人教版 (新课标)必修23.实验：研究平抛运动…教学设计

教学设计

第四节  实验 :  研究平抛运动
一、设计思想

本节为实验教学课，在实验中，要求学生首先设法描绘出某物体做平抛运动的轨迹，通过轨迹判断是否为抛物线，此类为验证性研究课题实验。而另一目的是计算平抛物体的初速度，又属于测量性研究课题实验。都是学生已有的关于平抛运动规律知识并得到平抛轨迹为抛物线，再进行验证和测量计算，所以学生应该学习制作技术和实验技术，通过实践，就会懂得，在原理上是很简单的东西，在具体操作过程中是会涉及到多种因素的制约。这是实验操作方法上的培养。因为"实验的精髓在于控制"的思想,在平抛物体实验中非常突出，在实验教学中,进行了控制的思想方法的教育:从实验的设计、装置、操作到数据处理。除此之外，本节课也注重并安排了对学生的思维拓展、自主创新能力培养的环节。同时，为体现新教材思想，设计了课后的课题研究，对比实验设计思想方法的异同。

二、教学目标：

（一）知识与技能

        1、知道平抛运动的条件和相应的控制办法，能通过实验描绘平抛物体的运动轨迹。

        2、知道判断平抛运动的轨迹是不是抛物线方法。

3、能灵活运用平抛运动规律，分析得出测量初速度需要测量的物理量，会计算平抛运动的初速度。

（二）过程与方法

        1、通过教师的启发、引导、组织学生进行自主活动，进行控制的思想方法的教育。

2、体会“描迹法”是运用数学方法解决物理问题的一种重要手段。

3、通过测量、计算，尝试进行误差分析及其对实验结果产生的影响。

（三）情感态度与价值观

        1、让学生在活动中获取知识，学到方法，发展能力，得到愉快的情感体验，最终提高学生的科学素质。

2、培养学生用数学方法处理物理问题的意识，

3、认识利用物理模型处理实际问题的差异，体会物理模型在解决实际问题中的指导作用。

三、教学重点与难点：

教学重点：

1、  掌握实验原理、器材、步骤以及实验数据的处理等。

2、  理解平抛运动规律，能判断平抛运动的轨迹是不是抛物线，

3、  会计算平抛物体的初速度。

教学难点：

1、如何设计实验描绘出平抛运动的轨迹。

2、能灵活运用平抛运动规律计算平抛运动的初速度。

3、根据本实验对实验进行改进或拓展，进行创新设计。       

四、教学内容及变化：

本节内容包括正文、参考案例、说一说、问题与练习四部分，与原教材相比有很大的差异，原教材是通过给出实验目的、实验原理、实验器材、实验步骤、设计数据表格及结果分析，只是通过实验描迹和计算初速度，达不到培养学生动手、动脑设计实验能力的目的，从而不能充分理解实验，从而不能充分运用平抛运动规律研究平抛运动的特点。新教材从内容和结构设计上更能体现以学生为主体的理念，教材给出一些参考案例，启发学生自己动脑动手设计实验，加深了对实验理解，让学生通过自己的动脑、动手实验，体验探究过程的曲折和乐趣，把获得的信息演绎、归纳成结论，加深对平抛运动规律的理解，发展科学探究的能力，增强对科学探究的理解。培养科学探究的精神。

五、教学过程

（一）导言：根据课前就各种条件因素等考虑,同学们和我都赞同选择教材P12参考案例1来做此实验
（二）实验过程：
教师多媒体展示
1.[实验目的]
（1）学习描绘曲线运动轨迹的方法并判断是否为抛物线
（2）测定平抛小球的初速度，巩固对平抛运动性质的认识
2.[实验器材]
①J2135-1型碰撞实验器（斜槽轨道）②小球③白纸④有孔卡片⑤平木板⑥铅笔⑦图钉4枚⑧刻度尺⑨竖直固定木板的支架⑩小铅锤
点拨：小铅锤仅用作校准平木板是否竖直和在木板上作竖直线
3.[实验原理]
运用平抛运动的规律：水平方向x=v0t，竖直方向y=gt2/2，两个分运动合成可得轨迹方程y=gx2/2v02；可得初速v0=x。
4.[实验步骤](在实验操作过程中教师给予指导)

（1）用图钉把白纸钉在竖直的木板上，如图1。

点拨：如果木板不铅直将影响球的飞行，可能相撞或摩擦，因此要用铅锤线校准。

（2）在紧靠木板的左上角固定斜槽。

点拨：固定斜槽时要使其末端切线水平，(学生讨论得出)确保小球飞出作平抛运动，(小组同学共同想出)可将小球置于平轨部分，若球随遇平衡即可。
（3）确定小球飞出时的初始位置即坐标原点O，并过O用铅锤线描出y轴竖直方向。

点拨：坐标原点（即小球做平抛运动的起点）是球在槽口时其球心在竖直纸板上的水平投影点O，如图2所示，即O点在水平槽口端点正上方r处。

学生可按教材提示方法,用铅笔试探描出小球的位置,使学生尝试到如何用简单的方法研究问题.也可给予提示:

（4）把事先做好的带孔的卡片用手按在竖直木板上，调节卡片位置，使槽上滚下的小球正好从卡片孔穿过，用铅笔记下小球穿过孔时的位置，如图1所示。

点拨：小球每次应在相同的适当高度从斜槽上滚下，在斜轨上释放小球不宜用手指，而要用斜槽上的球夹或挡板（如尺子），这样做重复性好，能确保每次的初速相同。

（5）取下白纸，以O点为原点再画一条水平向右的x轴，（与v0方向相同）

（6）根据记下的小球穿过孔的一系列点的位置，画出平滑曲线即为小球做平抛运动的轨迹。

学生分组实验基本完成以后,教师可选择一组同学实验所描绘出的轨迹,用投影展示,并提问:如何判断平抛运动的轨迹是抛物线?(学生思考并交流建议)

接下来教师进行启发:想一想,利用所绘出的平抛运动的轨迹还能进行什么研究?(在学生发表意见后,给出步骤(7) )

（7）在曲线上（轨迹上）选取距O点远些的点测出它们的坐标（x，y），填入表中来计算球的初速度，最后取平均值。

点拨：计算初速度不取用由卡片描的点，而重新在画出的x轴上由O起取出几个等距离的点，再由轨迹曲线测量出各点所对应的下降高度，看这些高度的比值是否近似等于1：4：9：……(想一想这样做，可达到怎样的目的)

点评:一是验证了平抛运动的性质，二是减少计算的麻烦和减小结果的误差。

[实验记录]g=_________米/秒2

各组讨论总结（1）：小球从同一高度滑下而算出的初速度不同，引起误差的原因可能是：

①重做实验时竖直木板位置发生改变，使描出原点O发生变化。

②重做次数太少，描绘的点子太稀，轨迹不平滑，使所选坐标点发生偏差。

③卡片的孔太大，每次描点，坐标发生偏差。

④用直尺测x，y有误差。

⑤槽口末端未保持水平，使算出v0偏小。

(2)易错的是：小球抛出的初始位置即y-x坐标系的原点O的定位。

（3易忘的是：小球每次在相同的高度滚下，板子不能移动，忘记初始位置。

5.[实验结论]

平抛实验中小球作平抛运动轨迹是抛物线，其平抛初速度            

三、创新能力培养

1、实验数据处理方法的创新

x、y轴都画出，坐标原点未画出的数据处理

例1. 在研究平抛运动的实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长为，若小球在平抛运动途中的几个位置如图3中的a、b、c、d所示，则小球平抛的初速度的计算式为=_____（用L，g表示），其值为______（取g=9.8m/）。

分析与解：根据题意，仔细审查图中a、b、c、d四点的相对位置，发现相邻的两点间的水平距离均为2L，这里就隐含着“物体在相邻的两点间运动时间相等”的条件，设这相等时间为，由于竖直方向是加速度为g的匀加速运动，由可得，再由水平方向是匀速运动得，联立上述两式解得。

2、实验目的的创新

利用平抛运动测子弹的速度

例2.试根据平抛运动原理设计测量弹射器弹丸出射初速度方法。提供实验器材：弹射器(含弹丸，如图所示。铁架台(带有夹具)、米尺

(1)在方框中画出实验示意图。

(2)在安装弹射器时应注意：___________。

(3)实验中需要测量的量(并在示意图中用字母标出)：______。     图4

(4)由于弹射器每次射出的弹丸初速度不可能完全相等，在实验中应采取的方法是___                  。

(5)计算公式：_______________________。

分析与解： 弹射器只有保持水平，弹出的弹丸的运动才是平抛运动，则下降的竖直高度y，可以利用，求出平抛运动的时间；测出水平位移，可求出水平速度，进行多次实验，求平均值减小误差。

（1）实验示意图如图5所示；

（2）弹射器必须保持水平；

（3）弹丸下降高度y和水平射程；

（4）在不变高度y的条件下进行多次实验，测量水平射程x，得出

平均水平射程；

（5）                                                   图5

3.利用平抛运动测水泵流量

例3、物理学是很实用的一门学科，在工农业生产中有许多运用。请你用所学的物理知识帮助农民估测出农用水泵的流量（在单位时间内通过流管横截面的流体体积称为流量）。已知水泵的出水管是水平的，且出水管外径在10cm左右。提供的实验器材有：一把钢卷尺、游标卡尺、螺旋测微器、一长直细木棒和一重锤线。

（1）写出测量的主要步骤和需要测量的物理量，并在图6上标出有关物理量的符号.

（2）用测得的物理量和有关常量，写出计算水泵流量的表达式为：Q=        。

分析与解：(1)用游标卡尺测出水管的内径D，用重锤线和钢卷尺测出水管中心离地面的高度y,用木棒从出水口正下方伸到水落地点的中心，在木棒上做上标记，用钢卷尺测出出水的水平射程x ，如图7所示。

 (2)

四、思维拓展：在实验过程中，还能想出其他办法确定小球在不同时刻通过的位置吗？(小组探讨交流,发表建议)

五、课题研究：根据自己条件，课后可选择教材正文另外两个实验方案，以及《问题与练习》中两个方案研究平抛运动，进行对比，找出思想方法上的异同。

六、教学评价