平抛物体的运动教案

探究平抛运动的规律【教学目的】 1.掌握平抛运动的特点 2.理解平抛运动可以分解为水平方向的匀速直线运动与竖直方向的自由落体运动且这两个分运动互不影响 3.会用平抛运动规律解决有关问题【教学重点】 通过演示、分析频闪照片及理论推证，使学生明确平抛运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动两个分运动【教学难点】 平抛运动的分解，对运动独立性原理的理解【教学媒体】 1.平抛运动演示仪 2.投影仪和投影片【教学方法】 通过演示等手段，引导、启发学生讨论、总结规律，得出结论学生活动时间占全课时的13以上【教学过程】一、复习提问、引入新课 师：前面我们学习了物体运动的几种形式，请同学们思考这样的问题：如果不计空气阻力，将一个物体从空中某处由静止释放，这个物体做什么运动？ 生：做自由落体运动 师：若把该物体以某一初速度竖直向上或向下抛出，物体做什么运动？ 生：做竖直上抛运动或竖直下抛运动 师：如果把这个物体用一定的初速度水平抛出，物体的运动情况又如何？ （学生思考或有各种回答） 师：这就是我们今天所要学习的内容平抛物体的运动 板书课题：平抛物体的运动二、讲授新课 演示1：水平地打一下放在水平桌面上的小球（为增加可见度，可将小球涂成红色），使它以一定的水平速度离开桌面，观察小球离开桌面后的运动轨迹，做三次让学生反复观察 （根据观察到的结果，找学生在黑板的指定位置画出小球运动的轨迹草图，如图1所示）师：我们观察到的这个小球的运动就是平抛运动什么是平抛物体的运动呢？（稍停）请同学们阅读课本第122页第一自然段（学生阅读）板书：1.平抛运动的概念（出示投影片如图2所示）将物体用一定的初速度滑水平方向抛出，物体只受到重力作用而做曲线运动这种运动叫做平抛运动图2 （师生共同分析投影上的“平抛运动概念”，随后撤去该投影片） 师：刚才的演示实验中，为什么要水平地打小球？ 生：是为了让小球获得一个水平初速度 师：小球离开桌面后的受力情况怎样？ 生：只受到重力作用 师：小球离开桌面后的轨迹为什么是曲线而不是直线？ 生：小球离开桌面时速度方向是水平的，而小球受到的重力竖直向下，二者不在同一条直线上，因此小球做曲线运动 师：回答得很正确根据以上分析谁能总结出平抛运动的特点是什么？ 生：特点是初速度水平、只受重力、轨迹为曲线 （若某同学回答不全面，可由其他同学补充） 师：随着我们数学知识的不断丰富，今后可以证明平抛运动物体的轨迹为抛物线 板书：2.平抛运动的特点 初速度水平，只受重力，轨迹为抛物线 师：曲线运动是比较复杂的，研究曲线运动的基本方法是什么？结合上节课的学习，谁能回答这个问题？ 生：一些常见的曲线运动往往可以分解为两个方向上的直线运动，分别研究这两个方向上的受力情况和运动情况，就可以知道曲线运动的规律这就是研究曲线运动的基本方法（若学生回答不够完整，可由教师提示完成） 师：如何研究平抛运动？将平抛运动分解为哪两个方向的直线运动呢？ （学生思考、讨论） 师：从小球运动的轨迹（图1）不难发现，小球沿水平方向运动的同时，还要沿竖直方向下落（边讲解、边指点黑板上的图l）那么，我们是否可以把平抛运动向水平和竖直方向分解？（停顿片刻）如果可以，小球在这两个方向各做什么运动呢？ 