高中物理第5章曲線運動5.3探究平拋運動的規(guī)律教案新人教版必修2(I)

1、5.3探究平拋運動的規(guī)律項目內(nèi)容教學(xué)目標(biāo)1、知識與技能（1）知道平拋運動的特點是初速度方向水平，只有豎直方向受重力作用，運動軌跡是拋物線；（2）知道平拋運動形成的條件；（3）理解平拋運動是勻變速運動，其加速度為g；（4）會用平拋運動規(guī)律解答有關(guān)問題。2、過程與方法（1）在知識教學(xué)中應(yīng)同時進行科學(xué)研究過程教育，本節(jié)課以研究平拋物體運動規(guī)律為中心所展開的課堂教學(xué)，應(yīng)突出一條研究物理科學(xué)的一般思想方法的主線： 觀察現(xiàn)象初步分析猜測實驗研究得出規(guī)律重復(fù)實驗鑒別結(jié)論追求統(tǒng)一。（2）利用已知的直線運動的規(guī)律來研究復(fù)雜的曲線運動，滲透物理學(xué)“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；

2、（3）在實驗教學(xué)中，進行控制的思想方法的教育：從實驗的設(shè)計、裝置、操作到數(shù)據(jù)處理，所有環(huán)節(jié)都應(yīng)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(yīng)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。3、情感、態(tài)度與價值觀（1）通過重復(fù)多次實驗，進行共性分析、歸納分類，達到鑒別結(jié)論的教育目的，同時還能進行理論聯(lián)系實際的教育。（2）在理解平拋物體運動規(guī)律是受恒力的勻變速曲線運動時應(yīng)注意到“力與物體運動的關(guān)系”。這方面的問題，我國東漢的王充(公元2797年)歷盡心血三十年寫

3、成論衡一書，全書三十卷八十五篇約三十萬字，已有精辟論述，以此滲透愛國主義教育和刻苦學(xué)習(xí)、勤奮工作精神的美德教育。教學(xué)重、難點教學(xué)重點：平拋運動的特點和規(guī)律；學(xué)習(xí)和借鑒本節(jié)課的研究方法。教學(xué)難點：平拋運動的規(guī)律。教學(xué)準備平拋運動演示儀、平拋豎落儀教學(xué)過程（一）新課導(dǎo)入前面我們學(xué)習(xí)了曲線運動的相關(guān)知識以及研究曲線運動基本方法運動的合成與分解，在學(xué)習(xí)新課之前我們先來回顧一下。做曲線運動的物體其速度方向是怎樣的？（質(zhì)點在某一點的速度方向，沿曲線在這一點的切線方向。）在什么情況下物體會做曲線運動？（當(dāng)物體所受的合力的方向跟它的速度方向不在同一條直線上時，物體做曲線運動。）運動的合成與分解包含哪幾個方面的

4、內(nèi)容？（包括速度的合成與分解、位移的合成與分解、加速度的合成與分解。）在合成與分解的過程中遵循什么樣的規(guī)律？（必須遵循平行四邊形定則。）合運動和分運動之間以及各個分運動之間存在什么關(guān)系呢？（合運動和分運動所經(jīng)歷的時間一定是相同的，這是等時性原理；各個分運動之間是相互獨立、互不影響的，這是獨立性原理。）說了這么多，我們也僅僅是從理論上了解了通過運動的合成與分解能夠研究曲線運動的規(guī)律，但我們還沒有把這一理論應(yīng)用到實際的曲線運動中來檢驗一番，所以這節(jié)課我們就來完成這一項任務(wù)，通過運動的合成與分解來研究一種生活中常見的運動平拋運動。（二）新課教學(xué)1、拋體運動演示實驗：以任意角度向空中拋出一個粉筆頭。請

5、同學(xué)們觀察粉筆頭的運動軌跡，判斷它的運動性質(zhì)？（粉筆頭的運動軌跡是曲線，它做的是曲線運動。）分析它的受力情況？（受到豎直向下的重力和與運動方向相反的空氣阻力的作用。）實際上在這種情況下，空氣阻力非常小，一般情況下我們不考慮，這里我們就認為粉筆頭只受到重力的作用(如圖63l所示)現(xiàn)在請大家考慮一下，生活中有哪些物體的運動與我們剛才實驗中的粉筆頭情況相似？足球比賽中被球員踢起來在空中飛行的足球；乒乓球比賽中被球拍打出去的乒乓球；被運動員扔出去的鐵餅、標(biāo)槍、鉛球等?？梢钥闯?，生活中有許多這種運動的例子。從這些例子中我們可以看出，所有這些物體都是以一定的初速度被拋出，忽略空氣阻力，在只受重力的情況下做

