高中物理：5.4《探究平抛运动规律》教案1（新人教版必修2）（浙江适用）

用心 爱心 专心 探探究究平平抛抛运运动动规规律律教教学学案案例例 设计思路 本课将在学生原有知识结构的基础上 通过体验和经历 构建关于平抛运动模型的新知 识 探究平抛运动的特点 规律以及处理方法 本课将以探究为主线充分重视情景 问题 体验 合作 自主 交流 既有实验现象的 观察 又有分析 推理的过程 还要将实验现象与分析 推理结合起来 探究平抛运动在竖 直方向和水平方向的运动的规律 既有学生的实验设计过程 又有教师的演示过程 实验手 段上既传统的仪器演示实验 又有自制仪器 本节课给教师和学生提供了广阔的动手 动脑 和发挥才智的天地 对于一般性的抛体运动 这里将安排到本节平抛规律之后的课外拓展中 进行 为学生进一步学习打开一个窗口 教材分析 平抛运动是一种重要的运动 这不仅是知识的深化和扩展 更重要的是能力的培养和提 高 平抛运动比直线运动复杂 不容易直接研究它的速度 位移等的变化规律 需要将它分 解成较简单的运动来研究 本节首先一般性地介绍抛体运动 转而专门研究平抛运动 考虑到问题的难度 竖直方 向的探究在教师的引导下进行 尽管如此 它仍然包含了探究的要素 如提出问题 猜想与 假设等 这部分教材与过去教学时的陈述有了本质的区别 对实验的分析不是书本上写出的 而是要由学生自己做出 对水平方向运动规律的探究主要由学生做出 在实验操作上 是给 出一个以上的参考案例 由师生根据各自条件决定具体的操作 学情分析 本节为高中新课程物理必修 和 中五节探究课的第五节 需要探究内容多方法较全面 结合了理论推理和实验证实双方面 是在学生学习了直线运动规律 牛顿运动规律和运动合 成与分解之后的具体应用实例 也是这些知识的迁移和综合应用 本节学习内容重点应落实在 探究 上而不是 规律 上 课堂教学过程以探究为主要 线索 让学生体验掌握化曲为直 化繁为简处理曲线运动的基本策略与手段 我们志在调动 学生积极参与讨论的兴趣 培养逻辑思维能力及表述 培养学生探究性学习的能力 观察思 考分析 处理数据的能力 根据形成性评价 学生已经掌握了在进行曲线运动学习的初始能 力 可以进行该节课的学习 教学三维目标 知识与技能目标 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 3 会用平抛运动规律解答有关问题 过程与方法目标 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 情感态度与价值观目标 1 通过重复多次实验 进行共性分析 归纳分类 达到鉴别结论的教育目的 2 通过实验探究教学 并进行有效的理论联系实际 激发学习兴趣和求知的欲望 以 此渗透刻苦学习 勤奋工作精神的美德教育 教学重点 1 学会自然科学的一般研究方法 体验平抛运动规律的科学探究过程 2 平抛运动的特点和规律 教学难点 平抛运动的研究方法 可以用两个简单的直线运动来等效替代 用心 爱心 专心 教学策略与手段 教师演示 引导 学生实验探究 讨论 交流学习成果 课时安排 课时 教具准备 平抛运动演示仪 平抛竖落仪 平抛水平分解仪 多媒体辅助教学课件等 教学流程 教学过程 第 1 课时 在实验室进行 新课导入 生活再现 情景 展示多媒体 Flash 有声动画 在屏幕右上方事先设置好三个参数 飞机水平 匀速飞行速度v机 80m s 海面上敌船匀速航行速度v船 15m s 飞机离海平面高度 h 45m 教师演示 当飞机飞至敌船正上方时 点击按钮 观察到炸弹在敌船前方远处水面上 轰 一声爆炸巨响 用心 爱心 专心 师 当飞机在敌船正上方投弹时 能否击中敌船 生 笑声 不能 师 知道如何调整战术吗 生 提前投弹 师 请哪位来试一试 学生热情高涨 