高中物理新课标人教版必修2优秀教案：实验：研究平抛运动

高中物理新课标人教版必修2优秀教案：实验：研究平抛运动

4 实验:研究平抛运动 整体设计 旧教材先是探究平抛运动的规律，再安排抛体运动规律.本教材做了调整： 先学习抛体运动规律，再研究平抛运动.这样更具合理性：从牛顿运动定律的观点以及运 动的合成与分解思想出发，从一维情景转向二维情景，使认识上不断发展，层层深入，知识 容易发生迁移.再安排实验，学生心中有实验目的，有的放矢，能够合理地自己设计实验过程. 本课程的实验设计要解决两个问题：一是研究平抛运动在竖直方向的运动规律;二是研究 平抛运动在水平方向的运动规律，为此要设法画出平抛曲线. 教学重点 平抛运动规律的探究过程. 教学难点 准确得到平抛运动的轨迹. 课时安排 1 课时 三维目标 知识与技能 1.验证平抛运动的特点是水平方向做匀速直线运动，竖直方向做自由落体运动. 2.通过实验探究得到平抛运动轨迹. 过程与方法 体会平抛运动规律的探究过程，体会运动的合成和分解在探究平抛运动规律中的应用. 情感态度与价值观 1.通过实验探究平抛运动的规律，让学生积极参与课堂活动，设疑、解疑、探求规律，使学生 始终处于积极探求知识的过程中，达到最佳的学习心理状态. 2.充分利用多媒体辅助教学、演示仪器和自制器材，激发学习兴趣，增强求知的欲望. 课前准备 平抛竖落仪、平抛实验仪、自制水柱平抛装置、自制电磁控制打击装置、数码相机、坐 标格、多媒体课件. 教学过程 导入新课 情景导入 教师介绍自制电磁控制打击装置：将子弹装入能发射的固定在板前的玩具手枪，固定板 后电磁铁与电源相连，控制电路通断的两根金属丝搭在枪口处，带有衔铁的玩具被吸在电磁 铁上，枪口与玩具在同一水平面，发射的子弹断开搭在一起的两根金属丝，吸在电磁铁上的 玩具同时下落，子弹总是击中玩具，这说明什么问题？ 复习导入 复习旧知 1.平抛运动是水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的合运动. 2.平抛运动的规律(1)               22 0 2 0 )2( 2 1 yx y x vvv gtv vv aty tvx 我们今天用实验的方法研究平抛运动. 推进新课 一、竖直方向的运动规律 实验演示教材实验，探究竖直方向上的运动规律. 1.①介绍实验装置如下图所示 ②介绍实验过程. 因弹簧片 C 受到小锤的打击，C 向前推动小钢球具有水平初速度，使 A 做平抛运动， 同时(强调)松开小钢球 B，使 B 从孔中自由落下，做自由落体运动. 问题：由上一节学习我们知道，平抛运动的运动时间取决于竖直高度，A、B 两球应该同时落 地，怎么观察出两球同时落地？ 实验时，用耳朵听来判断两球落地时刻的先后，比用眼睛看要灵敏得多. 合作探究 要求教室保持安静，让学生多次改变小球距地面的高度和打击的力度，重复这个实验， 学生听小球落地的声音. 学生观察实验现象，思考以下几方面： 1.无论 A 球的水平速度大小如何，它总是与 B 球同时落地. 2.A 球的水平初速度越大，走过的水平距离也越大. 3.A 球水平初速度的大小并不影响平抛物体在竖直方向上的运动. 这一实验说明水平分运动并不影响竖直分运动,即水平分运动和竖直分运动各自独立地按自己 的规律进行，互不干扰.这一现象还说明平抛运动的竖直分运动是自由落体运动. 结论：平抛运动在竖直方向是自由落体运动. 课堂训练 1.为什么平抛物体做曲线运动? 