高中物理人教版 (2019)必修 第二册3 实验：探究平抛运动的特点教案

5.3 实验：探究平抛运动的特点

教学目标：

（一）知识与技能

1．知道抛体运动和平抛运动，知道用运动分解的方法研究平抛运动。

2. 会用实验的方法描绘平抛运动的轨迹。

3．会根据平抛运动的轨迹，研究平抛运动水平和竖直分运动的特点。

4．了解科学探究中获取数据及处理数据的办法。

（二）过程与方法

1. 理解平抛运动可以看成水平的匀速直线运动与竖直方向上的自由落体运动的合成，并且这两个分运动互相独立。

2. 通过学生的动手实验，将感性认识和理解性思维相结合，使学生获得成功的体验，激发学生学习兴趣和求知欲望。

3. 利用已知的直线运动的规律来研究复杂的曲线运动，渗透物理学“化曲为直”“化繁为简”的方法及“等价交换”“正交分解”的思想方法。

（三）情感态度与价值观

1. 经历不同层次的现察与分析，培养学生的观察能力，综合分析能力

2．通过观察、实验及探究、交流与讨论等学习活动，培养学生尊重客观事实、实事求是的科学态度。

教学重难点：

重点：

1．平抛运动实验的设计、装置、操作及数据处理。

难点：

1．平抛运动在水平方向是匀速直线运动和在竖直方向是自由落体运动的实验探索过程。

教学过程：

一、导入新课：

平抛运动有什么特点？

二、讲授新课： 

1、平抛运动

【动图展示】

【教师提问】这几个物体的运动有什么特点呢？抛出后物体的受力情况如何？

【学生回答】都是曲线运动；忽略空气阻力，抛出后物体只受重力的作用。

【教师提问】为什么物体的轨迹是曲线？

【学生回答】物体的初速度与重力不在一条直线上。

【教师引导】以上几个物体的运动就是抛体运动。你能总结抛体运动的定义吗？

【讨论总结】抛体运动：以一定的速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受重力的作用，这时的运动叫做抛体运动。

【教师提问】什么是平抛运动？

【操作演示】水平桌面上的小球被碰后，以一定的水平初速度离开桌面后所做的运动轨迹。

【教师总结】平抛运动：初速度方向为水平方向的抛体运动叫做平抛运动。

【教师提问】做平抛运动的条件是什么？

【学生回答】①初速度沿水平方向；②只受重力的作用。

【思考讨论】平抛运动的性质是什么？

【讨论总结】

2、实验：探究平抛运动的特点

实验思路

    按照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，把平抛运动看作是在竖直方向的分运动和水平方向的分运动的合运动。

进行实验

【思考讨论】如何通过实验方法获得平抛运动轨迹？

方案一：频闪照相法

1、实验器材

频闪照相机、铅笔、刻度尺、三角板。

【观看视频】用频闪照相研究平抛运动

2、实验步骤

(1)固定相机,利用相机的连拍功能,使其每隔一定时间拍一张照片。

(2)使小球从水平桌面上飞出,在小球后面放置带方格的黑板做背景。

(3)利用软件将多张照片合成同一幅照片。

①以平抛初位置为原点，建立平面直角坐标系.

②用刻度尺度量各个小球的横坐标和纵坐标.

③分析数据，得到水平分运动和竖直分运动规律.

④得出平抛运动规律.

