高中物理人教版第五章曲線運動 一等獎

§實驗：研究平拋運動【教材和學(xué)情分析】一、教材分析

《平拋物體的運動》這節(jié)內(nèi)容編排在學(xué)生學(xué)習(xí)了直線運動的規(guī)律和牛頓運動定律及《曲線運動》和《運動的合成與分解》這兩節(jié)內(nèi)容之后，它既符合學(xué)生由易到難，由簡到繁的認(rèn)識規(guī)律，又保持了知識的結(jié)構(gòu)性、系統(tǒng)性。二、學(xué)生分析

1、高一學(xué)生認(rèn)識事物的特點是：已經(jīng)開始習(xí)慣抽象邏輯思維，但思維還常常與感性經(jīng)驗直接相聯(lián)系，仍需具體形象的來支持。

2、學(xué)生在沒有學(xué)習(xí)本節(jié)知識之前，已經(jīng)知道了牛頓運動定律、曲線運動、運動的合成與分解等概念和方法，但沒有親身體驗過如何來具體的研究曲線運動。本節(jié)課主要采用實驗探究的教學(xué)模式，逐步引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識事物的本質(zhì)。學(xué)生通過對實驗中種種問題的探究，掌握科學(xué)認(rèn)識物理規(guī)律的方法?！窘虒W(xué)目標(biāo)】1、知識與技能（1）能描出平拋運動的軌跡。（2）會計算平拋物體的初速度。（3）結(jié)合運動分解的知識，明確兩個分運動的特點。（4）知道判斷運動軌跡是否是拋物線的方法；2、過程與方法通過學(xué)生設(shè)計實驗，體會物理問題的探究思想和實驗設(shè)計思想，了解設(shè)計實驗的基本方法；體會并理解在平面上應(yīng)用牛頓定律的方法3、情感、態(tài)度價值觀（1）在上一節(jié)對平拋運動規(guī)律的學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過這一節(jié)學(xué)生的動手實驗，將感性認(rèn)識和理性思維相結(jié)合，使學(xué)生獲得成功的體驗，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和求知的欲望；（2）鼓勵學(xué)生去創(chuàng)新和實踐，提倡多動腦、動手的創(chuàng)新精神，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新品德；【教學(xué)重點】平拋運動軌跡的描繪?！窘虒W(xué)難點】判斷平拋運動的軌跡是不是拋物線以及計算平拋物體的初速度?！窘虒W(xué)方法】自主學(xué)習(xí)與實驗探究相結(jié)合，加深對平拋運動的感性認(rèn)識?！窘虒W(xué)過程】一、引入新課提問：你們旅游過嗎？請一位同學(xué)描述某次旅游經(jīng)過的主要地點。

