江蘇省姜堰市高中物理 第五章 曲線運(yùn)動(dòng) 5.3 實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動(dòng)教案 新人教版必修2

1、學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精5。4 實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動(dòng)教學(xué)目標(biāo)1. 知道平拋運(yùn)動(dòng)可以分解成水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)。2. 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論，加強(qiáng)感官印象，加深對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的理解。3. 能夠設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)得到物體做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，能夠?qū)ζ綊佭\(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行研究得到結(jié)論。4. 能夠通過對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的研究計(jì)算平拋運(yùn)動(dòng)物體的初速度.教學(xué)重點(diǎn)a. 如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).b. 如何處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。c. 通過實(shí)驗(yàn)處理結(jié)果加深對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)的理解教學(xué)過程師:在上節(jié)課的學(xué)習(xí)中我們通過理論研究了解到平拋運(yùn)動(dòng)可以分解水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)。本節(jié)課我們的學(xué)習(xí)目標(biāo)就是通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證我們

2、通過理論分析得到的結(jié)論是否正確。一、水平方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律師：首先我們先來研究平拋運(yùn)動(dòng)水平方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。理論分析知平拋運(yùn)動(dòng)水平方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是勻速直線運(yùn)動(dòng).那么請(qǐng)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案來驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論。學(xué)生思考討論,5分鐘后，請(qǐng)各組派一個(gè)代表發(fā)言。大家共同討論.師：綜合大家的思想，為了驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方向是能夠觀察到初速度為的平拋運(yùn)動(dòng)水平方向的運(yùn)動(dòng)與速度為的水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)情況相同。為此我們?nèi)蓚€(gè)物體，一個(gè)物體a以某一速度在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)物體b以同樣速度為初速度做平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)理論，結(jié)果應(yīng)該是ab兩物體水平方向的相對(duì)位置不變，如果兩物體出發(fā)點(diǎn)的水平坐標(biāo)相同,則在運(yùn)

3、動(dòng)過程中ab兩物體始終處于同一豎直方向，即水平位置始終相同。師:根據(jù)這個(gè)思想,我這里有個(gè)實(shí)驗(yàn)案例供大家參考.兩個(gè)相同的弧形軌道上面分別裝有電磁鐵，將小球分別吸在電磁鐵上，然后切斷電源，兩球同時(shí)開始運(yùn)動(dòng)，仔細(xì)體會(huì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原理，大家都來說說這個(gè)實(shí)驗(yàn)觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)該又是什么？生：觀察到的結(jié)果應(yīng)該是兩球相撞。有條件的帶領(lǐng)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證學(xué)生的猜想.無條件的帶領(lǐng)學(xué)生觀看視頻動(dòng)畫。（平拋與勻速直線運(yùn)動(dòng)的比較）【實(shí)驗(yàn)表明】:平拋運(yùn)動(dòng)水平方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是勻速直線運(yùn)動(dòng)。二、豎直方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律師：接著我們研究平拋運(yùn)動(dòng)豎直方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。理論分析知平拋運(yùn)動(dòng)豎直方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是自由落體運(yùn)動(dòng)。兩樣請(qǐng)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)

4、一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案來驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論.學(xué)生思考討論，5分鐘后,請(qǐng)各組派一個(gè)代表發(fā)言。大家共同討論。師：綜合大家的思想，為了驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方向是能夠觀察到從某高度h做平拋運(yùn)動(dòng)的物體豎直方向的運(yùn)動(dòng)跟從同一高度h自由下落的物體的運(yùn)動(dòng)情況相同。為此我們?nèi)蓚€(gè)物體，主要就是取兩個(gè)物體，一個(gè)物體a從某一高度h做自由落體運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)物體b以某一速度從同一高度h做平拋運(yùn)動(dòng)，如果它們同時(shí)出發(fā)，根據(jù)理論，結(jié)果應(yīng)該它們豎直方向運(yùn)動(dòng)情況一樣，ab兩物體豎直方向的相對(duì)位置不變，運(yùn)動(dòng)過程中ab兩物體始終處于同一水平方向，即豎直位置始終相同.師:根據(jù)這個(gè)思想，我這里有個(gè)實(shí)驗(yàn)案例供大家參考。用小錘打擊彈簧金屬片,金屬片把a(bǔ)球

5、沿水平方向拋出，同時(shí)b球被松開,自由下落。a、b兩球同時(shí)開始運(yùn)動(dòng)。仔細(xì)體會(huì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原理,大家都來說說這個(gè)實(shí)驗(yàn)觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)該又是什么？生:觀察到的結(jié)果應(yīng)該是兩球同時(shí)落體，因?yàn)閷?duì)于“同時(shí)”用眼睛不容易確定，但我們可以聽聲音，如果是一個(gè)聲音，說明同時(shí)落地。有條件的帶領(lǐng)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證學(xué)生的猜想。無條件帶領(lǐng)學(xué)生看視頻文件：平拋豎起方向運(yùn)動(dòng);觀看動(dòng)畫:平拋與自由落體綜合觀看動(dòng)畫：平拋物體的運(yùn)動(dòng)【實(shí)驗(yàn)表明】：平拋運(yùn)動(dòng)豎直方向的運(yùn)動(dòng)自由落體運(yùn)動(dòng)。三、通過實(shí)驗(yàn)獲得平拋運(yùn)動(dòng)軌跡水平噴出的細(xì)水柱顯示平拋運(yùn)動(dòng)軌跡。a師：剛才的演示實(shí)驗(yàn)中，我們進(jìn)行的都是定性的觀察，如果要定量地對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究，我們首先

