高中物理人教版第五章曲線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究平拋運(yùn)動(dòng) 精品

3．實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動(dòng)三維目標(biāo)知識(shí)與技能1．知道平拋運(yùn)動(dòng)的條件及相應(yīng)控制方法；2．知道用實(shí)驗(yàn)獲得平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的方法；3．知道判斷運(yùn)動(dòng)軌跡是否為拋物線的方法；4．知道測(cè)量初速度時(shí)需要測(cè)量的物理量；5．會(huì)推導(dǎo)初速度的表達(dá)式，會(huì)計(jì)算平拋運(yùn)動(dòng)的初速度。過程與方法1．觀察現(xiàn)象→初步分析→猜測(cè)實(shí)驗(yàn)研究→得出規(guī)律→重復(fù)實(shí)驗(yàn)→鑒別結(jié)論→追求統(tǒng)一；2．利用已知的直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律來研究復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，滲透物理學(xué)“化曲為直”“化繁為簡(jiǎn)”的方法及“等效代換”正交分解”的思想方法；3．在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，進(jìn)行控制的思想方法的教育：從實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、裝置、操作到數(shù)據(jù)處理，所有環(huán)節(jié)都應(yīng)進(jìn)行多方面實(shí)驗(yàn)思想的教育，“實(shí)驗(yàn)的精髓在于控制”的思想，在乎拋物體實(shí)驗(yàn)中非常突出。如裝置中斜槽末端應(yīng)保持水平的控制；木板要豎直放置的控制；操作上強(qiáng)調(diào)小球每次都從斜槽同一高度處由靜止開始釋放的控制；在測(cè)量小球位置時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差的控制等。情感、態(tài)度與價(jià)值觀通過重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行共性分析、歸納分類，達(dá)到鑒別結(jié)論的教育目的，同時(shí)還能進(jìn)行理論聯(lián)系實(shí)際的教育。教學(xué)重點(diǎn)平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、裝置、操作及數(shù)據(jù)處理。教學(xué)難點(diǎn)1．平拋運(yùn)動(dòng)的條件及相應(yīng)控制方法；2．用實(shí)驗(yàn)獲得平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的方法。教學(xué)方法探究、實(shí)驗(yàn)。教具準(zhǔn)備平拋運(yùn)動(dòng)演示儀、多媒體課件。教學(xué)過程［新課導(dǎo)入］上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了平拋運(yùn)動(dòng)的理論知識(shí)，本節(jié)課我們通過實(shí)驗(yàn)來進(jìn)一步探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，分析平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，計(jì)算平拋運(yùn)動(dòng)的初速度等。［新課教學(xué)］在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們首先設(shè)法描繪某物體做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，然后通過這個(gè)軌跡研究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)?，F(xiàn)在假定已經(jīng)用某種方法得到了一個(gè)物體做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，我們看一看可以進(jìn)行哪些研究。一、判斷平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是不是拋物線OM1M2M3M4xy9hA1A2A3A4h4h在x軸上作出等距離的幾個(gè)點(diǎn)A1、A2、A3……把線段OA1的長(zhǎng)度記為l，那么OA2＝2l、OA3＝3l……由A1、A2、A3……向下作垂線，垂線與拋體軌跡的交點(diǎn)記為M1、MOM1M2M3M4xy9hA1A2A3A4h4h用刻度尺測(cè)量某點(diǎn)的x、y坐標(biāo)，代入y＝ax2中求出常量a，于是知道了代表這個(gè)軌跡的一個(gè)可能的關(guān)系式。測(cè)量其它幾個(gè)點(diǎn)的x、y坐標(biāo)。怎樣通過這些測(cè)量值來判斷這條曲線是否是一條拋物線？假定由A1、A2、A3……向下作垂線，垂線與拋體軌跡的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)分別為h、4h、9h……，則軌跡上的點(diǎn)滿足二次函數(shù)y＝ax2，則說明軌跡的形狀是拋物線。二、計(jì)算平拋物體的初速度本實(shí)驗(yàn)的要求不高，可以不考慮空氣阻力的作用。