2021年高中物理新人教版必修第二册 第五章 实验探究平抛运动特点 第1课时 教案
文档属性
| 名称 | 2021年高中物理新人教版必修第二册 第五章 实验探究平抛运动特点 第1课时 教案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 363.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-08-22 13:50:03 | ||
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文档简介
5.3实验：探究平抛运动的特点
【教材分析】
本节实验属于探究性实验，而不是验证性的。在这一节中，要求会用运动的合成与分解的方法分析抛体运动。教材中采用了先理论分析探究平抛运动的实验方法和实验思路，再分两个步骤做实验。首先是先研究竖直方向的特点，在获得结论之后，利用竖直方向做自由落体运动的结论，进一步探究平抛体在水平方向运动的特点。这样处理，有利于学生形成正确的逻辑思维。探究的过程既有实验现象的观察，又有分析、推理的过程，还要将实验现象与分析、推理结合起来。实验的手段上既有传统的仪器演示实验，也介绍了使用频闪照相技术等。
【物理核心素养】
物理观念：体现科学论证观念，知道平抛运动的条件及相应控制方法；知道用实验获得平抛运动轨迹的方法。
科学思维：通过学生设计实验，体会物理问题的探究思想和实验设计思想，了解设计实验的基本方法。
科学探究：通过重复多次实验，进行共性分析、归纳分类，达到鉴别结论的教育目的，同时还能进行理论联系实际的教育。
科学态度与责任：鼓励学生去创新和实践，提倡多动脑、动手的创新精神，激发学生创新意识，对学生进行创新意识的培养。
【教学重点与难点】
重点：平抛运动规律的探究过程。
难点：准确得到平抛运动的轨迹。
【教学准备】
多媒体课件，平抛运动演示仪，直尺、坐标纸、复写纸，小球等。
【教学过程】
一、新课引入
观察思考：从运动和受力情况看，有什么共同点？水从瓶子喷出来，垒球和飞机投弹的运动。
观察发现：
1.
一开始都具有一定的初速度。
2.
都受到重力和空气阻力。
3.
轨迹都是曲线。
正是因为类似的运动的都具有这样的特点，所以定义：
以一定的速度v0
将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受重力G作用的运动，这时的运动叫作抛体运动。（理想化处理）
从合力与初速度的方向来分，抛体运动又可以分为这几种。
①平抛运动：初速度v0
沿水平方向。
抛体运动
②竖直抛运动：初速度v0
沿竖直方向向上或者向下。
③斜抛运动：初速度v0
沿斜向上或斜向下方向。
下面我们通过实验来探究物体做平抛运动的特点，即物体的速度和位移随时间的变化关系。
二、新课教学
（一）实验思路
平抛运动是曲线运动，速度和位移的方向都在时刻变化。按照运动的合成与分解，把复杂的曲线运动分解为不同方向上两个相对简单的直线运动的思路，分别研究物体在这两个方向的运动特点。
问题1：平抛运动可以分解为哪两个方向的运动呢？
由于物体是沿着水平方向抛出的。在运动过程中只受到什么力的作用？竖直向下的重力作用。因此我们可以尝试将平抛运动分解为水平方向的分运动和竖直方向的分运动。如果这两个方向的分运动特点研究清楚了，平抛运动的规律就清楚了。也就是说，我们需要知道这两个方向的位移或速度随时间变化的信息。
问题：2位移和速度哪个更方便测量？如何通过实验获得所需信息呢？
那肯定是位移，我们只要用刻度尺就可测位移了，不用计算。下面我们来进行实验。
（二）进行实验
方案一：
设法记录做平抛运动的物体经过相等时间间隔所到达的位置，获得水平方向和竖直方向的位移随时间变化的具体数据，便可以独立分析水平方向和竖直方向的运动规律。
技术支持：频闪照相。
问题3：根据图片猜想，小球在水平方向和竖直方向的分运动有何特点？
平抛运动水平方向不受力的作用，根据牛顿第一定律，物体将做匀速直线运动。在竖直方向物体没有初速度，只受到竖直向下的重力的作用，根据牛顿第二定律，物体将做自由落体（匀加速直线运动）。
问题3：应以哪个位置为原点建立坐标系来研究小球的水平位移和竖直位移？