踊跃举手 教师把多媒体电脑的无线鼠标器传给一座位上的学生 学 生连续操作几次 结果都没有击中敌船 注意 这里教师有意设置v机 80m s v船 15m s 大大降低了学生 盲目 投弹的命中率 生 哎 多数学生表示遗憾 刚才的热情 急剧降温 师 看样子做一个飞行员可不容易 投弹要百发百中则更难 因为炸弹的运动是一种 复杂的曲线运动 今天我们把所看到的炸弹的运动就叫做 平抛运动 接下来我们一起探 究平抛运动的规律 设计意图 直接调动了学生探究的欲望和热情 更重要的是通过这种当今学生喜闻乐 见的 电脑游戏 并自然的避开了空气的阻力问题 单刀直入地提出平抛运动课题 新课教学 一 平抛运动的定义及条件 建立模型 师 炸弹受到哪些力作用 生 重力和空气阻力 师 但一般情况下空气阻力相对于重力可以忽略不计 在现实生活中还有哪些运动与 炸弹的运动相似 理想化抽象 以一定的水平初速度将物体抛出 在空气阻力可以忽略的情况下 物体所做的运动 叫做平抛运动 平抛运动的条件 具有水平初速度 只受到重力作用 设计意图 通过实例 理解平抛运动的条件 增强学生的感性认识 激发学习物理的 兴趣 二 平抛运动竖直方向的运动规律 用心 爱心 专心 演示实验 用平抛运动演示仪演示平抛运动 猜想 师 请大家注意观察平抛运动的轨迹 发现它是一条曲线 由此我们可以得出这样一个 结论 平抛运动在竖直方向上的分速度是越来越快的 但这个分速度到底是如何变化的 我 们还是不清楚 现在请大家来分析做平抛运动的物体在竖直方向上的受力情况 生 在竖直方向上只受到重力的作用 师 想一下我们前面学过的运动形式有没有只在重力作用下实现的 生 做自由落体运动的物体只受重力的作用 师 既然竖直方向上只受重力的作用 与物体做自由落体运动的条件相同 根据我们上 节课学的分运动的独立性原理知道 分运动在各自的方向上遵循各自的规律 我们能得出什 么样的结论呢 生 平抛运动竖直方向上的分运动有可能是自由落体运动 师 既然我们有了这样的猜想 为了验证它的正确性 我们来做下面这个实验 设计意图 作出科学猜想 然后验证猜想 对学生进行科学方法教育 实验探究 对比实验法 如右图所示 用小锤打击弹簧金属片 金属片把 A 球沿水平方向抛出 同时 B 球被松开 自由下落 A B 两球同时开始运动 师 先来分析两个小球做的分别是什么运动 生 A 球在金属片的打击下获得水平初速度后只在重力作用下运动 所以做的是平抛运动 B 球被松开后没有任何初速度 且只受到重力的 作用 因此做的是自由落体运动 师 现在观察两球的运动情况 看两球是否同时落地 实验观察技巧 这个地方教给大家一个判断两球是否同时落地 的小技巧 那就是不要用眼睛看 而是用耳朵听 两个小球落地后会不 止蹦一下 我们只听它们落地的第一声响 如果我们只听到一声响 说 明两个小球同时落地 如果听到两个落地声 说明两个小球先后落地 在做实验之前我们先来听一下一个小球落地的声音 拿一个和实验用的小球一样的球让其做自由落体运动 让学生仔细听其落地的声音 以便判断实验中的落地声 师 同学们听到几个落地声啊 生 一个 师 A B 两个小球从同一高度同时开始运动 又同时落地 这说明了什么问题啊 生 这说明了 A 球在竖直方向上的分运动的性质和 B 球的运动性质是一样的 B 球做的 是自由落体运动 师 由这一次实验我们就能下这样的结论吗 有没有可能我们设置的这个高度是一个特 殊的高度 它正好满足自由落体下落的时间和平抛运动时间相等呢 或者说因为我们打击力 度的原因 使 A 球获得的初速度刚好满足这一条件呢 生 有 师 那我们应该如何来解决呢 生 多次改变小球下落的高度与打击的力度 重复这个实验 学生活动 请学生代表做实验 改变高度和打击力度来击打 A 球 其他同学注意观察A球 B球的运动特点 