2022年《實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動》教案

1、5.4 試驗(yàn)：討論平拋運(yùn)動【教學(xué)目 標(biāo)】學(xué)問與技能1.把握平拋運(yùn)動在豎直方向的運(yùn)動特點(diǎn)；. 2.把握平拋運(yùn)動在水平方向的運(yùn)動特點(diǎn)過程與方法 探究過程,體會平拋運(yùn)動在豎直和水平方向的運(yùn)動規(guī)律；情感態(tài)度與價值觀 設(shè)計平拋運(yùn)動的軌跡,體會試驗(yàn)的步驟和艱辛；【教學(xué)重點(diǎn)】平拋運(yùn)動在豎直和水平方向的運(yùn)動規(guī)律；【教學(xué)難點(diǎn)】描畫平拋運(yùn)動的軌跡；【教學(xué)過程】引入新課 復(fù)習(xí)舊知 1. 平拋運(yùn)動是水平方向的勻速直線運(yùn)動和豎直方向的自由落體運(yùn)動的合運(yùn)動；2. 平拋運(yùn)動的規(guī)律我么今日就用試驗(yàn)的方法討論平拋運(yùn)動；新課講解 一、探究平拋運(yùn)動物體在豎直方向的運(yùn)動規(guī)律 推測 平拋運(yùn)動的軌跡是一條曲線,且沿這條曲線越往下,曲線的

2、切線方向越趨近 2 1；由機(jī)械能 于豎直方向,物體的速度方向也越來越趨近于豎直方向,如下列圖,圖中 守恒定律可知 v2v1,由運(yùn)動的分解不難得知,物體 經(jīng)過 A、B 兩位置時豎直方向的分速度大小關(guān)系為 v2y v0v1y；所以,物體在豎直方向的初速度為零且做加速運(yùn)v1y 1v2yv1v2動,結(jié)合物體豎直方向只受重力作用這一因素,我們 2不難 做出這樣的推測：平拋運(yùn)動物體在豎直方向的分運(yùn)動是自由落體運(yùn)動；試驗(yàn)按圖所示操作試驗(yàn), 假如小球 A的確如猜想的那樣豎直方向做自由落體運(yùn)動,那么A、B 兩小球在空中運(yùn)動的時間應(yīng)當(dāng)相等,同時下落,同時著地；認(rèn)真觀看（不僅用眼看,更要用耳認(rèn)真聽）可以得知,不管小

3、球距地面的 高度為多大,也不管小錘擊打金屬片的力度多大（小錘擊打金屬片的力度越大,A 小球水平拋 出的初速度越大） ,兩小球每次都是同時落地；結(jié)論上述試驗(yàn)中,兩小球每次都是同時落地,這說明兩小球在空中運(yùn)動的時間相等,也就 說明白平拋運(yùn)動物體在豎直方向的分運(yùn)動是自由落體運(yùn)動；二. 探究平拋運(yùn)動物體在水平方向的運(yùn)動規(guī)律 思路 要想知道平拋運(yùn)動物體在水平方向上運(yùn)動的特點(diǎn),關(guān)鍵在于找到物體的水平 位移隨時間變化的規(guī)律；因此,我們可測量幾段相等時間間隔內(nèi)物體在水平方向上的位移,找出其特點(diǎn),看看這些位移是否相等；試驗(yàn)設(shè)法通過試驗(yàn)得到平拋運(yùn)動的軌跡；在平拋運(yùn)動的軌跡上找到每隔相等時間物體所到達(dá)的位置；測量兩

4、相鄰位置間的水平位移,分析這些位移的特點(diǎn)；那么,如何通過試驗(yàn)得到平拋運(yùn)動的軌跡呢？教材提出了三個參考案例：案例一：利用水平噴出的細(xì)水柱顯示平拋運(yùn)動軌跡；案例二：利用斜面小槽等裝置記錄平拋運(yùn)動軌跡；案例三：利用數(shù)碼照相機(jī)或數(shù)碼攝像機(jī)記錄平拋運(yùn)動軌跡；怎樣才能找到軌跡上每隔相等時間平拋物體所到達(dá)的位置呢？有同學(xué)可能會提出選用秒 表以便測時間,這是不對的,由于平拋運(yùn)動時用秒表測時間很難精確操作,這會帶來較大誤差；O h . . . x 通過前面的試驗(yàn)探究我們已經(jīng)知道,平拋運(yùn)動在豎直方向上的分運(yùn)動是自由落體運(yùn)動,而自由落體運(yùn)動下落的高度h 是4h 與運(yùn)動時間t 的二次方成正比的,即9h h1 2gt2