6、必須設(shè)法描繪物體做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡.師：為了獲得平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡,我這里提供幾種方法供同學(xué)們自己選擇方法1：用水流研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)如圖，倒置的飲料瓶內(nèi)裝著水,瓶塞內(nèi)插著兩根兩端開口的細(xì)管，其中一根彎成水平，且水平端加接一段更細(xì)的硬管作為噴嘴。水從噴嘴中射出，在空中形成彎曲的細(xì)水柱，它顯示了平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。設(shè)法把它描在背后的紙上就能進(jìn)行分析處理了.插入瓶中的另一根細(xì)管的作用，是保持從噴嘴射出水流的速度不變，使其不隨瓶內(nèi)水面的下降而減小。這是因?yàn)樵摴苌隙伺c空氣相通，a處水的壓強(qiáng)始終等于大氣壓，不受瓶內(nèi)水面高低的影響。因此，在水面降到a處以前的很長一段時(shí)間內(nèi)，都可以得到穩(wěn)定的細(xì)水柱。方法2:用數(shù)碼照相

7、機(jī)或數(shù)碼攝像機(jī)記錄平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡 數(shù)碼相機(jī)大多具有攝像功能，每秒鐘拍攝約15幀照片.可以用它拍攝小球從水平桌面飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)的幾張連續(xù)照片。如果用數(shù)學(xué)課上畫函數(shù)圖象的方格黑板做背景，就可以根據(jù)照片上小球的位置在方格紙上畫出小球的軌跡。方法3：斜面、小槽、小球等實(shí)驗(yàn)儀器(實(shí)驗(yàn)室最常用的一種方法）實(shí)驗(yàn)圖如下：1、將平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)器置于桌面，裝好平拋軌道，使軌道的拋射端處于水平位置。調(diào)節(jié)調(diào)平螺絲，觀察重垂線或氣泡水準(zhǔn)，使面板處于豎直平面內(nèi)，卡好定位板。2、將描跡記錄紙襯墊一張復(fù)寫紙或打字蠟紙，緊貼記錄面板用壓紙板固定在面板上，使橫坐標(biāo)x軸在水平方向上,縱坐標(biāo)y軸沿豎直方向向下(若用白紙，可事先用鉛筆

8、在紙上畫出x、y坐標(biāo)軸線)，并注意使坐標(biāo)原點(diǎn)的位置在平拋物體（鋼球)的質(zhì)心(即球心)離開軌道處。3、把接球擋板拉到最上方一格的位置。4、將定位板定在某一位置固定好。鋼球緊靠定位板釋放，球沿軌道向下運(yùn)動(dòng)，以一定的初速度由軌道的平直部分水平拋出。5、下落的鋼球打在向面板傾斜的接球擋板上，同時(shí)在面板上留下一個(gè)印跡點(diǎn).6、再將接球擋板向下拉一格,重復(fù)上述操作方法,打出第二個(gè)印跡點(diǎn)，如此繼續(xù)下拉接球擋板，直至最低點(diǎn)，即可得到平拋的鋼球下落時(shí)的一系列跡點(diǎn)。7、變更定位板的位置，即可改變鋼球平拋的初速度，按上述實(shí)驗(yàn)操作方法，便可打出另一系列跡點(diǎn)。8、取下記錄紙，將各次實(shí)驗(yàn)所記錄的點(diǎn)分別用平滑曲線連接起來，即

9、可得到以不同的初速度做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡圖線。如圖所示。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng):（）必須保證記錄面板處于豎直平面內(nèi)，使平拋軌道的平面靠近板面。（）調(diào)節(jié)斜槽末端水平，使小球飛出時(shí)的速度是水平方向.可將小球放于此處調(diào)節(jié)到小球不會(huì)左右滾動(dòng)即可。（）貼坐標(biāo)紙時(shí)，可以用重錘線幫助完成，使重錘線與坐標(biāo)紙的一條線重合，則這條線就是縱坐標(biāo)。()坐標(biāo)原點(diǎn)是斜槽末端處小球球心的位置.（)每次從同一高度無初速釋放小球.(）選取軌跡上離原點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn)來測量x, y的值可減小誤差。描點(diǎn)時(shí)，應(yīng)使視線與所描的點(diǎn)齊平.觀看實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫：研究平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)3改進(jìn)版圖2在做“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中,為了確定小球在不同時(shí)刻所通過的位置,實(shí)驗(yàn)時(shí)用右

