人教版必修二《實驗：研究平拋運動》教學設計

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1、 最新人教版必修二《實驗：研究平拋運動》教學設計 【教材和學情分析】 一 、 教 材 分 析 《平拋物體的運動》這節(jié)內(nèi)容編排在學生學習了直線運動的規(guī)律和牛頓運動定律及 《曲線運動》和《運動的合成與分解》這兩節(jié)內(nèi)容之后 , 它既符合學生由易到難 , 由簡到繁 的認識規(guī)律 , 又保持了知識的結(jié)構性、系統(tǒng)性。 二 、 學 生 分 析 1、 高一學生認識事物的特點是：已經(jīng)開始習慣抽象邏輯思維 , 但思維還常常與感性經(jīng) 驗 直 接 相 聯(lián) 系 , 仍 需 具 體 形 象 的 來 支 持 。 2、學生在沒有學習本節(jié)

2、知識之前 , 已經(jīng)知道了牛頓運動定律、曲線運動、運動的合成 與分解等概念和方法 , 但沒有親身體驗過如何來具體的研究曲線運動。 本節(jié)課主要采用實驗探究的教學模式 , 逐步引導學生認識事物的本質(zhì)。學生通過對實驗 中種種問題的探究 , 掌握科學認識物理規(guī)律的方法。 【教學目標】 1、知識與技能 （ 1）能描出平拋運動的軌跡。 （ 2）會計算平拋物體的初速度。 （ 3）結(jié)合運動分解的知識 , 明確兩個分運動的特點 。 （ 4）知道判斷運動軌跡是否是拋物線的方法； 2、過程與方法 通過學生設計實驗 , 體會物理問

3、題的探究思想和實驗設計思想 , 了解設計實驗的基本方 法；體會并理解在平面上應用牛頓定律的方法 3、情感、態(tài)度價值觀 （ 1）在上一節(jié)對平拋運動規(guī)律的學習的基礎上 , 通過這一節(jié)學生的動手實驗 , 將感性認 識和理性思維相結(jié)合 , 使學生獲得成功的體驗 , 激發(fā)學生學習興趣和求知的欲望； （ 2）鼓勵學生去創(chuàng)新和實踐 , 提倡多動腦、動手的創(chuàng)新精神 , 激發(fā)學生創(chuàng)新意識 , 培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新品德； 【教學重點】 1 / 8 平拋運動軌跡的描繪。 【教學難點】 判斷平拋運動的軌跡是不是拋物線

4、以及計算平拋物體的初速度。 【教學方法】 自主學習與實驗探究相結(jié)合 , 加深對平拋運動的感性認識。 【課時安排】 1 課時 【教學過程】 一、引入新課 提問：你們旅游過嗎？請一位同學描述某次旅游經(jīng)過的主要地點。 板書學生所述地點圖 , 用粉筆將這些點連起來 , 得到旅游路線圖。 小結(jié)：兩種軌跡圖對應兩種繪軌跡方法──粉筆的完整軌跡和旅游同學的由一系列點得到的旅游路線（軌跡）圖。 平拋運動在空中一瞬即逝 , 優(yōu)美的曲線隨即成為歷史 , 沒有留下什么具體的可供操作的 東西 , 無法研究平拋運動。要詳盡研究平拋運動的特點 , 必須先得到其運

5、動軌跡。 提問：我們?nèi)绾蔚玫狡綊佄矬w的運動軌跡？可以從上述兩種留跡法得到啟發(fā)嗎？請設計實驗方案。 學生提出實驗方案 , 引導學生分析各個方案： 二、新課教學 展示學習目標及實驗探究點 (認真閱讀教材并結(jié)合實驗室實際情況選擇合適的實驗器材和研究方法 ) 探究點 1、如何獲得平拋運動的軌跡？ 探究點２、如何確定軌跡是否為拋物線？ 探究點３、如何根據(jù)已有的軌跡求出平拋的初速度 （一）、如何獲得平拋運動的軌跡？ ( 認真閱讀教材 , 深刻理解以下三種參考方案 , 鼓勵學生探索更多方案 , 選擇最適合自己的方案進行研究 ) ．【方案一】平拋運動演示儀

