以如果课外探究实验能很好的贴近学生的生活，不仅可以提高学生对物理实验的兴趣，而且可以让学生感觉到物理贴近生活，从而产生对物理的亲切感.

针对“整体培养”的目的，在课外探究实验中应注意以下要领：

（1）提出问题

教师要引导学生针对所要研究的课题，从不同角度提出问题，而提出问题的途径有很多，比如观察现象、分析原因、提出问题；通过归类、找出共性、提出问题；通过类比、找出异同、提出问题等

（2）猜想与假设

在确定实验课题后，教师可引导学生通过已学的物理知识，结合日常生活经验进行猜想和假设.

（3）制定计划与设计实验

在确定了研究内容之后，学生们必须结合所要研究的课题，制定详细的探究计划，然后根据假设确定实验目的，根据实验目的思索实验原理，最后再根据实验原理确定实验器材（此处应该提供尽量多的器材供学生们选择）以及实验步骤.该过程由于学生们思维方式、认知水平的差异，将会制定出不同的实验方案，对于学生的设计方案，不能简单的用“好、坏”来衡量，而应该提一些建设性意见，供学生参考，让学生们自己去分析研究.

（4）进行实验与收集证据

学生进行物理实验时，对实验仪器的使用必须严格规范，并且要学会收集数据的方法，提前设计好数据记录表格，实验过程中如实、科学的记录数据

（5）分析与论证

数据处理时，学生可能收集了大量数据，但不知如何处理或处理不当，导致无法得出结论.因此教师要有意识的教导学生分析数据的思路和方法，并且鼓励学生借助图象、列表以及计算机等方式来处理物理实验数据.

（6）评估

在探究实验结束后，引导学生对整个实验过程进行评估，主要看实验方案、实验原理是否科学、实验步骤是否合理、实验仪器是否有利于数据的测量、实验结论是否与预想一致等.通过这些评估，找出优缺点，吸收经验，进一步改进实验方案，同时在评估时建议实行师对生评估、学生自我评估、学生间互相评估等方式.

（7）交流与合作

在该模块，交流与合作贯穿整个实验，教师既要鼓励学生之间的交流与合作，又得适当控制，避免学生之间出现闲谈现象.

高一必修1物理知识点 篇4

向心加速度(匀速圆周运动中的加速度)的计算公式：

a=rω^2=v^2/r

说明：a就是向心加速度，推导过程并不简单，但可以说仍在高

科里奥利加速度

科里奥利加速度

中生理解范围内，这里略去了。r是圆周运动的半径，v是速度(特指线速度)。ω(就是欧姆的小写)是角速度。

这里有：v=ωr.

1.匀速圆周运动并不是真正的匀速运动，因为它的速度方向在不断的变化，所以说匀速圆周运动只是匀速率运动的一种。至于说为什么叫他匀速圆周运动呢?可能是大家说惯了不愿意换了吧。

高一物理必修1牛顿三定律 篇5

1. 人类研究力与运动间关系的历史过程。

要知道伽利略的成功在于把“明明白白的实验事实和清清楚楚的逻辑推理结合在一起”，物理学从此走上了正确的轨道。

2. 力与运动的关系。

(1)历史上错误的认识是“运动必须有力来维持”

(2)正确的认识是“运动不需要力来维持，力是改变物体运动状态的原因”。

3. 对伽利略的理想实验的理解。这个实验的事实依据是运动物体撤去推力后没有立即停止运动，而是运动一段距离后再停止的，摩擦力越小物体运动的距离越长。

抓住这些事实依据的本质属性，并作出合理化的推理，这就是伽利略的高明之处，我们要学习的就是这种思维方法。

4. 对“改变物体运动状态”的理解——运动状态的改变就是指速度的改变，速度的改变包括速度大小和速度方向的改变，速度改变就意味着存在加速度。

5. 维持自己的运动状态不变是一切物体的本质属性，这一本质属性就是惯性。

揭示物体的这一本质属性是牛顿第一定律的伟大贡献之一。

6. 掌握牛顿第一定律的内容。

(1)“一切物体总保持匀速直线运动或者静止状态”——这句话的意思就是说一切物体都有惯性。

(2)“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”——这句话的意思就是外力是产生加速度的原因。

7. 任何物理规律都有适用范围，牛顿运动定律只适用于惯性参照系。

8. 质量是惯性大小的量度。

牛二定律

1、顿第二定律的内容和及其数学表达式——F合=ma。

牛顿第二运动定律的内容是物体的加速度与合外力成正比，与质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同。这里重点强调一下加速度的与合外力的关系：