6、曲線運動，我們把這種運動稱為拋體運動。在拋體運動中有一種特殊情況，即物體被拋出時的初速度方向沿水平方向，我們把這樣的拋體運動稱為平拋運動。根據(jù)拋體運動初速度的方向我們還可以對拋體運動進行如下分類：（1）初速度豎直向上，豎直上拋運動（2）初速度豎直向下：豎直下拋運動（3）初速度與水平面成正角：斜上拋運動（4）初速度與水平面成負角；斜下拋運動我們這節(jié)課的任務(wù)就是探究平拋運動的規(guī)律。2、平拋運動豎直方向的運動規(guī)律演示實驗：用平拋運動演示儀演示平拋運動。請大家注意觀察平拋運動的軌跡，發(fā)現(xiàn)它是一條曲線。由此我們可以得出這樣一個結(jié)論；平拋運動在豎直方向上的分速度是越來越快的，但這個分速度到底是如何變化的我

7、們還是不清楚，現(xiàn)在請大家來分析做平拋運動的物體在豎直方向上的受力情況？（在豎直方向上只受到重力的作用）想一下我們前面學(xué)過的運動形式有沒有只在重力作用下實現(xiàn)的？（做自由落體運動的物體只受重力的作用）既然豎直方向上只受重力的作用，與物體做自由落體運動的條件相同，根據(jù)我們上節(jié)課學(xué)的分運動的獨立性原理知道，分運動在各自的方向上遵循各自的規(guī)律，我們能得出什么樣的結(jié)論呢？（平拋運動豎直方向上的分運動有可能是自由落體運動）既然我們有了這樣的猜想，為了驗證它的正確性，我們來做下面這個實驗。 演示實驗：如圖632所示，用小錘打擊彈簧金屬片，金屬片把A球沿水平方向拋出，同時月球被松開，自由下落，A、B兩球同時開始

8、運動。先來分析兩個小球做的分別是什么運動？（A球在金屬片的打擊下獲得水平初速度后只在重力作用下運動，所以做的是平拋運動。B球被松開后沒有任何初速度，且只受到重力的作用，因此做的是自由落體運動。）現(xiàn)在觀察兩球的運動情況，看兩球是否同時落地？這個地方教給大家一個判斷兩球是否同時落地的小技巧那就是不要用眼睛看而是用耳朵聽。兩個小球落地后會不止蹦一下，我們只聽它們落地的第一聲響，如果我們只聽到一聲響，說明兩個小球同時落地，如果聽到兩個落地聲，說明兩個小球先后落地。在做實驗之前我們先來聽一下一個小球落地的聲音。(拿一個和實驗用的小球一樣的球讓其做自由落體運動，讓學(xué)生仔細聽其落地的聲音，以便判斷實驗中的落

9、地聲)A、B兩個小球從同一高度同時開始運動，又同時落地，這說明了什么問題啊？（這說明了A球在豎直方向上的分運動的性質(zhì)和B球的運動性質(zhì)是一樣的。B球做的是自由落體運動。由這一次實驗我們就能下這樣的結(jié)論嗎？有沒有可能我們設(shè)置的這個高度是一個特殊的高度，它正好滿足自由落體下落的時間和平拋運動時間相等呢?或者說因為我們打擊力度的原因，使A球獲得的初速度剛好滿足這一條件呢？那我們應(yīng)該如何來解決呢？（多次改變小球下落的高度與打擊的力度，重復(fù)這個實驗。）現(xiàn)在我們來改變高度和打擊力度重新來做這個實驗，來聽落地的聲音。（兩個小球仍然同時落地）這說明了什么問題？（平拋運動在豎直方向上的分運動就是自由落體運動。）結(jié)

10、論：平拋運動在豎直方向上的分運動是自由落體運動。3、平拋運動水平方向的運動規(guī)律研究完豎直方向上的運動，我們再來看水平方向上的分運動。先來分析做平拋運動的物體在水平方向上的受力情況。（做平拋運動的物體只受重力作用，重力的方向是豎直向下的，所以物體在水平方向上不受力） 根據(jù)運動的獨立性我們知道水平方向上的運動不會受到豎直方向的運動影響，再根據(jù)牛頓第一定律我們能得出什么樣的結(jié)論啊？（根據(jù)牛頓第一定律我們知道，如果一個物體處于不受力或受力平衡狀態(tài)，它將靜止或做勻速直線運動。在平拋運動中，物體水平方向上不受力，并且水平方向上有一個初速度，所以物體在水平方向上應(yīng)該是勻速直線運動。）那我們應(yīng)該怎樣來驗證這個