5、；y 因此, 圖中在豎直坐標(biāo)軸y 上,從原點(diǎn)開頭向下任取一個坐標(biāo)為 h 的點(diǎn),再找到坐標(biāo)為4h、9h、16h 的點(diǎn)；在物體運(yùn)動過程中,縱坐標(biāo)從其中一個位置運(yùn)動到下一個位置所用的時間都是相等的；過這 些點(diǎn)做水平線與軌跡相交,交點(diǎn)就是每經(jīng)相等時間物體所到達(dá)的位置；在誤差答應(yīng)范疇內(nèi),試驗(yàn)測得它們對應(yīng)的橫坐標(biāo)可表示為 l 、2l 、3l ,可見在相等的時間間隔內(nèi)物體在水平方向的位移相等； 結(jié)論 在相等的時間間隔內(nèi)物體在水平方向 的位移相等,這說明平拋運(yùn)動在水平方向做勻速直線運(yùn)動 . 三、描畫平拋運(yùn)動的軌跡為記錄平拋運(yùn)動軌跡, 試驗(yàn)室中較常用的方法是教材介紹參考案例 2：利用試驗(yàn)室的斜面小槽等器材裝配圖

6、所示的裝置；鋼球從斜槽上同一位置滾下, 鋼球在空中做平拋運(yùn)動的軌跡就是肯定的；設(shè)法用鉛筆描出小球經(jīng)過的位置；通過多次試驗(yàn),在豎直白紙上記錄鋼球所經(jīng)過的多個 位置,連起來就得到鋼球做平拋運(yùn)動的軌跡；該試驗(yàn)所需器材包括：附帶金屬小球的斜槽,木板及豎直固定支架,白紙,圖釘,刻度 尺,三角板,重錘,鉛筆等；試驗(yàn)步驟如下：安裝調(diào)整斜槽用圖釘把白紙釘在豎直板上,在木板的左上角固定斜槽,可用平穩(wěn)法調(diào)整斜槽,即將小球輕放在斜槽平直部分的軌道上,如小球能在任意位置靜止,就說明水 平程度已調(diào)好；調(diào)整木板用懸掛在槽口的重錘線把木板調(diào)整到豎直方向,并使木板平面與小球下落的豎直面平行,然后把重錘線方向記錄到釘在木板上的

7、白紙上,固定木板,使在重復(fù)試驗(yàn) 的過程中,木板與斜槽的相對位置保持不變；確定坐標(biāo)原點(diǎn)把小球放在槽口處,用鉛筆登記小球在槽口時球心在木板上的水平投影點(diǎn) O,O即為坐標(biāo)原點(diǎn)；描畫運(yùn)動軌跡用鉛筆的筆尖輕輕地靠在木板的平面上,不斷調(diào)整筆尖的位置,使從斜槽上滾下的小球正好遇到筆尖,然后就用鉛筆在該處白紙上點(diǎn)上一個黑點(diǎn),這就登記了 小球球心所對應(yīng)的位置；保證小球每次從槽上開頭滾下的位置都相同,用同樣的方法可找出 小球平拋軌跡上的一系列位置；取下白紙,用平滑的曲線把這些位置連接起來即得小球做平 拋運(yùn)動的軌跡；上述試驗(yàn)步驟中我們必需留意以下事項(xiàng)： 試驗(yàn)中必需保證通過斜槽末端點(diǎn)的切線水平,方木板必需處在豎直平面