演示2：（1）出示演示仪，简介仪器结构及使用方法（演示仪结构示意图如图3所示） （把下面的内容摘其精要加以介绍，必要时可进行适当演示下面各序号与图中对应） 带水平仪的长方形木板，实验时应将其调水平 2l、22、23为竖直支架，其中22用金属管做成，直径比21略大，22的高度可通过转动旋纽E进行调整 31、32为处于同一竖直面内的完全相同的圆弧轨道，用较光洁的铁丝做成双轨并分别固定于21和22上，轨道底端水平 电源，可由两三节干电池组成 A、B、C、D为完全相同的小钢球，实验时从中任选两个即可 钢化玻璃板，与轨道32的底端接触良好 开关S1，它能同时控制电磁铁I、II、III闭合S1可将小球吸附于I或II或III之下；断开S1，磁铁失去磁性，小球离开电磁铁后将沿轨道3l或32下滑，沿31轨道下滑的小球将从轨道底端开始做平抛运动，沿轨道32下滑的小球将从轨道底端开始滑上玻璃板而做匀速直线运动 行程开关S2，它紧靠轨道3l的底端从轨道31滑下的小球运动到轨道底端时，将S2碰开，电磁铁IV失去磁性，其下吸附的小球开始做自由落体运动， （说明：做平抛运动的小球和做自由落体运动的小球，开始下落时的高度相同图3中已用水平虚线标出） （2）把两小球分别吸附于电磁铁I、IV下（II、III下不放小球），断开开关S1，观察小球落在玻璃板上的先后顺序要注意两球落在玻璃板上的时刻谁先谁后，要集中精力边看边听声音 再把两球分别吸附于III、IV下，断开S1，再观察两球落在玻璃板上的先后顺序 师：同学们观察到什么现象？ 生：小球同时落在玻璃板上，每次实验只听到一个碰撞玻璃板的声音 师：通过这一实验事实，你可得到什么结论？ 生：做平抛运动的小球在竖直方向上的运动是自由落体运动 师：你的根据是什么？ 生：因为做平抛运动的小球（开始做平抛运动时）与做自由落体运动的小球开始下落时的高度相同，而它们所用的时间又总是相同的（因两球总是同时落在玻璃板上），这就说明两球在竖直方向上的运动情况完全相同，因而可得上述结论 师：回答得很好在上面实验中，I、II下两球所处的高度不同，这对它们做平抛运动的初速度是否造成影响？为什么？ 生：造成影响，由初中所学机械能知识可知，小球释放点越高，到达轨道底端时的速度，也就是平抛的初速度越大 师：从你观察到的现象看，平抛运动水平初速度的变化是否影响或干扰了做平他运动的小球在竖直方向的运动？为什么？ 生：没影响因为在这两次实验中，尽管做平抛运动的小球的初速度发生了变化，但它总与做自由落体运动的小球同时落在玻璃板上这说明小球的初速度并不影响它在竖直方向上的运动 师：分析得很正确这就是物理上所说的运动的独立性原理 （3）闭合S1，把两球分别吸附于I、之下，再断开S1，观察两球落在玻璃板上的情形 师：看到了什么现象？ 生：两球打在一起 把支架2l升高适当高度，也就是轨道31与磁铁I、II同时升高，再重复的实验 师：这次又观察到了什么现象？ 生：两球仍打在一起 师：谁能说说上面两次实验结果的共同点？ 生：做平抛运动的小球总是打在做匀速直线运动的小球上 师：这一事实说明什么？ 生：说明平抛运动在水平方向上是匀速直线运动 师：说得非常好支架升高后，做平抛运动的小球在竖直方向下落的高度发生了变化这种变化是否影响了小球在水平方向的运动？为什么？ 生：没有影响虽然做平抛运动的小球在竖直方向上的高度发生了变化，但是该球总是打在水平方向做匀速运动的小球上，所以竖直方向的运动同样不影响水平方向的运动 师：下面请同学们自学课本第123页花边框内的内容 （学生自学） 师：我们还可以利用频闪照像的方法更精细地研究平抛运动 （打出投影片该片是将课本第123页图614放大后再复印到空白投影片上得到的） 师：该图是平抛运动与自由落体对比的频闪照片，照片中每相邻小球之间的时间间隔是s，该片能否说明平抛运动在水平方向上是匀速运动？在竖直方向上是自由落体运动？