教师活动 提醒学生观察现象 或听落地的声音 A球和B球落地的先后 用力大小不同时 A球的水平射程有什么不同 学生活动 学生描述实验现象 无论A球的水平速度大小如何 它总是与B球同时落地 A球的水平初速度越大 走过的水平距离也越大 A球水平初速度的大小并不影响平抛物体在竖直方向上的运动 教师活动 帮助总结 点评实验结论 用心 爱心 专心 物体在做平抛运动的过程中 沿竖直方向的运动效果为自由落体运动 设计意图 通过实验探究 得出平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动 培 养学生实验观察能力和学习探究未知规律的兴趣 三 平抛运动水平方向的运动规律 师 研究完竖直方向上的运动 我们再来看水平方向上的分运动 先来分析做平抛运动 的物体在水平方向上的受力情况 生 做平抛运动的物体只受重力作用 方向是竖直向下的 所以物体在水平方向上不受 力 师 根据运动的独立性我们知道水平方向上的运动不会受到竖直方向的运动影响 再根 据牛顿第一定律我们能得出什么样的结论啊 猜想 生 根据牛顿第一定律我们知道 如果一个物体处于不受力或受力平衡状态 它将静止 或做匀速直线运动 在平抛运动中 物体水平方向上不受力 并且水平方向上有一个初速度 所以物体在水平方向上应该是匀速直线运动 师 那我们应该怎样来验证这个猜想呢 实验探究 1 定性比较 对比实验法 在如图所示的装置 自制 平抛运 动水平分解仪 中 两个相同的弧形轨道上面分别装有 电磁铁 将小球分别吸在电磁铁上 然后切断电源 两 球同时开始运动 反复实验 观察现象 两球总是在 落点相撞 2 定量探究 师 我们可以从另一个角度来探究水平方向的运动规律 如果能够知道平抛运动的物体 在相等的时间间隔内 控制变量 水平方向的位移 就可以判断水平方向做什么运动了 要 这样进行处理的话 就要解决好下面的几个问题 设法通过实验得到平抛运动的轨迹 在平抛运动的轨迹上找到每隔相等时间物体所到达的位置 测量两相邻位置间的水平位移 分析这些位移的特点 教师活动 引导学生阅读教材 39 页有关内容 掌握实验探究的思路 参考教材上提供 的 参考案例 选用其中的某一方法 或自行设计一种实验方案 探究水平方向上的运动规 律 学生活动 探讨实验方案的选择 分组动手实验 教师活动 指导学生完成探究过程 了解学生的实验情况 点评 探究实验一定要让学生亲自动手 在实践中培养学生的求知欲望 激发学生的探 究未知规律的动机 这比学到具体知识更重要 师 要进行这样的探究 我们首先面临的问题就是如何得到平抛运动的轨迹图象 汇总 各组讨论结果 我们将采用以下方案来获得 1 按照以下步骤准备实验装置 1 将平抛运动实验器置于桌面 装好平抛轨道 使轨道的抛射端处于水平位置 调节 调平螺丝 观察重垂线或气泡水准 使面板处于竖直平面内 卡好定位板 装置如图所示 用心 爱心 专心 2 将描迹记录纸衬垫一张复写纸或打字蜡纸 紧贴记录面板用压纸板固定在面板上 使横坐标x轴在水平方向上 纵坐标 y 轴沿竖直方向向下 若用白纸 可事先用铅笔在纸上 画出x y 坐标轴线 并注意使坐标原点的位置在平抛物体 钢球 的质心 即球心 离开轨道 处 3 把接球挡板拉到最上方一格的位置 2 将定位板定在某一位置固定好 钢球紧靠定位板释放 球沿轨道向下运动 以一定 的初速度由轨道的平直部分水平抛出 3 下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 4 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 5 变更定位板的位置 即可改变钢球平抛的初速度 按上述实 验操作方法 便可打出另一系列迹点 6 取下记录纸 