5.4 抛体运动的规律 教案

第5章 抛体运动
第4节 抛体运动的规律
教学内容分析
《抛体运动的规律》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》必修课程必修2模块中“曲线运动与万有引力定律”主题下的内容，内容要求为：通过实验，探究并认识平抛运动的规律。会用运动的合成与分解的方法分析平抛运动。体会将复杂运动分解为简单运动的物理思想.能分析生产生活中的抛体运动。《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对该内容的解读：要通过实验探究平抛运动的规律。重点是学会运用运动合成与分解的方法分析平抛运动，体会其中蕴含的化繁为简的物理思想。要求学生能理论联系实际分析日常生活中的抛体运动。
从知识结构来看，平抛运动是学生学习的第一类曲线运动，但区别于对圆周运动的研究，平抛运动采用的是直线运动的研究方法，巧妙地利用运动的合成与分解的方法将其转化为学生熟悉的匀速直线运动和自由落体运动这两种直线运动，体现了将复杂运动分解为简单运动的物理思想。同时平抛运动模型也是以后解决机械能守恒问题和匀强电场中带电粒子的运动问题中常用的物理模型。从教材设计思路来看，首先给出了抛体运动和平抛运动的特征，然后通过理论推导，分别得出平抛运动的速度和位移的表达式，最后将结论推广到一般的抛体运动中。
学情分析
从知识层面上讲，学生已经熟练掌握了牛顿运动定律、匀速直线运动和自由落体运动，知道曲线运动可以分解为两个方向上的直线运动。从能力层面上讲，学生具备一定的模型建构能力、抽象思维能力和实验探究能力，但对于高一的学生来说，这些能力仍需进一步的培养。从认知难度上讲，对于学生来说很难熟练地讲高度抽象的物理模型与实际问题相联系，要求教师注重情境的创设，引导学生体验从实际情境出发建构物理模型的的过程；同时，学生虽然已经知道可以使用运动的合成与分解的方法分析曲线运动，但却无法熟练掌握。
教学目标
1.学生通过体验平抛运动模型建构的过程，发展运动与相互作用观念；掌握并运用平抛运动模型发现和解释生活中的平抛运动。
2.学生体验基于经验事实建构平抛运动模型的抽象概括过程，并掌握运动的合成与分解等物理方法在分析曲线运动时的具体运用；通过构建平抛运动模型的过程，体验科学探究的方法，在面对问题时，能运用科学的方式收集证据，并作出合理解释，与他人进行交流。
3.学生养成处理问题时的证据意识，以及运用物理视角解决真实问题的意识。
教学重难点
教学重点：运用运动的合成与分解的方法建构平抛运动模型
教学难点：合理设置问题，搭设概念进阶的台阶，引导学生讲平抛运动分解为水平和竖直两个方向上的直线运动进行分析。
教学方法：讲授法、实验探究法、启发式教学、分组讨论法
教学过程
环节
情境
问题
教师活动
学生活动
设计意图
创设情境
观看跳台滑雪视频并讨论
如果运动员下落的高度H和飞出的水平距离L一定，从跳台飞出时的速度多大？
运动员腾空后的运动是直线运动吗？如果忽略空气阻力，运动员受到哪些力的作用？
通过播放跳台滑雪视频，创设物理情境：运动员从高处滑下，以一定的速度跳起，在空中飞行一段实践后，落到地面上
进一步提问，引导学生思考并作出回答.
结合前两个问题，明确抛体运动的特征：以一定的初速度讲物体抛出，且物体仅受到重力的作用，物体的运动叫抛体运动
观看视频，思考该运动的特征，并回答问题：根据已有知识，无法得到初始速度。
思考并回答问题：是曲线运动，只受重力作用
思考认真记录
引导学生从实际情境中抽象出抛体运动，体会从实际情境出发，建构物理模型的抽象概括过程.