這樣，拋體在豎直方向只受到重力的作用，因此它的加速度是常量，等于g，它的y坐標(biāo)的變化符合勻加速運(yùn)動(dòng)的規(guī)律：根據(jù)曲線上某點(diǎn)的縱坐標(biāo)可以計(jì)算出時(shí)間t。為了得到拋體的初速度，還需要測(cè)量什么量？進(jìn)行怎樣的計(jì)算？做平拋運(yùn)動(dòng)的物體在水平方向做勻速運(yùn)動(dòng)，若曲線上該點(diǎn)的橫坐標(biāo)為x，則有：x＝v0t聯(lián)立解得：三、實(shí)驗(yàn)操作下面的參考案例介紹了獲得平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的幾種方法，同學(xué)們可以選用其中的某一方法，也可以自己設(shè)計(jì)其他方法?！緟⒖及咐恳玫狡綊佭\(yùn)動(dòng)的軌跡，有多種實(shí)驗(yàn)方法，以下案例可供選擇，也可以在這些案例啟發(fā)下自行設(shè)計(jì)或改裝，形成自己的實(shí)驗(yàn)方案。1．利用實(shí)驗(yàn)室的斜面小槽等器材裝配如圖所示的裝置。鋼球從斜槽上滾下，沖過水平槽飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)。每次都使鋼球在斜槽上同一位置滾下，鋼球在空中做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡就是一定的。設(shè)法用鉛筆描出小球經(jīng)過的位置。通過多次實(shí)驗(yàn)，在豎直白紙上記錄鋼球所經(jīng)過的多個(gè)位置，連起來就得到鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡?？梢园压P尖放在小球可能經(jīng)過的位置，如果小球能夠碰到筆尖，就說明位置找對(duì)了?！緦?shí)驗(yàn)器材】方木板，白紙，圖釘，斜槽軌道(附擋球板和重垂線)，小鋼球，鉛筆，刻度尺?！緦?shí)驗(yàn)步驟】xy①將固定有斜槽的木板放在實(shí)驗(yàn)桌上，實(shí)驗(yàn)前要檢查木板是否水平，使槽末端O點(diǎn)的切線水平xy②用圖釘把坐標(biāo)紙釘在豎直的木板上，固定時(shí)要用重垂線檢查坐標(biāo)紙上的豎線是否豎直。③選定斜槽末端所在的點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O，從坐標(biāo)原點(diǎn)O畫出豎直向下的y軸和水平向右的x軸。④使小球由斜槽的某一固定位置自由滾下，并由O點(diǎn)開始做平拋運(yùn)動(dòng)。先用眼睛粗略地確定做平拋運(yùn)動(dòng)的小球在某一x值處的y值。然后使小球從開始時(shí)的位置滾下，在粗略確定的位置附近，用鉛筆較準(zhǔn)確地確定小球通過的位置，并在坐標(biāo)紙上記下這一點(diǎn)。⑤依次改變x的值，用同樣的方法確定其他各點(diǎn)的位置。⑥取下坐標(biāo)紙，根據(jù)記下的一系列位置，用平滑的曲線畫出小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。⑦在軌跡上選取幾個(gè)不同的點(diǎn)，測(cè)出它們的橫坐標(biāo)x和縱坐標(biāo)y，根據(jù)重力加速度g的數(shù)值，利用公式算出小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度，最后算出V0的平均值?！居涗浖皵?shù)據(jù)處理】g＝_____________m/s2。選點(diǎn)編號(hào)xyv012345【注意事項(xiàng)】①固定斜槽時(shí)，要保證斜槽末端切線呈水平，使小球能穩(wěn)定地停在槽口附近；②小球每次要從槽中同一位置由靜止?fàn)顟B(tài)開始滾下，可利用擋球板固定在適當(dāng)位置。釋放的位置應(yīng)能使小球從坐標(biāo)紙的左上方進(jìn)入，從右下方出去，充分利用坐標(biāo)紙；③教材中坐標(biāo)原點(diǎn)選在槽口位置，實(shí)際上坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)為槽口末端上方球圓心處；④計(jì)算小球的初速度時(shí)，應(yīng)選距拋出點(diǎn)稍遠(yuǎn)一些的點(diǎn)為宜，以便于測(cè)量和計(jì)算。⑤描軌跡時(shí)，應(yīng)使平滑的曲線過多數(shù)點(diǎn)，且使不能在曲線上的點(diǎn)盡可能對(duì)稱分布在曲線兩側(cè)。2．如所示，倒置的飲料瓶?jī)?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，使其不隨瓶?jī)?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?jī)?nèi)水面高低的影響。因此，在水面降到A處以前的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，都可以得到穩(wěn)定的細(xì)水柱。3．用數(shù)碼照相機(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?？梢杂盟臄z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。由于相鄰兩幀照片間的時(shí)間間隔是相等的，只要測(cè)量相鄰兩照片上小球的水平位移，就很容易判斷小球做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)在水平方向上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)?！菊f一說】某同學(xué)使小球沿課桌水平飛出，用前面所說數(shù)碼照相機(jī)來拍攝小球做平拋運(yùn)動(dòng)的錄像（每秒15幀），并將小球運(yùn)動(dòng)的照片打印出來。請(qǐng)問：他大約可以得到幾幀小