解答：因为水平抛出的物体所受的重力跟物体的速度方向不在一条直线上，重力不仅改变物 体速度的大小，同时使物体速度的方向不断变化，所以，平抛物体的运动是曲线运动. 2.实验中，无论 A 球的水平初速度大小如何，它总是与 B 球同时落地，这一现象说明了什么? 解答：这一实验说明水平分运动并不影响竖直分运动,即水平分运动和竖直分运动各自独立地 按自己的规律进行，互不干扰. 二、水平方向的运动规律 问题：要研究平抛运动水平方向是不是匀速直线运动，需要测量几段相等的时间间隔内物体 在水平方向上的位移，看看这些位移是否相等.需要通过实验得到平抛运动的轨迹,怎样得到平 抛运动轨迹？ 实验探究 1.描绘平抛运动轨迹 参考案例： (1)倒置的饮料瓶内装着水，瓶塞内插着两根两端开口的细管，其中一根弯成水平，且水平端 加接一段更细的硬管作为喷嘴.水从喷嘴中射出,在空中形成弯曲的细水柱显示了平抛运动的 轨迹.设法把它描在背后的纸上就能进行分析处理了. 插入瓶中的另一根细管的作用,是保持从喷嘴射出水流的速度,使其不随瓶内水面的下降 而减小.这是因为该管上端与空气相通,A 处水的压强始终等于大气压,不受瓶内水面高低的影 响.因此,在水面降到 A 处以前的很长一段时间内,都可以得到稳定的细水柱. 描绘水柱平抛运动轨迹用坐标纸做背景，坐标纸边长为 30—35 cm,坐标格每边长取 2—3 cm,坐标格可以直接画在透明胶片上.在坐标格上描绘水柱的运动轨迹的方法:坐标格在描绘平 抛曲线的背面,用碳素笔在胶片上点出 6 个以上的点,目光要与喷出的水柱在同一水平面上.描 点的速度要快些,以免水面下降过多,使水柱轨迹发生变化.由于空气阻力的作用,水柱的轨迹会 逐渐偏离平抛曲线,分析处理轨迹时,要取离喷口较近的一段曲线.竖直位移在6—7 cm以内的三 个相等时间间隔内,水平位移大致能保持相等. (2)利用实验室的斜面小槽等器材.钢球从斜槽上滚下,冲过水平槽飞出后做平抛运动.每次都使 钢球在斜槽上同一位置滚下,钢球在空中做平抛运动的轨迹就是一定的.在竖直的白纸上,要首 先确定小球做平抛运动的起点位置,同时在起点位置确定水平、竖直方向的坐标轴,然后再设法 用铅笔描出小球经过的位置,通过多次实验,在竖直白纸上记录钢球所经过的多个位置,连起来 就得到钢球做平抛运动的轨迹. 可以把笔尖放在小球可能经过的位置,如果小球能够碰到笔尖就说明位置找对了. 确定小球位置,还可以用较厚的纸片开一个宽度比小球直径略大一些的长方形孔,沿长方 形一个短边翻折成直角.实验过程中,设法让小球从方孔中穿过,从而记下小球通过的位置. （3）记录小球运动轨迹的白纸也可以用坐标纸,纸的大小视所用的木板或平抛实验器的面积大 小而定,每个方格的边长取 2—3 cm.实验前印好坐标纸,实验时坐标轴分别为水平方向和竖直方 向,坐标原点与小球抛出点重合.小球抛出后在坐标纸前运动,选好纵坐标,目光平视观察小球在 纵坐标的什么位置经过,然后用铅笔在该位置画一个小圆圈记录这个位置.依次观察记录若干 个小球经过纵坐标轴的位置.这种方法描点时比较方便准确. 上面的方法是用眼观察记录小球的位置,需要多次操作,并且每次都要使小球从斜面小槽 同一高度落下.还可以用数码相机或数码摄像机,利用它们得到小球从水平桌面飞出后做平抛 运动的几张连续照片,从照片中读出小球在坐标纸上对应的位置,再在坐标纸上记录画出轨迹. 问题：要研究平抛运动的物体在水平方向是否为匀速直线运动,需要测量几段相等的时间 间隔内物体在水平方向上的位移,看看这些位移是否相等.