板書學(xué)生所述地點圖，用粉筆將這些點連起來，得到旅游路線圖。小結(jié)：兩種軌跡圖對應(yīng)兩種繪軌跡方法──粉筆的完整軌跡和旅游同學(xué)的由一系列點得到的旅游路線（軌跡）圖。平拋運動在空中一瞬即逝，優(yōu)美的曲線隨即成為歷史，沒有留下什么具體的可供操作的東西，無法研究平拋運動。要詳盡研究平拋運動的特點，必須先得到其運動軌跡。提問：我們?nèi)绾蔚玫狡綊佄矬w的運動軌跡？可以從上述兩種留跡法得到啟發(fā)嗎？請設(shè)計實驗方案。學(xué)生提出實驗方案，引導(dǎo)學(xué)生分析各個方案：二、新課教學(xué)展示學(xué)習(xí)目標(biāo)及實驗探究點(認(rèn)真閱讀教材并結(jié)合實驗室實際情況選擇合適的實驗器材和研究方法)探究點1、如何獲得平拋運動的軌跡？探究點２、如何確定軌跡是否為拋物線？探究點３、如何根據(jù)已有的軌跡求出平拋的初速度（一）、如何獲得平拋運動的軌跡？(認(rèn)真閱讀教材，深刻理解以下三種參考方案，鼓勵學(xué)生探索更多方案，選擇最適合自己的方案進(jìn)行研究)．【方案一】平拋運動演示儀實驗器材:斜槽、小球、木板、白紙（可先畫上坐標(biāo)格）、圖釘、鉛垂線、直尺、三角板、鉛筆等。實驗裝置：實驗步驟：①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,并使其末端保持水平;②調(diào)整木板:用懸掛在槽口的鉛垂線把木板調(diào)整到豎直方向,并使木板平面與小球下落的豎直面平行且靠近,固定好木板;③確定坐標(biāo)軸:把小球放在槽口處,用鉛筆記下小球在槽口時球心在木板上的水平投影點O,O即為坐標(biāo)原點,再利用鉛垂線在紙上畫出通過O點的豎直線,即y軸;④確定小球釋放點:選擇一個小球在斜槽上合適的位置由靜止釋放,使小球運動軌跡大致經(jīng)過白紙的右下角;⑤描繪運動軌跡:把筆尖放在小球可能經(jīng)過的位置上,如果小球運動中碰到筆尖,用鉛筆在該位置畫上一點,用同樣的方法,從同一位置釋放小球,在小球運動路線上描下若干點.注意事項：1、應(yīng)保持斜槽末端的切線水平，釘有坐標(biāo)紙的木板豎直，并使小球的運動靠近坐標(biāo)紙但不接觸；2、小球每次必須從斜槽上同一位置無初速度滾下，在斜槽上釋放小球的高度應(yīng)適當(dāng)，使小球以合適的水平初速度拋出，其軌跡在坐標(biāo)紙的左上角到右下角間分布，從而減小測量誤差；3、坐標(biāo)原點（小球做平拋運動的起點）不是槽口的端點，應(yīng)是小球在槽口時球心在木板上的水平投影點。水平噴出的細(xì)水柱顯示平拋運動軌跡。水平噴出的細(xì)水柱顯示平拋運動軌跡。A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，它顯示了平拋運動的軌跡。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。這是因為該管上端與空氣相通，A處水的壓強始終等于大氣壓，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間內(nèi)，都可以得到穩(wěn)定的細(xì)水柱?！痉桨溉款l閃照相數(shù)碼相機大多具有攝像功能，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動的幾張連續(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。.原實驗的不足之處(1)斜面小槽配合豎直白紙法不易確定小球平拋運動的位置，實驗誤差很大，時間很長。(2)水柱法的軌跡受空氣阻力影響大而且不穩(wěn)定。(3)這兩種方法都沒有探究兩分運動的性質(zhì)。(4)數(shù)碼攝像機法成本太高不易推廣?？傊?，3種方法都無法快速、準(zhǔn)確地記錄小球平拋運動的位置，描出平拋運動的軌跡。匯總討論結(jié)果，我們將采用以下方案來獲得：方案一改進(jìn)版實驗儀器：平拋運動實驗器(J2154)、學(xué)生電源、白紙、復(fù)寫紙實驗裝置：實驗步驟：1．按照以下步驟準(zhǔn)備實驗裝置(1)將平拋運動實驗器置于桌面，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，使面板處于豎直平面內(nèi)，裝置如圖所示。(2)將白紙襯墊一張復(fù)寫紙，緊貼記錄面板用夾子固定在面板上，以斜槽末端為坐標(biāo)原點，根據(jù)重垂線定下y坐標(biāo)軸線，實驗完成后取下白紙再作出x坐標(biāo)軸線(3)把接球擋板拉到較上方的位置。2．鋼球緊靠定位板釋放，球沿軌道向下運動，以一定的初速度由軌道的平直部分水平拋出。3．下落的鋼球打在向面板傾斜的接球擋板上，同時在面板上留下一個印跡點。4．再將接球擋板向下拉一小段，重復(fù)上述操作方法，打出第二個印跡點，如此繼續(xù)下拉接球擋板，直至最低點，即可得到平拋的鋼球下落時的一系列跡點(一般取5、6個點)。5．變更定位板的位置，即可改變鋼球平拋的初速度，按上述實驗操作方法，便可打出另一系列跡點。6．取下記錄紙，將各次實驗所記錄的點分別用平滑曲線連接起來，即可得到做平拋運動的軌跡圖線。數(shù)據(jù)處理：白紙左上角即為坐標(biāo)原點O，上邊緣為X軸，左邊緣為Y軸；把各點用平滑曲線連接起來；量出各點的高度和水平距離，計算出初速度，最后算出平均值。實驗誤差來源1、如何保證小球的運動是平拋運動？2、如何保證小球每一次都以相同的速度水平拋出？3、如何確定小球平拋的初始位置？4、小球受空氣阻力應(yīng)對措施1、應(yīng)保持斜槽末端的切線水平.2、小球每次必須從斜槽上同一位置無初速度滾下，在斜槽上釋放小球的高度應(yīng)適當(dāng)，使小球以合適的水平初速度拋出，其軌跡在坐標(biāo)紙的左上角到右下角間分布，從而減小測量誤差；3、坐標(biāo)原點（小球做平拋運動的起點）不是槽口的端點，應(yīng)是小球在槽口時球心在白紙上的水平投影點。4、實驗中選取密度大的小金屬球 問：改進(jìn)版與原版有什么優(yōu)點？答：得出的用來描軌跡的點的豎直距離按h、3h、5h、7h，根據(jù)平拋運動的特點，相鄰兩點間的時間間隔應(yīng)該是一樣的。（二）、如何確定軌跡是否為拋物線？(認(rèn)真閱讀教材，按照以下步驟進(jìn)行操作)yOyOx1、軌跡上各點坐標(biāo)應(yīng)該滿足y=ax22、取一點M的坐標(biāo)代入方程可求出a值3、再在軌跡上任取其它的一些點，量出坐標(biāo)代入方程，求出不同的點是a看看是否一樣，若各組的a值差不多，則說明軌跡是一條拋物線。請同學(xué)們完成下面表格，驗證a值：