6、 實驗器材 : 斜槽、小球、木板、白紙（可先畫上坐標格）、圖釘、鉛垂線、直尺、三角板、鉛筆等。 實驗裝置： 實驗步驟： ①安裝調(diào)整斜槽 :用圖釘把白紙釘在豎直板上 ,在木板的左上角固定斜槽 , 并使其末端保 持水平 ; ②調(diào)整木板 :用懸掛在槽口的鉛垂線把木板調(diào)整到豎直方向 ,并使木板平面與小球下落的 豎直面平行且靠近 ,固定好木板 ; ③確定坐標軸 :把小球放在槽口處 ,用鉛筆記下小球在槽口時球心在木板上的水平投影點 O,O 即為坐標原點 ,

7、再利用鉛垂線在紙上畫出通過 O 點的豎直線 ,即 y 軸 ; ④確定小球釋放點 :選擇一個小球在斜槽上合適的位置由靜止釋放 ,使小球運動軌跡大致 經(jīng)過白紙的右下角 ; ⑤描繪運動軌跡 :把筆尖放在小球可能經(jīng)過的位置上 ,如果小球運動中碰到筆尖 ,用鉛筆 在該位置畫上一點 ,用同樣的方法 ,從同一位置釋放小球 ,在小球運動路線上描下若干點 . 注意事項： 1、應保持斜槽末端的切線水平 ,釘有坐標紙的木板豎直 ,并使小球的運動靠近坐標紙但 不接觸； 2、小球每次必須從斜槽上同一位置無初速度滾下 ,在斜槽上釋放小球的高度應適當 ,使 小球以合適

8、的水平初速度拋出 ,其軌跡在坐標紙的左上角到右下角間分布 ,從而減小測量誤 差； 3、坐標原點（小球做平拋運動的起點）不是槽口的端點 ,應是小球在槽口時球心在木 板上的水平投影點。 【方案二】水平噴出的細水柱顯示平拋運動的軌跡 如圖 ,倒置的飲料瓶內(nèi)裝著水 ,瓶塞內(nèi)插著兩根兩端開口的細管 ,其中一根彎成 水平 ,且水平端加接一段更細的硬管作為噴嘴。水從噴嘴中射出 ,在空中形成彎曲 A 的細水柱 ,它顯示了平拋運動的軌跡。設法把它描在背后的紙上就能進行分析處 理了。 水平噴出的細水柱

9、 插入瓶中的另一根細管的作用 ,是保持從噴嘴射出水流的速度不變 ,使其不隨 顯 示 平 拋 運 動 軌 跡。 瓶內(nèi)水面的下降而減小。這是因為該管上端與空氣相通 ,A 處水的壓強始終等于大氣壓 ,不受 3 / 8 瓶內(nèi)水面高低的影響。因此 ,在水面降到 A 處以前的很長一段時間內(nèi) ,都可以得到穩(wěn)定的細 水柱。 【方案三】頻閃照相 數(shù)碼相機大多具有攝像功能 ,每秒鐘拍攝約 15 幀照片。可以用它拍攝小球從水平桌面飛 出后做平拋運動的幾張連續(xù)照片。如果用數(shù)學課上畫函數(shù)圖象的

10、方格黑板做背景 ,就可以 根據(jù)照片上小球的位置在方格紙上畫出小球的軌跡。 . 原實驗的不足之處 (1) 斜面小槽配合豎直白紙法不易確定小球平拋運動的位置 ,實驗誤差很大 ,時間很長。 (2) 水柱法的軌跡受空氣阻力影響大而且不穩(wěn)定。 (3) 這兩種方法都沒有探究兩分運動的性質(zhì)。 (4) 數(shù)碼攝像機法成本太高不易推廣。 總之 ,3 種方法都無法快速、準確地記錄小球平拋運動的位置 ,描出平拋運動的軌跡。匯 總討論結(jié)果 ,我們將采用以下方案來獲得： 方案一改進版 實驗儀器：平拋運動實驗器 (

