§實驗：研究平拋運動【教材和學情分析】一、教材分析

《平拋物體的運動》這節內容編排在學生學習了直線運動的規律和牛頓運動定律及《曲線運動》和《運動的合成與分解》這兩節內容之后，它既符合學生由易到難，由簡到繁的認識規律，又保持了知識的結構性、系統性。二、學生分析

1、高一學生認識事物的特點是：已經開始習慣抽象邏輯思維，但思維還常常與感性經驗直接相聯系，仍需具體形象的來支持。

2、學生在沒有學習本節知識之前，已經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。學生通過對實驗中種種問題的探究，掌握科學認識物理規律的方法。【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、態度價值觀（1）在上一節對平拋運動規律的學習的基礎上，通過這一節學生的動手實驗，將感性認識和理性思維相結合，使學生獲得成功的體驗，激發學生學習興趣和求知的欲望；（2）鼓勵學生去創新和實踐，提倡多動腦、動手的創新精神，激發學生創新意識，培養學生創新意識和創新品德；【教學重點】平拋運動軌跡的描繪?！窘虒W難點】判斷平拋運動的軌跡是不是拋物線以及計算平拋物體的初速度?！窘虒W方法】自主學習與實驗探究相結合，加深對平拋運動的感性認識?！窘虒W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：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，必須先得到其運動軌跡。提問：我們如何得到平拋物體的運動軌跡？可以從上述兩種留跡法得到啟發嗎？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調整木板:用懸掛在槽口的鉛垂線把木板調整到豎直方向,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,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過白紙的右下角;⑤描繪運動軌跡:把筆尖放在小球可能經過的位置上,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。水平噴出的細水柱顯示平拋運動軌跡。水平噴出的細水柱顯示平拋運動軌跡。A如圖，倒置的飲料瓶內裝著水，瓶塞內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。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，使其不隨瓶內水面的下降而減小。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，不受瓶內水面高低的影響。因此，在水面降到A處以前的很長一段時間內，都可以得到穩定的細水柱?！痉桨溉款l閃照相數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照片。如果用數學課上畫函數圖象的方格黑板做背景，就可以根據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定。(3)這兩種方法都沒有探究兩分運動的性質。(4)數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(J2154)、學生電源、白紙、復寫紙實驗裝置：實驗步驟：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。調節調平螺絲，觀察重垂線，使面板處于豎直平面內，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，根據重垂線定下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。數據處理：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.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點？答：得出的用來描軌跡的點的豎直距離按h、3h、5h、7h，根據平拋運動的特點，相鄰兩點間的時間間隔應該是一樣的。（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)yOyOx1、軌跡上各點坐標應該滿足y=ax22、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：

12345水平位移x

豎直位移y

a值（a=y/x2)

（三）、如何根據已有的軌跡求出平拋的初速度？OxOxy1、在軌跡上取一個點量出它的水平位移x和豎直位移y2、由y=gt2/2求出時間3、由v0=x/t求出初速度思考：M應該離原點較近還是應該較遠？xxxxxxy1y2取兩段相等的水平位移，則兩段時間相同。由y2-y1=gt2可得出時間t;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？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軸和確定坐標原點的位置。AA’B’Byhx2x1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，如圖所示。現在曲線上取A、B兩點，量出它們到y軸的距離，AA’=xAA’B’Byhx2x1提示根據平拋運動的兩個分運動的規律，列方程求解。解析設小球到達A點時，運動時間為t1，豎直方向的位移為y1；到達B點時，運動時間為t2，豎直方向的位移為y2。根據平拋運動的規律有其中y2－y1=h，所以

。小結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。有此列出方程求解，即可求得其初速度。三、小結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律的方法；4、體驗到了科學的研究問題的方法。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