高中物理人教版第五章曲線運動實驗研究平拋運動 精品

3．實驗：研究平拋運動三維目標知識與技能1．知道平拋運動的條件及相應控制方法；2．知道用實驗獲得平拋運動軌跡的方法；3．知道判斷運動軌跡是否為拋物線的方法；4．知道測量初速度時需要測量的物理量；5．會推導初速度的表達式，會計算平拋運動的初速度。過程與方法1．觀察現(xiàn)象→初步分析→猜測實驗研究→得出規(guī)律→重復實驗→鑒別結論→追求統(tǒng)一；2．利用已知的直線運動的規(guī)律來研究復雜的曲線運動，滲透物理學“化曲為直”“化繁為簡”的方法及“等效代換”正交分解”的思想方法；3．在實驗教學中，進行控制的思想方法的教育：從實驗的設計、裝置、操作到數(shù)據(jù)處理，所有環(huán)節(jié)都應進行多方面實驗思想的教育，“實驗的精髓在于控制”的思想，在乎拋物體實驗中非常突出。如裝置中斜槽末端應保持水平的控制；木板要豎直放置的控制；操作上強調(diào)小球每次都從斜槽同一高度處由靜止開始釋放的控制；在測量小球位置時對實驗誤差的控制等。情感、態(tài)度與價值觀通過重復多次實驗，進行共性分析、歸納分類，達到鑒別結論的教育目的，同時還能進行理論聯(lián)系實際的教育。教學重點平拋運動實驗的設計、裝置、操作及數(shù)據(jù)處理。教學難點1．平拋運動的條件及相應控制方法；2．用實驗獲得平拋運動軌跡的方法。教學方法探究、實驗。教具準備平拋運動演示儀、多媒體課件。教學過程［新課導入］上節(jié)課我們學習了平拋運動的理論知識，本節(jié)課我們通過實驗來進一步探究平拋運動的特點，分析平拋運動的軌跡，計算平拋運動的初速度等。［新課教學］在這個實驗中，我們首先設法描繪某物體做平拋運動的軌跡，然后通過這個軌跡研究平拋運動的特點?，F(xiàn)在假定已經(jīng)用某種方法得到了一個物體做平拋運動的軌跡，我們看一看可以進行哪些研究。一、判斷平拋運動的軌跡是不是拋物線OM1M2M3M4xy9hA1A2A3A4h4h在x軸上作出等距離的幾個點A1、A2、A3……把線段OA1的長度記為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記為M1、MOM1M2M3M4xy9hA1A2A3A4h4h用刻度尺測量某點的x、y坐標，代入y＝ax2中求出常量a，于是知道了代表這個軌跡的一個可能的關系式。測量其它幾個點的x、y坐標。怎樣通過這些測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對應的縱坐標分別為h、4h、9h……，則軌跡上的點滿足二次函數(shù)y＝ax2，則說明軌跡的形狀是拋物線。二、計算平拋物體的初速度本實驗的要求不高，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坐標的變化符合勻加速運動的規(guī)律：根據(jù)曲線上某點的縱坐標可以計算出時間t。為了得到拋體的初速度，還需要測量什么量？進行怎樣的計算？做平拋運動的物體在水平方向做勻速運動，若曲線上該點的橫坐標為x，則有：x＝v0t聯(lián)立解得：三、實驗操作下面的參考案例介紹了獲得平拋運動軌跡的幾種方法，同學們可以選用其中的某一方法，也可以自己設計其他方法?！緟⒖及咐恳玫狡綊佭\動的軌跡，有多種實驗方法，以下案例可供選擇，也可以在這些案例啟發(fā)下自行設計或改裝，形成自己的實驗方案。1．利用實驗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動。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動的軌跡就是一定的。設法用鉛筆描出小球經(jīng)過的位置。通過多次實驗，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動的軌跡?？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，就說明位置找對了?！緦嶒炂鞑摹糠侥景?，白紙，圖釘，斜槽軌道(附擋球板和重垂線)，小鋼球，鉛筆，刻度尺。【實驗步驟】xy①將固定有斜槽的木板放在實驗桌上，實驗前要檢查木板是否水平，使槽末端O點的切線水平xy②用圖釘把坐標紙釘在豎直的木板上，固定時要用重垂線檢查坐標紙上的豎線是否豎直。③選定斜槽末端所在的點為坐標原點O，從坐標原點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點開始做平拋運動。先用眼睛粗略地確定做平拋運動的小球在某一x值處的y值。然后使小球從開始時的位置滾下，在粗略確定的位置附近，用鉛筆較準確地確定小球通過的位置，并在坐標紙上記下這一點。⑤依次改變x的值，用同樣的方法確定其他各點的位置。⑥取下坐標紙，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動的軌跡。⑦在軌跡上選取幾個不同的點，測出它們的橫坐標x和縱坐標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動的初速度，最后算出V0的平均值。【記錄及數(shù)據(jù)處理】g＝_____________m/s2。選點編號xyv012345【注意事項】①固定斜槽時，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狀態(tài)開始滾下，可利用擋球板固定在適當位置。釋放的位置應能使小球從坐標紙的左上方進入，從右下方出去，充分利用坐標紙；③教材中坐標原點選在槽口位置，實際上坐標原點應為槽口末端上方球圓心處；④計算小球的初速度時，應選距拋出點稍遠一些的點為宜，以便于測量和計算。⑤描軌跡時，應使平滑的曲線過多數(shù)點，且使不能在曲線上的點盡可能對稱分布在曲線兩側。2．如所示，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管，其中一根彎成水平，且水平端加接一段更細的硬管作為噴嘴。水從噴嘴中射出，在空中形成彎曲的細水柱，它顯示了平拋運動的軌跡。設法把它描在背后的紙上就能進行分析處理了。插入瓶中的另一根細管的作用，是保持從噴嘴射出水流的速度，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)定的細水柱。3．用數(shù)碼照相機或數(shù)碼攝像機記錄平拋運動的軌跡。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間間隔是相等的，只要測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動時在水平方向上的運動特點。【說一說】某同學使小球沿課桌水平飛出，用前面所說數(shù)碼照相機來拍攝小球做平拋運動的錄像（每秒15幀），并將小球運動的照片打印出來。請問：他大約可以得到幾幀小