8、內(nèi),且與小 球運(yùn)動軌跡所在豎直平面平行,并使小球的運(yùn)動靠近木板但不接觸； 小 球必需每次從斜槽上同一位置由靜止開頭滾下,為此,可在斜槽上某一位置固定一個擋板； 坐標(biāo)原點(diǎn)（小球做平拋運(yùn)動的起點(diǎn)）不是槽口的端點(diǎn),而應(yīng)是小球在槽口時球的球 心在木板上的水平投影點(diǎn),位于槽 口末端上方 r 處（ r 為小球半徑）； 應(yīng)在斜槽上適當(dāng)?shù)奈恢冕尫判∏?使它以適當(dāng)?shù)乃剿俣葤伋?其軌跡由木板的左 上角到達(dá)右下角,這樣可以使試驗(yàn)誤差較??；須在斜槽末端用重錘線檢查白紙上所畫y 軸是否豎直；分運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動；【課堂訓(xùn)練】例 1 在“ 探究平拋運(yùn)動的運(yùn)動規(guī)律” 的實(shí) 簡要步驟如下：驗(yàn)中,可以描畫出小球平拋運(yùn)動的軌跡

9、,試驗(yàn)A讓小球多次從位置上滾下,登記小球遇到鉛筆筆尖的一系列位置；B按圖安裝好器材,留意,登記平拋初位置 C取下白紙 ,以 O為原點(diǎn),以豎直線為O點(diǎn)和過 O點(diǎn)的豎直線；y 軸建立坐標(biāo)系,用平滑曲線畫平拋運(yùn)動物體的軌跡； 完成上述步驟,將正確的答案填在橫線上；上述試驗(yàn)步驟的合理次序是；提示 回憶該試驗(yàn)的操作步驟及留意事項(xiàng),對比分析即得；A 中為了保證小球每次平拋初速度相同,軌跡重合, 應(yīng)讓小球從同一位置滾下；解析 B 中為了保證小球做平拋運(yùn)動,要留意斜槽末端切線水平； 上述試驗(yàn)步驟的合理次序是 B、A、C；小結(jié) 為討論平拋運(yùn)動規(guī)律,就需先得到平拋運(yùn)動的軌跡,試驗(yàn)時應(yīng)留意以下問題：一 是保證小球每

10、次平拋初速度相同；二是保證小球初速度分向水平；當(dāng)然,仍需要力求精確地 登記小球經(jīng)過的一系列位置；例 2 如下列圖是討論平拋運(yùn)動的試驗(yàn)裝置簡圖,圖是試驗(yàn)后白 紙上的軌跡圖；說明圖中的兩條坐標(biāo)軸是如何作出的；x y 軸和說明判定槽口的切線是否水平的方法；試驗(yàn)過程中需要經(jīng)多次釋放小球才能描畫出小球運(yùn)動的軌跡,進(jìn)行這一步驟時應(yīng)留意什么？O 提示回憶該試驗(yàn)的操作步驟及留意事項(xiàng),對比分析即得；解析利用拴在槽口處的重錘線畫出y 軸, x 軸與 y 軸垂直；將小球放在槽口的水平部分,小球既不向里滾動,也不向外滾動,說明槽口的末端是水平的；y 應(yīng)留意每次小球都從軌道上 同一位置由靜止釋放；小結(jié) 正確畫出坐標(biāo)軸是

11、討論平拋運(yùn)動特點(diǎn)的必要預(yù)備,關(guān)鍵在于利用重垂線畫出確定坐標(biāo)原點(diǎn)的位置；例 3 如下列圖,在討論平拋運(yùn)動時,小球A 沿軌道滑下,離開軌道末端（末端水平）時撞開接觸開關(guān) S,被電磁鐵吸住的小球 B 同時自由下落, 轉(zhuǎn)變整個裝置的高度 H做同樣的試驗(yàn),發(fā)覺位于同一高度的 A、B兩個小球總是同時落地,該試驗(yàn)現(xiàn)象說明白 A球在離開軌道后 （）A水平方向的分運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動B水平方向的分運(yùn)動是勻加速直線運(yùn)動 A C豎直方向的分運(yùn)動是自由落體運(yùn)動D豎直方向的分運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動S B H 提示比較 A、B 兩球在豎直方向的運(yùn)動規(guī)律；解析A 球平拋的同時B球自由下落,且兩球在同一高度上,又兩球總是同時落地,