3、数据分析

    结合表格和图象可知，在水平方向上小球在每秒通过的路程都为25m即：相同时间内通过的路程相等，所以在水平方向上做的是匀速运动；

    在竖直方向上小球相同时间内通过的路程分别为：5m、15m、25m……即为：1：3：5……，符合自由落体运动的规律，所以在竖直方向上做的是自由落体运动。

4、实验结论

水平方向分运动的特点：在水平方向上做匀速直线运动。

竖直方向分运动的特点：在竖直方向上做自由落体运动。

5、注意事项

(1)确保相机静止不动。

(2)背景和小球之间的反差要大。

(3)确保拍摄照片清晰。

方案二：描迹法

步骤1：探究平抛运动竖直分运动的特点

1、实验器材

 平抛运动演示装置、小锤、两球完全相同的小球。

2、实验步骤

①用小锤击打弹性金属片后，A 球沿水平方向抛出，做平抛运动，同时 B 球被释放，自由下落，做自由落体运动。

②A、B 两球同时开始运动。观察两球的运动轨迹，注意倾听它们落地的声音。

③分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度，多次重复这个实验，记录实验现象有什么变化。

【观看视频】平抛运动与自由落体分运动的等时性。

【思考讨论】通过实验你观察到那些现象，这一现象说明什么问题？

【师生总结】

3、实验现象

①实验现象无论A球的初速度多大，它总是与B球同时落地。

②A球水平抛出时的速度愈大，它飞出的水平距离也就愈远。

4、实验结论

①平抛运动的下落时间与它自由落体分运动的时间相等。

②平抛运动在竖直方向上是自由落体运动，水平方向速度的大小不影响平抛运动在竖直方向上的运动。

步骤2：探究平抛运动水平分运动的特点

1、实验器材

斜槽、白纸、图钉、方木板、钢球、刻度尺、重锤、细线、三角板、铅笔、铁架台。

2、实验原理

 (1) 根据步骤1得出的平抛运动在竖直方向分运动的规律，确定相等的时间间隔。

 (2)看相等的时间间隔内水平分位移，进而确定水平分运动的规律。

3、实验步骤

(1)安装调整斜槽：将描迹记录纸衬垫一张复写纸，紧贴记录面板用压纸板固定在竖直面板上，在木板的左上角固定斜槽，并使其末端保持水平;

(2)调整木板：用悬挂在槽口的铅垂线把木板调整到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直面平行且靠近，固定好木板；

(3)确定坐标轴：把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口时球心在木板上的水平投影点 O，O 即为坐标原点，再利用铅垂线在纸上画出通过 O点的竖直线，即 y 轴，过 O 点垂直 y 轴画出 x 轴;

(4)调整接球挡板：把接球挡板拉到最上方一格的位置。

(5)确定小球释放点：选择一个小球在斜槽上合适的位置由静止释放，以一定的初速度由轨道的平直部分水平抛出。

(6)描绘运动轨迹：落的钢球打在向面板倾斜的接球挡板上，同时在面板上留下一个印迹点。再将接球挡板向下拉一格，重复上述操作方法，打出第二个印迹点，如此继续下拉接球挡板，直至最低点，即可得到平抛的钢球下落时的一系列迹点。

4、注意事项

(1)应保持斜槽末端的切线水平，钉有坐标纸的木板竖直，并使小球的运动靠近坐标纸但不接触；

(2) 小球每次必须从斜槽上同一位置无初速度滚下，在斜槽上释放小球的高度应适当，使小球以合适的水平初速度抛出，其轨迹在坐标纸的左上角到右下角间分布，从而减小测量误差；

(3) 坐标原点（小球做平抛运动的起点）

不是槽口的端点，应是小球在槽口时球心

在木板上的水平投影点。

5、数据分析

判断平抛运动的轨迹是不是抛物线

    如图所示，在  x  轴上作出几个等距离的点  A1、 A2 、A3 、…，把线段 OA1 的长度记为 l，则 OA2 ＝ 2l，OA3＝ 3l，由 A1 、 A2、A3、…向下作垂线，与轨迹的交点记为 M1、M2 、 M3 ….。如果轨迹的确是一条抛物线，M1、M2 、M3….各点的  y  坐标与 x 坐标间应有 y = ax2 的形式（a是一个待定的常量）

6、实验结论：平抛运动在水平方向上是匀速直线运动，竖直方向的速度大小不影响平抛运动在水平方向的运动。

练习：见ppt

【板书设计】

5.3实验：探究平抛运动的特点

2．平抛运动在水平方向上是匀速直线运动，竖直方向的速度大小不影响平抛运动在水平方向的运动；

【教学反思】