11、J2154) 、學生電源、白紙、復寫紙 實驗裝置： 實驗步驟： 4 / 8 1．按照以下步驟準備實驗裝置 (1) 將平拋運動實驗器置于桌面 ,裝好平拋軌道 ,使軌道的拋射端處于水平位置。調(diào)節(jié)調(diào)平螺絲 ,觀察重垂線 ,使面板處于豎直平面內(nèi) ,裝置如圖所示。 (2) 將白紙襯墊一張復寫紙 ,緊貼記錄面板用夾子固定在面板上, 以斜槽末端為坐標原點 , 根據(jù)重垂線定下

12、 y 坐標軸線 ,實驗完成后取下白紙再作出 x 坐標軸線 (3) 把接球擋板拉到較上方的位置。 2．鋼球緊靠定位板釋放 ,球沿軌道向下運動 ,以一定的初速度由軌道的平直部分水平拋 出。 3．下落的鋼球打在向面板傾斜的接球擋板上 ,同時在面板上留下一個印跡點。 4 ．再將接球擋板向下拉一小段 ,重復上述操作方法 ,打出第二個印跡點 ,如此繼續(xù)下拉 接球擋板 ,直至最低點 ,即可得到平拋的鋼球下落時的一系列跡點 ( 一般取 5、 6 個點 ) 。 5 ．變更定位板的位置 , 即可改變鋼球平拋的初速度 ,按上述實

13、驗操作方法 , 便可打出另 一系列跡點。 6．取下記錄紙 , 將各次實驗所記錄的點分別用平滑曲線連接起來 ,即可得到做平拋運動 的軌跡圖線。 數(shù)據(jù)處理：白紙左上角即為坐標原點 O,上邊緣為 X 軸 , 左邊緣為 Y軸；把各點用平滑 曲線連接起來；量出各點的高度和水平距離 , 計算出初速度 , 最后算出平均值。 實驗誤差來源 1、如何保證小球的運動是平拋運動？ 2、如何保證小球每一次都以相同的速度水平拋出？ 3、如何確定小球平拋的初始位置？ 4 、小球受空氣阻力應對措施 1、應保持斜槽末端的切線水平 .

14、 5 / 8 2、小球每次必須從斜槽上同一位置無初速度滾下 , 在斜槽上釋放小球的高度應適當 , 使小球以合適的水平初速度拋出 , 其軌跡在坐標紙的左上角到右下角間分布 , 從而減小測量 誤差； 3、坐標原點（小球做平拋運動的起點）不是槽口的端點 , 應是小球在槽口時球心在 白紙上的水平投影點。 4、實驗中選取密度大的小金屬球 問：改進版與原版有什么優(yōu)點？ 答： 得出的用來描軌跡的點的豎直距離按 h、3h、 5h、7h,根據(jù)平拋運動的特點 ,相 鄰兩點間的時間間隔應該

15、是一樣的。 （二）、如何確定軌跡是否為拋物線？ ( 認真閱讀教材 , 按照以下步驟進行操作 ) 實驗的理論探究： 1、軌跡上各點坐標應該滿足 y = a x 2 O x 2、取一點 M 的坐標代入方程可求出 a值 3、再在軌跡上任取其它的一些點 ,量出坐標代入方程 ,求出不同的點是 a 看看是否一樣 ,若各組的 a值差不多 ,則說明軌跡是一條拋物線。 請同學們完成下面表格 ,驗證 a值： y 1 2