12、這只能說明A 球在拋出后豎直方向的分運(yùn)動是自由落體運(yùn)動,但并不能說明 A球的水平分運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動；正確選項(xiàng)為 C；小結(jié) 解題時千萬不行憑主觀想象來判定；由題意我們可以知道平拋運(yùn)動物體在豎直方向 的分運(yùn)動是自由落體運(yùn)動,但此題中沒有任何證據(jù)說明其水平方向的運(yùn)動特點(diǎn),雖然就結(jié)論本身而言選項(xiàng)A是正確的；B C A A例 4 如下列圖為頻閃攝影方法拍照的討論物體做平拋運(yùn)動規(guī)律的照片,圖中A、B、 C 為三個同時由同一點(diǎn)動身的小球；AA 為A 球在光滑水平面上以速度v 運(yùn)動的軌跡；BB 為 B 球以速度 v 被水平拋出后的運(yùn)動軌跡；CC 為 C 球自由下落的運(yùn)動軌跡；通過分析上述三條軌跡可得出結(jié)論：

13、；提示比較 A、B、 C三球的運(yùn)動規(guī)律；CB解析認(rèn)真觀看照片可以發(fā)覺,B、C兩球在任一曝光瞬時的位置總在同一水平線上,說明平拋運(yùn)動物體B 在豎直方向上的運(yùn)動特點(diǎn)與自由落體運(yùn)動相同；而 A、B兩小球在任一曝光瞬時的位置總在同一豎直線上,說明平拋運(yùn)動物體 B 在水平方向上 的運(yùn)動特點(diǎn)與勻速直線運(yùn)動相同；所以,做平拋運(yùn)動的物體在水平方向做勻速直線運(yùn)動,在豎直方向做自由落體運(yùn)動；小結(jié) 本例供應(yīng)了探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)的另一方法,簡明且較精確,但需要肯定的設(shè)備,如有條件,不妨一試；例 5 在“ 討論平拋物體的運(yùn)動” 的試驗(yàn)中,某同學(xué)只Ax1 x2 A B 在豎直板面上登記了重錘線y 的方向,但遺忘了平拋的初

14、h B位 置,在坐標(biāo)紙上描出了一段曲線的軌跡,如下列圖；現(xiàn)y 在曲線上取A、B 兩點(diǎn),量出它們到y(tǒng) 軸的距離, AA=x1,BB=x2,以及 AB的豎直距離h,用這些可以求出求得小球平拋時的初速度為多大？提示 依據(jù)平拋運(yùn)動的兩個分運(yùn)動的規(guī)律,列方程求 解；解析 設(shè)小球到達(dá) A 點(diǎn)時,運(yùn)動時間為 t 1,豎直方向的位移為 y1；到達(dá) B 點(diǎn)時,運(yùn)動時 間為 t 2,豎直方向的位移為 y2；依據(jù)平拋運(yùn)動的規(guī)律有其中 y2 y1=h,所以；小結(jié)平拋運(yùn)動水平方向的分運(yùn)動為勻速直線運(yùn)動,豎直方向的分運(yùn)動a b c 為自由落體運(yùn)動；有此列出方程求解,即可求得其初速度；d 例 6在討論平拋運(yùn)動的試驗(yàn)中,用一張印有小方格的紙記錄軌跡,小方格的邊長L1.25cm,如小球在平拋運(yùn)動途中的幾個位置如圖中 a、b、c、d 所示,就小球平拋的初速度為v0 （用 L、g 表示）,其值是；（g 取 9.8m/s 2）提示 由于平拋運(yùn)動的豎直分運(yùn)動是自由落體運(yùn)動,即初速度為零的勻加速直線運(yùn)動,水平分運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動,由運(yùn)動學(xué)規(guī)律即可求解平拋運(yùn)動物體的初速度；解析由水平方向上abbccd 可知,相鄰兩點(diǎn)的時間間隔相等,設(shè)為T,豎直方向相鄰兩點(diǎn)間距之差相等, sL,就由 saT 2,即得T sL g；a時間 T內(nèi),水平方向位移為s2L,所以v0s