①加速度的方向就是合外力的方向

②加速度的大小与合外力的大小是瞬时对应的。

2、要知道一牛顿力的物理意义，使质量为一千克的物体产生一米每两次方秒的加速度的力就是一牛顿，公式表示就是1㎏×1m/s2=1N。

在国际单位制中，力的单位就是这样推导出来的。

3、学习牛顿第一运动定律和牛顿第二运动定律后，应该对力和运动的关系作一小结：

(1)物体所受的合外力产生物体的加速度。

①当物体受到合外力的大小和方向保持不变、合外力的方向和初速度方向沿同一直线且方向相同，则物体做匀加速直线运动。

②当物体受到合外力的大小和方向保持不变、合外力的方向和初速度方向沿同一直线且方向相反，则物体做匀减速直线运动。

③在物体受到的合外力是随时间变化的情况下，物体的加速度也随时间性变化。

(2)加速度的方向就是合外力的方向。

(3)加速度与合外力是瞬时对应的关系。

4、在运用牛顿第二定律解题时，必须对研究对象作细致的受力分析。

(1)当物体受到几个力作用时，每个力各自独立使物体产生一个加速度，就好象其他力不存在一样.力的这种性质叫做力的独立作用原理.

(2)每个力产生的加速度与该力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与该力的方向相同，即有a1=F1/m, a2=F2/m ……

(3)当物体受到几个力的作用时，物体的加速度等于各个力单独存在时所产生加速度的矢量和，即a=a1+a2+a3……

牛三定律

1、牛顿第三运动定律的内容：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上。

2、应该能正确领会牛顿第三运动定律的物理意义，牛顿第三运动定律实质上揭示了物体间的作用是相互的，力总是成对出现的，物体作为施力物的时候它也一定是受力物。

要知道作用力与反作用力是同时产生、同时消失、同时同样变化、一定是同一性质的力。并且作用力和反作用力“大小相等、方向相反”的关系与两个物体相互作用的方式、相互作用时的运动状态均无关。

3、要能区分相互平衡的两个力与一对作用力、反作用力。

如何学好高中物理

1、预习

高中物理与初中有差异较大，无论是从知识要求的深度和广度，还是课堂的容量上，都需要我们在上课之前对所学内容有所了解。因此，在每次上课前，花一定时间(时间长度没有限制)将课堂上所学的知识预先浏览一下，熟悉课堂上所要学习的知识，明确课堂的重点，找出自己理解上的难点，从而做到有的放矢地去听课;另外，也能培养自学能力和独立思考能力。

2、上课

上课是获取知识的重要环节，也是学习的中心环节。上课时应该注意三个问题：

(1)主动听课

在教学活动中，应以教师为主导学生为主体，学生才是学习的“主人”，如果学生能够根据老师讲课的程序积极主动地思考，在理解基础知识的基础上，对难点和重点进行推理性的思维和接受，以主动的态度去听课，积极地进行思考，努力参与到老师的课堂教学中去，那么，学习效率一定会很高。

(2)注意课堂要点

要听好课，我们应善于抓课堂的要点，上课时，我们应有意识地去注意老师讲课的重点内容。有经验的老师，总是将主要精力放在突出重点、突破难点上，进行到重要的地方，或放慢速度，重点强调;或板书纲目，仔细讲解等;对于难点，就需要我们在预习时做到心中有数，到时候注意专心听讲。总之，我们要做到“会听课”。

(3)做到听课和做笔记两不误

有的同学一上课就不停的记不停的写，结果一节课下来一点都没有听到，不知道这节课老师讲了些什么?那么，应该如何处理好听课和做笔记的关系呢?我认为，上课时，应该把主要精力放在听课上，而不是做笔记上，笔记中要记的内容应该是：课堂重点、课堂难点、课堂疑点、补充结论或例题等课本上没有的内容，并不是教师的所有板书内容。总之，我们应该有摘要、有重点地记。有的同学从来就不做笔记，这也不好，特别是对于高中物理学习是不利的。因为我们的记忆是有限的，老师讲的内容转瞬即逝，我们对知识的记忆随时间延长会逐渐遗忘，没有做笔记我们以后复习有些内容就找不到。