将各次实验所记录的点分别用平滑曲线连接起 来 即可得到以不同的初速度做平抛运动的轨迹图线 如右图所示 师 获得了平抛运动的轨迹图象我们就可以从中知道平抛运动的水平位移 现在我们从 得到的几条轨迹中选出一条来进行研究 我们现在所面临的问题是如何知道水平分运动所发 生的时间 这个问题我们可以通过运动的等时性来考虑 生 前面我们已经得出了平抛运动的竖直分运动为自由落体运动 根据等时性原理我们 知道水平分运动和竖直分运动是同时发生的 所以可以通过竖直分速度来找相等的时间间隔 师 具体如何来实现呢 生 平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动 竖直的位移公式 x 2 1 gt2 因此 1 在下图 左 中 在竖直坐标轴y轴上 从原点开始向下任取一个坐标为h的点 再找到坐标为 4h 9h 16h 的点 例如选择 5 20 45 这几个点 如下图 右 所示 在物体运动过程中 纵坐标从其中一个位置运动到下一个位置所用的时间都是相等的 过这 些点作水平线与轨迹相交 交点就是每经相等时间物体所到达的位置 用心 爱心 专心 2 如上图所示 过A B C等点作竖直线与横轴相交 可得到各点的水平位移 x1 x2 x3等 3 测量x1 x2 x3等的大小 师 这样根据测量结果 例如上图 右 我们就找出了水平分运动在相邻相等的时间 间隔内所发生的位移 观察这些水平分位移 可以得到什么规律 生 这些水平分位移都近似相等 师 由此我们可以得出什么结论 生 平抛运动的水平分运动是匀速直线运动 展示板书 结论 平抛运动的水平分运动是匀速直线运动 平抛运动的物体可以看成是竖直方向的自由落体运动和水平方向的匀速运动 第 2 课时 回到教室进行 三 理论推理 纸上谈兵 1 平抛物体的运动方程 师 平抛运动只受重力作用 是匀变速曲线运动 平抛运动的轨迹是什么曲线呢 我们 能从理论上加以说明吗 学生活动 这里可根据学生实际水平考虑让学生自己推导平抛运动的轨迹方程 得出平 抛运动的轨迹方程 y x2 g 2V02 参考解答 掌握物体的运动 就是要知道任一时刻物体的位置和速度 建立直角坐标系 如图所示 x轴表示水平方向的运动 y轴表示竖直方向的运动 则 决定位移的运动方程是 2 0 2 1 gty tvx 决定速度的运动方程是 gtv vv y x0 平抛运动的轨迹方程是 由运动方程 消去时间t得 2 0 2 x v g y 师 这是抛物线的方程 它说明了平抛运动的轨迹是顶点在抛出点的抛物线 并且可 知 当已知水平初速度时 即可给出轨迹 当已知轨迹时 即可求得初速度 2 结合运动方程 可知位移的大小和方向 即 22 yxs x y gt 0 2v yt 结合运动方程 可知速度的大小和方向 即 22 yx vvv x y v v tg 0 v gt 四 实践拓展 实战演练 师 到此为止 我们就可以解决本课开头提出的关于飞机投弹的问题了 从学生实际出发 遵循循序渐进原则 这里可将此 飞机投弹 问题设计成如下例 1 例 2 两步进行 例 1 一架老式飞机在高出海面 45m 的高处 以 80m s 的速度水平飞行 为了使飞机上 用心 爱心 专心 投下的炸弹落在停在海面上的敌船 应该在与轰炸目标的水平距离为多远的地方投弹 不计 空气阻力 分析 对于这道题我们可以从以下几个方面来考虑 1 从水平飞行的飞机上投下的炸弹 做什么运动 为什么 做的是平抛运动 炸弹在没有脱离飞机时与飞机具有相同的水平速度 脱离飞机后这 一速度并不消失 这时炸弹只受重力作用且具有水平初速度 所以做平抛运动 2 炸弹的这种运动可分解为哪两个什么样的分运动 可以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 3 要想使炸弹投到指定的目标处 