11、猜想呢？大家可以從勻速直線運動的特點出發(fā)來考慮這個問題。（勻速直線運動的特點是速度大小不變，位移均勻地增加，因此我們只要能證明在相等的時間內(nèi)發(fā)生的水平位移相等就可以了。）要進行這樣的驗證，我們首先面臨的問題就是如何得到平拋運動的軌跡圖象，我們可以采用以下方案來獲得：（1）按照以下步驟準備實驗裝置第一，將平拋運動實驗器置于桌面，裝好乎拋軌道，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，使面板處于豎直平面內(nèi)，卡好定位板，裝置如圖633所示。第二，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，

12、可事先用鉛筆在紙上畫出x、y坐標(biāo)軸線)，并注意使坐標(biāo)原點的位置在平拋物體(鋼球)的質(zhì)心(即球心)離開軌道處。第三，把接球擋板拉到最上方一格的位置。（2）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格，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。（5）變更定位板的位置，即可改變鋼球乎拋的初速度，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

13、別用平滑曲線連接起來，即可得到以不同的初速度做平拋運動的軌跡圖線。如圖634所示：注意：（1）為了保證實驗精度，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。（2）安放記錄紙時，要使坐標(biāo)原點與拋體的拋出點重合，這樣才能正確地確定拋體運動軌跡的起始點，從而確定軌跡上任意點的x、y坐標(biāo)。獲得了平拋運動的軌跡圖象我們就可以從中知道平拋運動的水平位移。現(xiàn)在我們從得到的幾條軌跡中選出一條來進行研究。我們現(xiàn)在所面臨的問題是如何知道水平分運動所發(fā)生的時間。這個問題我們可以通過運動的等時性來考慮。（前面我們已經(jīng)得出了平拋運動的豎直分運動為自由落體運動，根據(jù)等時性原理我們知道水平分運動和豎直分運動是

14、同時發(fā)生的，所以可以通過豎直分速度來找相等的時間間隔。）具體如何來實現(xiàn)呢？根據(jù)自由落體運動的位移公式x= gt2/2我們可以得出，在相鄰相等的時間間隔內(nèi)物體所發(fā)生的位移之比為1：3：5：(2n+1)，那么我們就可以從坐標(biāo)系中的縱軸上選取長度分別為h、3h、5h的相鄰的線段，即選取縱坐標(biāo)分別為h、4h、9h的三個點。例如選擇5、20、45這幾個點。如圖635所示，在平拋的軌跡上找出縱坐標(biāo)與之相對應(yīng)的點，這些點所對應(yīng)的橫坐標(biāo)即為平拋運動的水平分運動在相鄰相等的時間間隔里所達到的位置。這樣我們就找出了水平分運動在相鄰相等的時間間隔內(nèi)所發(fā)生的位移，觀察這些水平分位移，可以得到什么規(guī)律？（這些水平分位移

15、都近似相等。）由此我們可以得出什么結(jié)論？（平拋運動的水平分運動是勻速直線運動）結(jié)論：平拋運動的水平分運動是勻速直線運動。這樣我們就通過運動的合成與分解探究出了平拋運動在水平和豎直方向上的運動規(guī)律，下面我們來看一個例題。例題1：一架老式飛機在高出地面0.81 km的高度，以2.5Xl02km幾的速度水平飛行，為了使飛機上投下的炸彈落在指定的目標(biāo)，應(yīng)該在與轟炸目標(biāo)的水平距離為多遠的地方投彈？（不計空氣阻力）分析：對于這道題我們可以從以下幾個方面來考慮：第一，從水平飛行的飛機上投下的炸彈，做什么運動？為什么？（做的是平拋運動，炸彈在沒有脫離飛機時與飛機具有相同的水平速度。脫離飛機后這一速度并不消失，

16、這時炸彈只受重力作用且具有水平初速度，所以做平拋運動）第二，炸彈的這種運動可分解為哪兩個什么樣的分運動？（可以分解為水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動）第三，要想使炸彈投到指定的目標(biāo)處，你認為炸彈落地前在水平方向通過的距離與投彈時飛機離目標(biāo)的水平距離之間有什么關(guān)系？（炸彈落地前在水平方向通過的距離與投彈時飛機離目標(biāo)的水平距離應(yīng)該相等）討論與交流：飛機在投遞貨物或?qū)嵤┺Z炸的時候，應(yīng)該在目標(biāo)的什么位置開始投放貨物或炸彈？小結(jié)：本節(jié)課我們學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容是：（1）什么是平拋運動？（初速度方向為水平方向的拋體運動叫做平拋運動）（2）平拋運動水平和豎直兩個方向上的分運動分別是什么運動？（水平方向是勻