3、复习

有的同学只要老师一布置了作业就会马上去做，觉得完成了作业，就完成了学习任务，就掌握了知识，结果是一边做作业，一边翻课本、笔记，到头来知识没有掌握。如果能够静下心来将每课堂课所学的内容进行认真思考、回顾，在此基础上再去完成作业就会起到事半功倍的效果。心理学研究表明：知识在学习最初的两三天内遗忘是最快的，也是最多的，所以，我们只有对知识进行及时的复习才能减少遗忘达到巩固知识的目的。

4、作业

在复习的基础上，我们再做作业。做作业的目的有两个：一是巩固课堂所学的内容;二是运用课上所学来知识解决一些具体的实际问题。因此，做作业时，应该认真对待，独立完成，积极思考，注意总结。应该明确“做题的目的是提高对知识的掌握水平”，切忌“为了做题而做题”。

高一物理1对1教学计划 篇6

教学目标: 1.知道物体位置改变的描述方式，掌握描述方式

2.学会物体快慢的描述，知道用速度来描述物体的快慢 3.学会区分几个速度的概念 4.让学生建立极限的观念 教学重点

速度、瞬时速度、平均速度三个概念，及三个概念之间的联系。教学难点

对瞬时速度的理解。教学方法

启发与自主学习结合 教学过程

（一）新课导入

教师：为了描述物体的运动，我们已经进行了两节课的学习，学习了描述运动的几个概念，大家还记得是哪几个概念？

学生：质点、参考系、坐标系；时间、时刻、位移和路程。教师：当物体做直线运动时，我们是什么方法描述物体位移的？

学生：用坐标系。在坐标系中，与某一时刻t1对应的点x1，表示t1时刻物体的位置，与另一时刻t2对应的点x2，表示t2时刻物体的位置，则xx2x1，就表示从t1到t2这段时间内的位移.教师：我们已经知道位移是描述物体位置变化的物理量，能不能说，物体的位移越大，物体运动得就越快？

学生：学生讨论后回答，不能。因为物体的位移与运动的时间有关。教师：那么，如何来描述物体运动的快慢？

教师：指导学生快速阅读教材中的黑体字标题，提出问题：要描述物体运动的快慢，本节课将会学到那些概念（物理量）？

学生活动：通过阅读、思考，对本节涉及的概念有个总体印象，知道这些概念都是为了描述物体运动的快慢而引入的，要研究物体运动的快慢还要学好这些基本概念。

（二）新课教学

1、对“坐标与坐标的变化量”的学习

教师：指导学生仔细阅读“坐标与坐标的变化量”一部分，同时提出问题：

1、以你骑自行车上学为例，假设你经过的某短路时平直的，你能说明“坐标”与“坐标的变化量”有何不同，又有何联系？

2、用数轴表示坐标与坐标的变化量，能否用数轴表示时间的变化量？

3、教材上“思考与讨论”中的两个问题应怎样回答？

学生：学生在教师的指导下，自主阅读，积极思考，然后每四人一组展开讨论，每组选出代表，发表见解，提出问题。

教师：帮助总结并回答学生的提问。

2、对“速度”概念的学习

教师：指导学生仔细阅读“速度”一部分，同时提出问题：

1、比较物体运动的快慢，可以有哪些方法？结合你身边的实例加以说明。

2、什么是速度？为什么用速度就可以描述物体运动的快慢？

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3、表示速度的单位有哪些？它是矢量还是标量？

学生：学生就老师提出的问题去阅读教材，寻求答案；然后四人一组交流讨论，初步建立起速度的概念。

教师：对于同一个物体，在某一段时间内，运动的快慢也不是每时每刻都一样。我们用x计算出的速度，能否精确描述物体在任一时刻运动的快慢？ tx学生：思考老师提出的问题，讨论后得出结论：不能。因为v，只能反应一段时

