物理必修23.实验：研究平抛运动…教学设计

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人教新课标版高中物理必修二§5.4  实验：研究平抛运动(教学设计)【学习目标】1、知识与技能：（1）知道平抛运动的特点是初速度方向为水平方向，只在竖直方向受重力作用，运动轨迹是抛物线；（2）理解平抛运动可以看作水平的匀速直线运动与竖直方向的自由落体运动的合运动，并且这两个运动互不影响。2、过程与方法：体会平抛运动规律的探究过程，体会运动的合成和分解在探究平抛运动规律中的应用。3、情感、态度与价值观：通过实验探究平抛运动的规律，激发学习兴趣，增强求知的欲望。【教材解读】1、抛体运动（1）抛体运动：以一定的初速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体所做的运动叫做抛体运动。（2）平抛运动：将物体用一定的初速度水平方向抛出，物体在只有重力的作用下（不考虑空气阻力）所做的运动，叫做平抛运动。2、平抛运动的性质在平抛运动中，物体只受重力作用，且力的方向与初速度方向垂直。因此，平抛运动是加速度恒定（恒为重力加速度）的匀变速曲线运动。3、探究平抛运动的规律运动的合成和分解是解决曲线运动的基本方法。那么平抛运动作为一个较复杂的合运动，怎样分解成几个简单的分运动呢？（1）理论分析，提出假设。物体水平抛出，只受重力的作用，根据牛顿运动定律，分析力和运动的关系，做平抛运动的物体在水平方向没有外力的作用，应该做匀速直线运动；而在竖直方向受重力作用，应该做自由落体运动。即平抛运动可分解为水平方向上的匀速直线运动和竖直方向上的自由落体运动。这种理论分析在没有得到验证前，只能是一种假设。假设是一种重要的科学思维方法。（2）实验探究，得出结论。①竖直方向的运动规律：见课本实验。②水平方向的运动规律：ⅰ）用课本中的三个参考案例之一得到平抛运动的轨迹；ⅱ）在轨迹上找到相等时间物体所到达的位置；ⅲ）测量两相邻位置间的水平位移，找出平抛运动的特点（水平分运动是匀速直线运动，竖直分运动是自由落体运动）。【案例剖析】例1、关于平抛运动，下列说法中正确的是（　　　）　　A．平抛运动是匀变速运动　　B．平抛运动是变加速运动　　C．任意两段相等的时间内加速度相等　　D．任意两段相等的时间内速度变化相等。解析：本题要把握好平抛运动是匀变速曲线运动及速度的矢量性。平抛运动的物体只受重力作用，故，即做匀加速曲线运动，A选项正确，B选项不对，C选项正确。由匀加速运动的速度公式，所以任意两段相等的时间内相同，D正确。故本题选择ACD。例2、平抛物体的运动规律可以概括为两点：一是水平方向上做匀速直线运动；二是竖直方向上做自由落体运动。为了研究平抛物体的运动，可做这样的实验：如图6－3－1所示，用小锤打击弹性金属片，A球水平飞出，同时B球被松开，做自由落体运动。两球同时落到地面。则这个实验（　　　）A．只能说明上述规律中的第一条　　B．只能说明上述规律中的第二条　　C．不能说明上述规律中的任何一条　　D．能同时说明上述两条规律。解析：该题考查对平抛运动及其分运动的理解，同时考查探究问题的思维能力。实验中A球做平抛运动，B球做自由落体运动，两球同时落地说明A球平抛运动的竖直分运动和B球相同，而不说明A球的水平分运动是匀速直线运动，所以B项正确。A、C、D三项都不对。故本题选择B。例3、图6－3－2所示的是平抛运动和自由落体运动的闪光照片，你能得出什么结论?解析：从闪光照片中可以测出，平抛运动的小球，在相等时间内的水平位移总相等，所以，它的水平分运动为匀速直线运动，平抛运动的小球和自由下落的小球总是在同一水平线上，说明它们在同一段时间的竖直位移总是相等的，即平抛运动的竖直分运动跟自由落体运动遵循相同的规律，所以，平抛运动的竖直分运动为自由落体运动。例4、在探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L＝1.25cm，若小球在平抛运动途中的几个位置如图6－3－3中的a、b、c、d所示，则小球平抛运动的初速度的计算公式为　　　　（用、表示），其值是　　　　（取）。解析：平抛运动的竖直分运动是自由落体运动，是匀加速直线运动，水平分运动是匀速直线运动。由ab、bc、cd在相等时间间隔内的距离看出竖直方向，水平位移，则： 即 ，,。例5、如图6－3－4所示，以的水平初速度抛出的物体，飞行一段时间后，垂直地撞在倾角的斜面上，则物体飞行时间是多少？（）解析：平抛物体的运动在水平方向的分运动是匀速直线运动，所以撞在斜面上时，水平方向速度，合速度垂直于斜面，即合速度与（水平方向）成角，如图，所以竖直方向速度，　　因为，所以，即为所求的飞行时间。【知识链接】伽利略关于抛体运动的研究伽利略（G.alileo，1564—1642），意大利伟大的物理学家和天文学家，科学革命的先驱。假设物体以某一水平初速度被抛出，伽利略指出，此时物体将同时参与一个匀速的水平运动和一个匀加速的下落运动。他假定这两个分运动“既不彼此影响、干扰，也不互相妨碍”，这就是运动的独立性原理。物体的实际运动，将是这两个运动的合运动，伽利略立即看出，抛射体的轨迹是一条抛物线。在斜抛的情况下，轨迹是关于过最高点的垂线左右对称的抛物线。物体上升和下落的时间内所通过的水平距离，就是抛射体的射程。伽利略把抛射体在各种仰角时的射程一一计算出来，从而得出45时射程最大，以及两个仰角分别为45的抛射体的射程相等的结论。在这之前，意大利数学家和力学家塔塔格里亚在1546年曾经根据经验得到仰角45时射程最大的结论，伽利略仅用数学知识就得出如此严格的证明，生动地表现了科学理论的预言和指导作用。伽利略在人类思想解放和文明发展的过程中作出了划时代的贡献。在当时的社会条件下，为争取不受权势和旧传统压制的学术自由，为近代科学的发展，他进行了坚持不懈的斗争，并向全世界发出了振聋发聩的声音。因此，他是科学革命的先驱，也可以说是“近代科学之父”。虽然他晚年被剥夺了人身自由，但他开创新科学的意志并未动摇。他的追求科学的精神和成果，永远为后代所敬仰。