说出你的根据 （学生思考、讨论） 生：从照片可以看出，做平抛运动的小球在水平方向上每经过相等的时间（s），通过的距离都相等（4.5个长度单位），因此，平抛运动在水平方向的分运动是匀速运动；在竖直方向上每经过相同的时间（s），做平抛运动的小球与做自由落体运动的小球总是下落到同一高度处，即两球在该方向上的运动总是相同的，故平抛运动在竖直方向上的分运动为自由落体运动 （若某生回答不全面，可由教师提示或由其他同学补充来完成） 师：我们能否从“力和运动”的关系角度来分析平抛运动的两个分运动呢？ （学生看书、思考、讨论） 生：把物体沿水平方向抛出后，在水平方向不受力，所以由于惯性而做匀速直线运动，其速度就等于做平抛运动的初速度；在竖直方向，物体的初速度为零，且物体仅受重力作用，所以做自由落体运动师：很好刚才通过演示、分析频闪照片和理论分析，说明平抛运动确实可以看成水平方向的匀速直线运动和竖直方向上的自由落体运动的合运动板书：3.平抛运动的分解 水平方向：匀速直线运动 竖直方向：自由落体运动师：匀速直线运动和自由落体运动是我们熟悉的、比较简单的两种运动形式，所以平抛运动的规律也是不难掌握的板书：4.平抛运动的规律师：若已知平抛运动的初速度v0（在图1上标出v0），怎样求出任一时刻t物体的位置P（在图1的适当位置标出t、P）呢？（学生思考）师：欲确定位置就需建立坐标系以v0方向为x轴正方向，以重力方向为y轴正方向建立直角坐标系（在图1中建立坐标系，得到图4）怎样确定P点位置坐标x、y?生： xv0t，ygt2 板书：（1）位置xv0t， ygt2师：需要指出的是，平抛运动的时间t是由下落高度决定的，这一点从刚才的演示结果中也可体会到板书：t由下落高度决定师：如何确定做平她运动的物体在任一时刻的速度大小及方向？（学生思考、讨论，教师视情况加以引导）生：设物体在某一时刻运动到P点，过P点作轨迹的切线，切线方向就是物体的速度v的方向（教师在图4上作出速度v的示意图）由于平抛运动可向水平、竖直两个方向分解，所以也可把v向水平、竖直两个方向分解，分速度分别为vx、vy（教师再在图4上作出vx、vy的示意图，图4于是变成图5所示的情形）于是，v， vxv0，vygt板书：（2）速度v， 其中，vxv0，vygt师：如何由速度v与水平方向（竖直方向也可）的夹角确定v的方向（在图5上标出）？生：tg师：回答得很正确确定速度千万不要忘记其方向 vxv0，xv0t，板书：vygt，ygt2师：下面我们利用今天所讲的规律解决一个实际问题（出示如图6所示的投影片）例题 飞机在高出地面0.81km的高度，以2.5102kmh的速度水平飞行为了使飞机上投下的炸弹落在指定的轰炸目标上，应该在离轰炸目标的水平距离多远的地方投弹？（不计空气阻力） 图6 （学生思考） 师：哪位同学分析一下此题的解题思路？ 生：炸弹离开飞机后做平抛运动，本题中炸弹下落的高度y已知，根据公式ygt2就可求出时间t又因v0已知，所以再由xv0t就能求出水平距离x 师：分析得很好 板书：由公式y=gt2 ，得 t 12.9s 代入 xv0t，得 x12.9m 0.9km 师：如何求炸弹即将落在目标上的速度？ 生甲：由于v 所以，vms 144.2ms （以上步骤由学生回答，教师板书） 生乙：速度是矢量，计算时不仅要求出速度大小，而且还应求出速度方向 师：你补充得很好 板书：tg 1.82 查表，61 落地时速度方向与水平方向成61角 三、反馈练习 课本第125页第（1）、（2）、（3）题 （对于各练习题，均先由学生说出自己的解题思维过程，然后再由教师根据