最好是第一个小球。那小球有大小形状的啊，那这个应该在什么位置呢？小球起抛时球心的投影点。
问题4：若频闪周期为T，怎样通过作图得到T，2T，3T，…时间内小球做平抛运动的水平位移和竖直位移？
假设我们得到的频闪图是这样的，按照前面我们猜想，平抛运动的物体水平方向是匀速直线运动，所以水平方向的位移在相同的时间间隔内，是相等的。竖着方向是自由落体，所以竖着方向的位移在相同的时间间隔内，满足1:3:5:7的规律。
问题5：需要测量并记录哪些数据？怎样用实验数据检验你的猜想？
方案二：
在水平和竖直两个方向中，先研究其中一个方向的运动规律，再设法分析另外一个方向的运动规律。
根据这一思路设计实验。思考下面的问题会帮助我们完善实验方案。
你对物体在水平方向和竖直方向的运动规律有怎样的猜想？是否需要获取物体做平抛运动的轨迹？如何获取？在描绘轨迹时，如何选择坐标原点和建立坐标系？物体的大小对描绘轨迹是否有影响？如何减小这种影响？
步骤1：探究平抛运动竖直分运动的特点
观察两球的运动轨迹，比较它们落地时间的先后。观察后发现两球同时落地。
改变小球距地面的高度，观察后发现两球仍然同时落地。
结论1：平抛运动的飞行时间只由高度决定
改变小锤击打的力度，多次重复这个实验，记录实验现象。打击力度越大，这个球飞出去越远，说明力度改变了，小球的初速度。观察发现打击力度越大，也就是初速度越大，但是两球仍然同时落地。说明平抛运动的飞行时间与高度有关。也就是说平抛运动的竖直方向的分运动和小球B的运动是一样的。即自由落体运动。和我们前面的猜想是一样的。
结论2：竖直方向做自由落体运动
步骤2：探究平抛运动水平分运动的特点
如果我们能够得到平抛运动的轨迹，利用前面探究得出的平抛运动竖直分运动的特点，就可以分析得出平抛运动在水平方向分运动的特点。
先来看看实验装置，在一个固定的架子上有一个倾斜的轨道，轨道M末端是水平的。轨道上边有一个定位板，小球顶着它释放，这样小球从轨道滑出后就会平抛出来。为了记下小球的轨迹，在后面的板上用图钉固定压着两层纸，一张白纸和一张复写纸。这样小球撞击到白纸上，就会在纸上印出小球的痕迹。取出白纸，用平滑的曲线把各点连接起来，这样就获得了平抛运动的轨迹了。
由前面的分析我们知道平抛运动的竖直方向是自由落体运动，根据物体做曲线运动的条件和运动合成与分解的知识，所以水平方向是匀速直线运动。
实验注意事项：①保持斜槽末端水平。②小球每次必须从斜槽上同一位置无初速度滚下。③坐标原点是小球起抛时球心的投影点。
结论3：平抛运动可以分解为水平方向的匀速直线运动和水平方向的匀加速直线运动（自由落体）。
课堂练习：
例题：(1)在做“研究平抛运动”实验时,除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外,下列器材中还需要的是 。
A、游标卡尺
B、秒表
C、坐标纸 D、天平
E、弹簧测力计 F、重垂线
解题提示：实验中需要在坐标纸上记录小球的位置,描绘小球的运动轨迹,需要利用重垂线确定坐标轴的y轴。故C、F是需要的。
(2)实验中,下列说法正确的是 ( )
A、应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滑下
B、斜槽轨道必须光滑
C、要使描出的轨迹更好地反映真实运动,记录的点应适当多一些
D、斜槽轨道末端可以不水平
解题提示：：使小球从斜槽上同一位置滑下,才能保证每次的轨迹相同,A正确。斜槽没必要必须光滑,只要能使小球滑出的初速度相同即可,B错误。实验中记录的点越多,轨迹越精确,C正确。斜槽末端必须水平,才能保证小球离开斜槽后做平抛运动,D错误。
拓展学习：用传感器和计算机描绘物体做平抛运动的轨迹。
〖板书设计〗
5.3实验：探究平抛运动的特点
以一定的速度v0
将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受重力G作用的运动，这时的运动叫作抛体运动。
①平抛运动：初速度v0
沿水平方向。
抛体运动
②竖直抛运动：初速度v0
沿竖直方向向上或者向下。
③斜抛运动：初速度v0
沿斜向上或斜向下方向。
结论：平抛运动的飞行时间只由高度决定
结论：平抛运动可以分解为水平方向的匀速直线运动和水平方向的匀加速直线运动（自由落体）。