12345水平位移x

豎直位移y

a值（a=y/x2)

（三）、如何根據(jù)已有的軌跡求出平拋的初速度？OxOxy1、在軌跡上取一個點量出它的水平位移x和豎直位移y2、由y=gt2/2求出時間3、由v0=x/t求出初速度思考：M應(yīng)該離原點較近還是應(yīng)該較遠(yuǎn)？xxxxxxy1y2取兩段相等的水平位移，則兩段時間相同。由y2-y1=gt2可得出時間t;再由v0=x/t求出初速度。例1如圖所示是研究平拋運動的實驗裝置簡圖，圖是實驗后白紙上的軌跡圖。⑴

說明圖中的兩條坐標(biāo)軸是如何作出的。⑵

說明判斷槽口的切線是否水平的方法。⑶

實驗過程中需要經(jīng)多次釋放小球才能描繪出小球運動的軌跡，進(jìn)行這一步驟時應(yīng)注意什么？提示回顧該實驗的操作步驟及注意事項，對照分析即得。解析⑴

利用拴在槽口處的重錘線畫出y軸，x軸與y軸垂直。⑵

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。⑶

應(yīng)注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)軸是研究平拋運動特點的必要準(zhǔn)備，關(guān)鍵在于利用重垂線畫出y軸和確定坐標(biāo)原點的位置。AA’B’Byhx2x1例2在“研究平拋物體的運動”的實驗中，某同學(xué)只在豎直板面上記下了重錘線y的方向，但忘記了平拋的初位置，在坐標(biāo)紙上描出了一段曲線的軌跡，如圖所示?，F(xiàn)在曲線上取A、B兩點，量出它們到y(tǒng)軸的距離，AA’=xAA’B’Byhx2x1提示根據(jù)平拋運動的兩個分運動的規(guī)律，列方程求解。解析設(shè)小球到達(dá)A點時，運動時間為t1，豎直方向的位移為y1；到達(dá)B點時，運動時間為t2，豎直方向的位移為y2。根據(jù)平拋運動的規(guī)律有其中y2－y1=h，所以

。小結(jié)平拋運動水平方向的分運動為勻速直線運動，豎直方向的分運動為自由落體運動。有此列出方程求解，即可求得其初速度。三、小結(jié)1、鞏固了平拋運動的知識；2、掌握了獲取平拋運動軌跡的方法；3、探究了研究平拋運動規(guī)律的方法；4、體驗到了科學(xué)的研究問題的方法。四、課堂大練兵1、在做“研究平拋運動”的實驗時，除了木板、小球、斜槽、鉛筆、圖釘之外，下列器材中還需要的是A.游標(biāo)卡尺B.秒表C.坐標(biāo)紙D.天平E.彈簧秤