怎样利用得到的轨迹确定相等的时 间间隔,找到平抛运动物体对应的位置? 2.水平方向的运动规律 平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动,而自由落体运动下落的高度 h 是与运动 时间 t 的二次方成正比的,即 h= 2 1 gt2,因此在竖直坐标轴 y 上,从原点开始向下任取一个坐标为 h 的点,再找到坐标为 4h,9h,16h,……的点.在物体运动过程中,纵坐标从其中一个位置运动到下一 个位置所用的时间都是相等的.过这些点作水平线与轨迹相交，交点就是每经相等时间物体所 到达的位置. 如果使用数码相机的连续摄像功能,记录的连续的点,经历的时间间隔是相等的,在坐标纸 上直接确定各点的水平位移就可以了. 用数码摄像机拍得影像后，传入计算机，采集后用“超级解霸 V8”连续截图就可以得到等 时间间隔（ s24 1 ，软件设定）的图片了，对应图片上小球的位置，在相同的坐标纸上描点连 线，也可以直接确定各点的水平位移. 课堂训练 沿水平方向匀速直线飞行的飞机上，每隔相等时间放下一颗炸弹，这些炸弹在空中的排 列是怎样的？落地后弹坑是怎样的？ 答案：空中排列成一条竖直直线，落地后的弹坑是等间距的. 课堂小结 本节课主要内容包括： 1.研究平抛运动在竖直方向是自由落体运动; 2.研究平抛运动在水平方向是匀速直线运动; 3.设计实验获得平抛运动的轨迹. 布置作业 教材“问题与练习”第 1、2 题. 板书设计 4.实验:研究平抛运动 1.研究平抛运动在竖直方向是自由落体运动 2.研究平抛运动在水平方向是匀速直线运动 3.设计实验获得平抛运动的轨迹 活动与探究 课题:如图所示的是平抛运动和自由落体运动的闪光照片，你能得出什么结论? 结论：从闪光照片中可以测出，平抛运动的小球，在相等时间内的水平位移总相等，所以， 它的水平分运动为匀速直线运动;平抛运动的小球和自由下落的小球总是在同一水平线上，说 明它们在同一段时间的竖直位移总是相等的，即平抛运动的竖直分运动跟自由落体运动遵循 相同的规律，所以，平抛运动的竖直分运动为自由落体运动. 习题详解 1.解答：还需要的器材是刻度尺. 实验步骤: (1)调节木板高度,使木板上表面与小球离开水平桌面时的球心的距离为某一确定值 y; (2)让小球从斜面上某一位置 A 无初速释放; (3)测量小球在木板上的落点 P1 与重垂线之间的距离 x1; (4)调节木板高度,使木板上表面与小球离开水平桌面时的球心的距离为某一确定值 4y; (5)让小球从斜面上同一位置 A 无初速释放; (6)测量小球在木板上的落点 P2 与重垂线之间的距离 x2; (7)比较 x1、x2,若 2x1=x2,则说明小球在水平方向做匀速直线运动. 2.解答:改变墙与重垂线之间的距离 x,测量落点与抛出点之间的竖直距离 y,若 2x1=x2,有 4y1=y2, 则说明小球在水平方向做匀速直线运动. 设计点评 本节课的设计以学生主动参与、探究创新为主线的教学模式.就是在课堂教学中，以教师 为主导，以学生为主体，把主动权交给学生，使学生主动参与到课堂中来，并鼓励学生从各 个不同的角度发现问题、提出问题，培养学生的创新精神.“探究式教学”过程中，充分发挥学 生学习的自主性，引导学生利用实验等主动发现问题，主动搜集、分析有关信息和资料，主 动建构良好的认识结构.使学生受到科学方法的训练，培养学生的观察能力和实验能力，学会 自主学习，具有创新意识.