实验注意事项：①保持斜槽末端水平。②小球每次必须从斜槽上同一位置无初速度滚下。③坐标原点是小球起抛时球心的投影点。
〖教学反思〗
1、本节课由于探究过程较多，学生的动手和分析理解能力差，完成整个探究过程是比较困难的。教师要根据教学过程适当调整。
2、在实验分析的时候，有一种先给出结论，再去验证的的倾向。还要继续优化教案。
【教材分析】
本节实验属于探究性实验，而不是验证性的。在这一节中，要求会用运动的合成与分解的方法分析抛体运动。教材中采用了先理论分析探究平抛运动的实验方法和实验思路，再分两个步骤做实验。首先是先研究竖直方向的特点，在获得结论之后，利用竖直方向做自由落体运动的结论，进一步探究平抛体在水平方向运动的特点。这样处理，有利于学生形成正确的逻辑思维。探究的过程既有实验现象的观察，又有分析、推理的过程，还要将实验现象与分析、推理结合起来。实验的手段上既有传统的仪器演示实验，也介绍了使用频闪照相技术等。
【物理核心素养】
物理观念：体现科学论证观念，知道平抛运动的条件及相应控制方法；知道用实验获得平抛运动轨迹的方法。
科学思维：通过学生设计实验，体会物理问题的探究思想和实验设计思想，了解设计实验的基本方法。
科学探究：通过重复多次实验，进行共性分析、归纳分类，达到鉴别结论的教育目的，同时还能进行理论联系实际的教育。
科学态度与责任：鼓励学生去创新和实践，提倡多动脑、动手的创新精神，激发学生创新意识，对学生进行创新意识的培养。
【教学重点与难点】
重点：平抛运动规律的探究过程。
难点：准确得到平抛运动的轨迹。
【教学准备】
多媒体课件，平抛运动演示仪，直尺、坐标纸、复写纸，小球等。
【教学过程】
一、新课引入
观察思考：从运动和受力情况看，有什么共同点？水从瓶子喷出来，垒球和飞机投弹的运动。
观察发现：
1.
一开始都具有一定的初速度。
2.
都受到重力和空气阻力。
3.
轨迹都是曲线。
正是因为类似的运动的都具有这样的特点，所以定义：
以一定的速度v0
将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受重力G作用的运动，这时的运动叫作抛体运动。（理想化处理）
从合力与初速度的方向来分，抛体运动又可以分为这几种。
①平抛运动：初速度v0
沿水平方向。
抛体运动
②竖直抛运动：初速度v0
沿竖直方向向上或者向下。
③斜抛运动：初速度v0
沿斜向上或斜向下方向。
下面我们通过实验来探究物体做平抛运动的特点，即物体的速度和位移随时间的变化关系。
二、新课教学
（一）实验思路
平抛运动是曲线运动，速度和位移的方向都在时刻变化。按照运动的合成与分解，把复杂的曲线运动分解为不同方向上两个相对简单的直线运动的思路，分别研究物体在这两个方向的运动特点。
问题1：平抛运动可以分解为哪两个方向的运动呢？
由于物体是沿着水平方向抛出的。在运动过程中只受到什么力的作用？竖直向下的重力作用。因此我们可以尝试将平抛运动分解为水平方向的分运动和竖直方向的分运动。如果这两个方向的分运动特点研究清楚了，平抛运动的规律就清楚了。也就是说，我们需要知道这两个方向的位移或速度随时间变化的信息。
问题：2位移和速度哪个更方便测量？如何通过实验获得所需信息呢？
那肯定是位移，我们只要用刻度尺就可测位移了，不用计算。下面我们来进行实验。
（二）进行实验
方案一：
设法记录做平抛运动的物体经过相等时间间隔所到达的位置，获得水平方向和竖直方向的位移随时间变化的具体数据，便可以独立分析水平方向和竖直方向的运动规律。
技术支持：频闪照相。
问题3：根据图片猜想，小球在水平方向和竖直方向的分运动有何特点？
平抛运动水平方向不受力的作用，根据牛顿第一定律，物体将做匀速直线运动。在竖直方向物体没有初速度，只受到竖直向下的重力的作用，根据牛顿第二定律，物体将做自由落体（匀加速直线运动）。
问题3：应以哪个位置为原点建立坐标系来研究小球的水平位移和竖直位移？
最好是第一个小球。那小球有大小形状的啊，那这个应该在什么位置呢？小球起抛时球心的投影点。
问题4：若频闪周期为T，怎样通过作图得到T，2T，3T，…时间内小球做平抛运动的水平位移和竖直位移？
假设我们得到的频闪图是这样的，按照前面我们猜想，平抛运动的物体水平方向是匀速直线运动，所以水平方向的位移在相同的时间间隔内，是相等的。竖着方向是自由落体，所以竖着方向的位移在相同的时间间隔内，满足1:3:5:7的规律。