你认为炸弹落地前在水平方向通过的距离与投弹时 飞机离目标的水平距离之间有什么关系 炸弹落地前在水平方向通过的距离与投弹时飞机离目标的水平距离应该相等 学生活动 讨论与交流 飞机在投弹的时候 应该在目标的什么位置开始投放炸弹 水平距离 240m 鼠标点击按钮 进行 实战模拟演练 如下图 例 2 一架老式飞机在高出海面 45m 的高处 以 80m s 的速度水平飞行 尾追一艘以 15m s 逃逸的敌船 为了使飞机上投下的炸弹正好击中敌船 应该在与轰炸目标的水平距离 为多远的地方投弹 不计空气阻力 学生活动 讨论与交流 飞机在实施轰炸的时候 应该在目标的什么位置开始投放炸弹 参考答案 水平距离为 195m 时投弹 鼠标点击按钮 进行 实战模拟演练 如下图 用心 爱心 专心 案例探究 1 在高空中有一水平匀速飞行的飞机 每隔 1 秒投放一颗炸弹 1 若以地面为参照物 则这些炸弹做什么运动 2 飞机上的观察者看到炸弹做什么运动 3 这些炸弹在空中是怎样排列的 4 这些炸弹落地后所留下的坑穴是怎样排列的 学生活动 讨论交流 教师活动 多媒体模拟演示如图 加深学生对知识的理解和掌握 案例探究 2 如图假设在树枝上有一只松鼠看到一个猎人正在用枪对准它 为了逃脱 猎人的射击 它想让自己落到地面上并逃走 但是就在它刚掉离树枝的瞬间子弹恰好射出枪 口 如果不计空气阻力 试讨论松鼠在掉落过程能否被击中 为什么 用心 爱心 专心 学生活动 讨论交流 教师活动 多媒体模拟演示如上图示 加深学生对知识的理解和掌握 五 总结交流 教师活动 让学生概括总结本节的内容 要求写在笔记本上 然后选择一至两位同学的 小结内容投影到屏幕上 供大家评价 学生活动 认真总结概括本节内容 并把自己这节课的体会写下来 比较大屏幕上的小 结和自己的小结 看谁的更好 好在什么地方 设计意图 总结课堂内容 培养学生概括总结能力 教师要放开 让学生自己总结所 学内容 允许内容的顺序不同 从而构建他们自己的知识框架 课外作业 1 实践探究 设计实验 试根据平抛运动原理设计 测量水管喷出的水流初速度 的实 验方案 提供的实验器材为 水管 支架 米尺 1 画出实验示意图 2 实验中需要测量的量 并在示意图中用字母标出 为 3 计算公式为 2 思考 如果物体被抛出时速度方向沿与水平方向成 斜向上 我们可以怎么处理物体 被抛出后的运动 评价方案 学生自评 根据实际情况填写以下表格 掌 握 程 度 目 标 很好好一般不好 平抛运动的定义及其条件 平抛运动的规律 实验观察能力及归纳总结能力 科学探究方法 教学后记 1 教学目标定位上 在知识教学中应同时进行科学研究过程教育 本节课以探究平抛物体运动规律为中心所 展开的课堂教学 应突出一条研究物理科学的一般思想方法 探索规律总是从问题入手 建 立模型 大胆猜想 实验验证 得出总结规律的过程 通过本节探究不仅掌握了处理平抛运 动的方法 同时也是处理其他曲线运动和处理未知问题的一般思路和方法 用心 爱心 专心 2 教学机智和教学设计上 物理概念和物理规律的形成是由现象到本质的过程 对它们的理解和掌握不可能一蹴而 就 怎样才能够让学生不是机械化的记住 而是真正理解其实质所在 将是这节课要突破的 难点 因此采用实验探究的方法 让学生先通过理论分析和猜想 再通过设计实验方案和细 致的实验及仔细的观察 充分采用对比实验法 通过对运动轨迹分析 归纳得到平抛运动水 平方向为匀速运动 由于实验包含的规律往往隐藏在较深的层次 需要学生去挖掘 因此这 一部分的自主探究活动可以让学生亲自感受到实验探究问题的过程 正是对学生观察 分析 归纳等各项综合素质和能力的培养 本节课由于探究过程较多 与学生基础和动手能力有较大关联 完成难度比较大 教师 要根据教学过程做适度调整 自主探究以学生为