t公式v间内物体运动的快慢？

教师：怎样精确描述物体在任一时刻运动的快慢呢？

2、对“平均速度和瞬时速度”概念的学习

教师：指导学生仔细阅读“平均速度和瞬时速度、速度和速率”两部分，同时提出问题：我们日常生活中说到的“速度”是指什么？请举例说明。

学生：学生就老师提出的问题去阅读教材，寻求答案；然后四人一组交流讨论，选出代表发表见解。

教师：聆听学生回答，点评。

（三）课堂总结

这节课我们重点学习了速度、瞬时速度、平均速度三个概念，以及三个概念之间的联系。只有掌握好这三个概念及它们之间的联系，才能更好的描述物体的运动。对于这三个物理量的掌握，速度和平均速度从定义式上即可解决。速度的大小为v方向，也为位移变化x的方向。平均速度的大小为vx，方向为物体运动的tx，方向沿位移的变化x的方向，t对平均速度应明确是哪段位移或哪段时间内的平均速度，时间t选取不同时，平均速度往往不一样，它是对变速运动的粗略描绘。

本节课的难点是对瞬时速度的理解。它表示物体在某一时刻或通过某一位置时的快慢程度。对它的理解可参考教材中的阅读材料，对瞬时速度的理解可用“极限”的思想。我们可以把一段变速运动分割成足够多的小段，使质点在每一小段的运动可视为匀速直线运动，这样在每一小段中计算出的速度反映了质点在该时刻（或在该位置）的运动快慢和其运动的方向。在匀速直线运动中，瞬时速度、平均速度和速度相同。

（四）实例探究

［例1］一门反坦克炮直接瞄准所要射击的一辆坦克。射击后，经过t1=0.6 s，在炮台上

看到炮弹爆炸。经过t2=2.1 s，才听到爆炸的声音。问坦克离炮台的距离多远？炮弹飞行的水平速度多大？（声音在空气中的速度是340 m／s。，空气阻力不计）

分析：因为光速远远大于声音的速度，所以可以认为t1即是炮弹飞行的时间。t2即是炮弹飞行的时间跟声音从炮弹爆炸点传到大炮所在地的时间之和。因此声音传播的时间是t2t1）=340×（2.1-0.6）=510 m 所以，炮弹的飞行速度。vx510m／s =850 m／s t10.6第2页 ［例2］下列说法中正确的是（）A．平均速度就是速度的平均值 B．瞬时速率是指瞬时速度的大小

C．火车以速度v经过某一段路，v是指瞬时速度 D．子弹以速度v从枪口射，v是平均速度

分析：根据平均速度和瞬时速度的定义进行判断。

解：平均速度不是速度平均值；瞬时速率就是瞬时速度的大小；火车以速度v经过某一段路，v是指在这段路上的平均速度，子弹以速度v从枪口射出，v是指出枪口时的瞬时速度。

答案B ［例3］某同学星期日沿平直的公路从学校所在地骑自行车先后到甲、乙两位同学家去拜访他们，位移时间图象如图1所示。试描述他的运动过程，在图2中画出他的速度时间图象。

解析（上午）9时，他从学校出发，骑车l h到达甲同学家，速度v1＝15km／h；在甲同学家停留1h；11时从甲同学家出发，12时到达乙同学家，速度v2=15 km／h；在乙同学家也停留l h；（下午13 时返回，骑车l h，速度v3=30km／h；14 h 时回到学校。

取出发时运动方向为正方向，则为v1、v2为正，v3为负；10~11时、12~13时速度为0；据此作v-t图，如图2所示。

［例4］下列对各种速率和速度的说法中，正确的是（）A．平均速率就是平均速度

B．瞬时速率是指瞬时速度的大小

C．匀速运动中任意一段时间内的平均速度都等于其任一时刻的瞬时速度 D．匀速直线运动中任何一段时间内的平均速度都相等

解析平均速度指运动的位移与所用时间的比值，是矢量，方向为位移方向，平均速率指运动的路程与时间的比值，是标量，没有方向，所以不能用平均速率表示平均速度的大小，而瞬时速度的大小可用瞬时速率表示，匀速运动是速度不变的运动，任何一段时间内的平均速度都相等，且等于任一时刻的瞬时速度。

答案BCD