建立定性模型
观察抛体运动图片，并进行讨论和总结
1.如何研究平抛运动？
2.能根据平抛运动的特征，利用运动的合成与分解的方法，将其分解后进行研究吗？
展示抛体运动轨迹实拍图，明确抛体运动轨迹，指出初速度，按照初速度方向不同，可以将抛体运动分类。
基于抛体运动的特征，总结归纳平抛运动特征：
水平方向：v0≠0，F=0
竖直方向：v0=0，F=mg
提出定性的平抛运动模型的猜想：平抛运动分解为水平方向上的匀速直线运动与竖直方向上自由落体运动
观察、思考并认真记录
思考并回答问题：利用运动的分解方法将平抛运动分解为水平、竖直两个方向的运动
思考并认真记录
让学生认识抛体运动轨迹，明确抛体运动分类，发展分析综合能力
提出定性的平抛运动模型的猜想
模型验证
教师演示实验
1.如何通过实验证明平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动？
2.如何设计实验证明两个小球在任意时刻在竖直方向上到达的位置都一样呢？
利用平抛竖落仪，通过演示实验探究平抛运动在竖直方向上的运动与自由落体运动之间的关系。
提出问题，引导学生思考并回答
展示仪器讲解实验
开展演示实验
分析结果，得出结论
认真思考，回答问题并观察实验，明确实验原理，实验操作和实验现象，并得出结论。
实验原理：做平抛运动和自由落体运动的两个小球在任意时刻处于同一高度
实验现象：改变高度，两个小球都能同时落地。
得出结论：平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动
采用预测、观察、解释的教学策略。通过一系列问题搭设脚手架，引导学生设计实验，收集证据，用证据解释问题，验证定性的理论模型。
模型验证
学生分组实验
1.平抛运动在水平方向上的分运动是什么直线运动？
2.如何设计实验验证你的猜想？
3.如何利用双轨平抛器设计实验证明平抛运动在水平方向上的分运动是这种直线运动？
4.平抛运动与其水平方向分解而来的直线运动具有等时性吗？
利用双轨平抛器，通过学生分组实验探究平抛运动在水平方向上的运动与匀速直线运动之间的关系。给出四个问题引导学生的思路。
在演示实验基础上，在问题引导下设计实验，完成分组探究并得出结论：平抛运动在水平方向上的粪运动是匀速直线运动。
发展基于观察和实验提出物理问题、形成猜想和假设、设计实验与制订方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力.
建立数学模型
教师引导学生进行科学推理、模型建构
如何建立平抛运动的数学模型？
引导学生深入研究平抛运动规律，在定性模型基础上得到平抛运动的数学模型。
平抛运动在竖直方向上是自由落体运动，
vy=gt y=gt2
水平方向上是匀速直线运动，
vx=v0，x=v0t
利用平行四边形定则，对于合运动有
合位移大小s=
tanθ= =
合速度大小v= tanα= =
由此可见，速度偏向角的正切值是位移偏向角的正切值的2倍。
利用消元法，得到合运动轨迹方程：y=，即轨迹是一条抛物线.
思考并认真记录，在匀速直线运动模型和自由落体运动模型的基础上，利用运动的合成与分解的方法，建构平抛运动的数学模型。
基于实验结果，知道学生建立平抛运动的数学模型。明确将平抛运动分解在水平和竖直两个方向上进行理论推导，力求让学生进一步体会将曲线运动分解为直线运动进行研究的思想。
发展模型建构和推理论证的能力。
模型分析与拓展
练习解惑
如何将平抛运动模型应用于具体场景，并将建构的过程迁移到一般抛体运动中去？
1.回答课程开始时提出的问题：知道运动员下落高度H和飞出的水平距离L，如何求离开平台的初速度？
2.以v0的水平初速度抛出的物体，飞行一段时间后，垂直撞在倾角为θ的斜面上，求物体飞行的时间。
3.在倾角为θ的斜面顶端，水平抛出一钢球，落到斜面底端，已知抛出点到落点间斜面长为L，求：钢球抛出的初速度是多大？运动时间多长？钢球何时距离斜面最远？最远距离是多少？
4.地面上的水龙头斜向上向四周喷水，水喷出时的初速度均为v0，假设喷出后水束的最高位置距离地面为H，试求水落在地面上形成的圆的半径R.
思考并认真计算，应用平抛运动模型分析、解释真实情景下的问题，并迁移到斜抛运动中去。
通过适当训练，让学生适应用平抛运动模型解决复杂、陌生情境下平抛运动问题，发展对模型的迁移能力。
板书设计
§4 抛体运动的规律
平抛运动
水平方向(初速度)：匀速直线运动
竖直方向(受重力)：自由落体运动
规律
1.水平方向： 2.竖直方向：
水平速度vx=v0 竖直速度vy=gt
水平位移 x= v0t 竖直位移 y= gt2
3.合运动
合速度大小 v= 合速度方向 tanα= ==2tanθ
合位移大小 s= 合位移方向 tanθ= =
轨迹方程 y=→抛物线
教学反思
基于建模教学过程，设计创设情境、建立定性模型、模型验证、建立数学模型、模型分析与拓展等5个教学环节。引导学生从真实情境出发，基于自由落体运动模型和匀速直线运动模型提出定性的平抛运动模型的猜想，通过实验收集证据验证猜想，最后完成平抛运动的数学模型的建构。利用该模型分析平抛运动相关问题，并拓展到斜抛运动中，力求发展学生基于经验事实建构物理模型的能力。