问题5：需要测量并记录哪些数据？怎样用实验数据检验你的猜想？
方案二：
在水平和竖直两个方向中，先研究其中一个方向的运动规律，再设法分析另外一个方向的运动规律。
根据这一思路设计实验。思考下面的问题会帮助我们完善实验方案。
你对物体在水平方向和竖直方向的运动规律有怎样的猜想？是否需要获取物体做平抛运动的轨迹？如何获取？在描绘轨迹时，如何选择坐标原点和建立坐标系？物体的大小对描绘轨迹是否有影响？如何减小这种影响？
步骤1：探究平抛运动竖直分运动的特点
观察两球的运动轨迹，比较它们落地时间的先后。观察后发现两球同时落地。
改变小球距地面的高度，观察后发现两球仍然同时落地。
结论1：平抛运动的飞行时间只由高度决定
改变小锤击打的力度，多次重复这个实验，记录实验现象。打击力度越大，这个球飞出去越远，说明力度改变了，小球的初速度。观察发现打击力度越大，也就是初速度越大，但是两球仍然同时落地。说明平抛运动的飞行时间与高度有关。也就是说平抛运动的竖直方向的分运动和小球B的运动是一样的。即自由落体运动。和我们前面的猜想是一样的。
结论2：竖直方向做自由落体运动
步骤2：探究平抛运动水平分运动的特点
如果我们能够得到平抛运动的轨迹，利用前面探究得出的平抛运动竖直分运动的特点，就可以分析得出平抛运动在水平方向分运动的特点。
先来看看实验装置，在一个固定的架子上有一个倾斜的轨道，轨道M末端是水平的。轨道上边有一个定位板，小球顶着它释放，这样小球从轨道滑出后就会平抛出来。为了记下小球的轨迹，在后面的板上用图钉固定压着两层纸，一张白纸和一张复写纸。这样小球撞击到白纸上，就会在纸上印出小球的痕迹。取出白纸，用平滑的曲线把各点连接起来，这样就获得了平抛运动的轨迹了。
由前面的分析我们知道平抛运动的竖直方向是自由落体运动，根据物体做曲线运动的条件和运动合成与分解的知识，所以水平方向是匀速直线运动。
实验注意事项：①保持斜槽末端水平。②小球每次必须从斜槽上同一位置无初速度滚下。③坐标原点是小球起抛时球心的投影点。
结论3：平抛运动可以分解为水平方向的匀速直线运动和水平方向的匀加速直线运动（自由落体）。
课堂练习：
例题：(1)在做“研究平抛运动”实验时,除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外,下列器材中还需要的是 。
A、游标卡尺
B、秒表
C、坐标纸 D、天平
E、弹簧测力计 F、重垂线
解题提示：实验中需要在坐标纸上记录小球的位置,描绘小球的运动轨迹,需要利用重垂线确定坐标轴的y轴。故C、F是需要的。
(2)实验中,下列说法正确的是 ( )
A、应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滑下
B、斜槽轨道必须光滑
C、要使描出的轨迹更好地反映真实运动,记录的点应适当多一些
D、斜槽轨道末端可以不水平
解题提示：：使小球从斜槽上同一位置滑下,才能保证每次的轨迹相同,A正确。斜槽没必要必须光滑,只要能使小球滑出的初速度相同即可,B错误。实验中记录的点越多,轨迹越精确,C正确。斜槽末端必须水平,才能保证小球离开斜槽后做平抛运动,D错误。
拓展学习：用传感器和计算机描绘物体做平抛运动的轨迹。
〖板书设计〗
5.3实验：探究平抛运动的特点
以一定的速度v0
将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受重力G作用的运动，这时的运动叫作抛体运动。
①平抛运动：初速度v0
沿水平方向。
抛体运动
②竖直抛运动：初速度v0
沿竖直方向向上或者向下。
③斜抛运动：初速度v0
沿斜向上或斜向下方向。
结论：平抛运动的飞行时间只由高度决定
结论：平抛运动可以分解为水平方向的匀速直线运动和水平方向的匀加速直线运动（自由落体）。
实验注意事项：①保持斜槽末端水平。②小球每次必须从斜槽上同一位置无初速度滚下。③坐标原点是小球起抛时球心的投影点。
〖教学反思〗
1、本节课由于探究过程较多，学生的动手和分析理解能力差，完成整个探究过程是比较困难的。教师要根据教学过程适当调整。
2、在实验分析的时候，有一种先给出结论，再去验证的的倾向。还要继续优化教案。