16、3 4 5 水平位移 x 豎直位移 y a值（ a=y/x2) （三）、如何根據(jù)已有的軌跡求出平拋的初速度？ 實驗的理論探究： O x 1、在軌跡上取一個點量出它的水平位移 x 和豎直位移 y 2、由 y=gt2/2 求出時間 3、由 v0=x/t 求出初速度 y 思考： M 應該離原點較近還是應該較遠？ x x 擴展探究： 若初始位置不知道 ,能否求出平拋的初速度呢？ x

17、 y1 取兩段相等的水平位移 ,則兩段時間相同。 由 y2 - y1=gt 2可得出時間 t; y2 6 / 8 再由 v0 =x/t 求出初速度。 例 1 如圖所示是研究平拋運動的實驗裝置簡圖, 圖是實驗后白紙上的軌跡圖。 ⑴ 說明圖中的兩條坐標軸是如何作出的。 ⑵ 說明判斷槽口的切線是否水平的方法。 ⑶ 實驗過程中需要經(jīng)多次釋放小球才能描繪出小球運動的軌跡 , 進行這一步 驟時應注意什么？

18、 提示 回顧該實驗的操作步驟及注意事項 , 對照分析即得。 解析 ⑴ 利用拴在槽口處的重錘線畫出 y 軸 , x 軸與 y 軸垂直。 ⑵ 將小球放在槽口的水平部分 , 小球既不向里滾動 , 也不向外滾動 , 說明槽口的末端是 水平的。 ⑶ 應注意每次小球都從軌道 上 同一位置由靜止釋放。 小結(jié) 正確畫出坐標軸是研究平拋運動特點的必要準備 , 關鍵在于利用重垂線畫出 y 軸

19、 和確定坐標原點的位置。 例 2 在“研究平拋物體的運動”的實驗中 , 某同學只在豎直板面上記下了重 錘線 y 的方向 , 但忘記了平拋的初位 置 , 在坐標紙上描出了一段曲線的軌跡 , 如圖所 A’ A h x1 示?，F(xiàn)在曲線上取 、 B 兩點 , 量出它們到 y 軸的距離 , 1, 2 , 以及 AB 的 A AA’=x BB’=x B’ B 豎直距離 h, 用這些

20、可以求出求得小球平拋時的初速度為多大？ y x2 提示 根據(jù)平拋運動的兩個分運動的規(guī)律 , 列方程求解。 解析 設小球到達 A點時 , 運動時間為 t 1 , 豎直方向的位移為 y1；到達 B 點時 , 運動時間 為 t 2, 豎直方向的位移為 y2。根據(jù)平拋運動的規(guī)律有 其中 y2－y1=h, 所以 。 小結(jié) 平拋運動水平方向的分運動為勻速直線運動 , 豎直方向的分運動為自由落體運 動。有此

21、列出方程求解 , 即可求得其初速度。 三、小 結(jié) 1、鞏固了平拋運動的知識； 2、掌握了獲取平拋運動軌跡的方法； 3、探究了研究平拋運動規(guī)律的方法； 4、體驗到了科學的研究問題的方法。 7 / 8 四、課堂大練兵 1、在做“研究平拋運動”的實驗時 , 除了木板、小球、斜槽、鉛筆、圖釘之外 ,下列器材中 還需要的是 A. 游標卡尺 B.秒表 C.坐標紙 D. 天平 E.彈簧秤 F.重垂線 二、右圖為一小球做平拋運動的閃光照相照片的一部分 , A 圖中背景方

22、格的邊長為 5cm,如果取 g=10m/s 2, 那么：（ 1）閃光頻率是 Hz B （2）小球運動中水平分速度的大小是 m/s C 四、板書設計 1、實驗目的： 2、實驗原理： 3、實驗步驟 五、作 業(yè) 1.見課本片 P15 問題與練習 1、 2題和導學案中“練一練”和“選一選”。 2.課下設計其他實驗方案 六、課后反思 8 / 8