10、圖所示的裝置,將一塊平木板釘上復(fù)寫紙和白紙，豎直立于槽口前某處，使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止滑下，小球撞在木板上留下痕跡a；將木板向后移距離x，再使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止滑下,小球撞在木板上留下痕跡b；又將木板再向后移距離x，小球再從斜槽上緊靠擋板處由靜止滑下，再得到痕跡c。以此也能得到軌跡。師：改進(jìn)版與原版有什么估點(diǎn)?生：得出的用來描軌跡的點(diǎn)的水平距離相等，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),相鄰兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔應(yīng)該是一樣的。四、對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的研究師：通過實(shí)驗(yàn)我們手頭上已經(jīng)有了好幾條平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡了，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡我們能得出平拋運(yùn)動(dòng)水平方向勻速，豎直方向自由落體這樣的結(jié)論嗎？怎樣判斷？生：能,

11、根據(jù)理論如果物體做平拋運(yùn)動(dòng)，則任一時(shí)刻物體的坐標(biāo)應(yīng)該為(，），并且得到平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡方程，對(duì)于一個(gè)確定的平拋運(yùn)動(dòng)，是一個(gè)常量，所以平拋運(yùn)動(dòng)物體任一時(shí)刻的位置坐標(biāo)x、y應(yīng)該滿足。我們?cè)诘玫降钠綊佭\(yùn)動(dòng)軌跡上任選幾個(gè)點(diǎn)，測量出坐標(biāo)，看y與x2的比值是否是一個(gè)常量。如果是，說明物體做的是平拋運(yùn)動(dòng)。五、計(jì)算平拋運(yùn)動(dòng)的初速度師：根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡如何求解平拋運(yùn)動(dòng)的初速度呢？生:根據(jù)公式有例1、平拋物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以概括為兩點(diǎn)：一是水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)；二是豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)。為了研究平拋物體的運(yùn)動(dòng),可做這樣的實(shí)驗(yàn)：如圖所示，用小錘打擊彈性金屬片，a球水平飛出，同時(shí)b球被松開,做自由落體運(yùn)動(dòng)。兩球

12、同時(shí)落到地面。則這個(gè)實(shí)驗(yàn)（）a只能說明上述規(guī)律中的第一條b只能說明上述規(guī)律中的第二條c不能說明上述規(guī)律中的任何一條d能同時(shí)說明上述兩條規(guī)律?！窘馕觥浚涸擃}考查對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)及其分運(yùn)動(dòng)的理解，同時(shí)考查探究問題的思維能力。實(shí)驗(yàn)中a球做平拋運(yùn)動(dòng)，b球做自由落體運(yùn)動(dòng)，兩球同時(shí)落地說明a球平拋運(yùn)動(dòng)的豎直分運(yùn)動(dòng)和b球相同，而不說明a球的水平分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng),所以b項(xiàng)正確.a、c、d三項(xiàng)都不對(duì)。故本題選擇b。例2、在研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中,用一張印有小方格的紙記錄軌跡，小方格的邊長為,若小球在平拋運(yùn)動(dòng)途中的幾個(gè)位置如圖中的a、b、c、d所示，則小球平拋的初速度的計(jì)算式為=_(用l,g表示)，其值為_(取g=9

13、。8m/）?！窘馕觥浚焊鶕?jù)題意,仔細(xì)審查圖中a、b、c、d四點(diǎn)的相對(duì)位置，發(fā)現(xiàn)相鄰的兩點(diǎn)間的水平距離均為2l，這里就隱含著“物體在相鄰的兩點(diǎn)間運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等”的條件,設(shè)這相等時(shí)間為,由于豎直方向是加速度為g的勻加速運(yùn)動(dòng)，由可得，再由水平方向是勻速運(yùn)動(dòng)得，聯(lián)立上述兩式解得.例3、如圖所示，是用頻閃照相得到的一個(gè)平拋小球的照片，照相機(jī)每隔相等時(shí)間曝光一次，拍照時(shí)，不能保持底片的上邊緣是水平，請(qǐng)用合理的辦法確定圖中重力加速度方向（保留作圖痕跡）。若圖距與實(shí)際距離之比為1：10。在這種情況下，若只用刻度尺，如何求得該小球的初速度v0和曝光時(shí)間間隔t？（重力加速度g已知) （1）寫出測量的主要步驟和需要測量的物理量，并在圖上標(biāo)出有關(guān)物理量的符號(hào); (2）用測得的物理量和有關(guān)常量，寫出計(jì)算該小球初速度v0的表達(dá)式v0= 。xxy1y2【解析】：把首末兩點(diǎn)相連并且三等份,各等份點(diǎn)與對(duì)應(yīng)順序的照片上的點(diǎn)相連,即是重力加速度所在的直線，并標(biāo)明方向