《实验探究平抛运动》的教学设计.docx
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《实验探究平抛运动》的教学设计
《实验：
探究平抛运动》的教学设计
《普通高中物理新课程标准》指出：
高中物理课程应促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考。
通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度和科学精神。
新课程把这一理念作为实施教学的基本理念。
本着对新课程理念的理解与感悟把高中物理人教版必修2第五章第三节《实验：
探究平抛运动》教学设计如下：
一、设计思想：
以学生为中心，注重生生互动、师生互动。
在教师引导下充分让学生大胆猜想、自主设计，利用小组讨论、汇报交流、相互合作，全面体验和感悟实验探究的各个环节，培养学生的自主探究、合作学习的能力。
针对研究问题——平抛运动，引导学生进行实验方案的设计，通过交流比较，设计出既与教材相联系，又不被教材所束缚的创新实验方案，突出学习与创新相结合的教学理念。
二、教材分析
《实验：
探究平抛运动》系人教版高中物理新课标的共同必修模块物理2的“曲线运动”部分第三节，本节内容需要两个课时，第一课时：
实验设计，第二课时：
实验操作，本次教学设计是第一课时的内容。
本节专门研究一种简单的曲线运动：
平抛运动。
这部分内容与老教材内容有了本质的区别，对实验的分析不是课本上给出来的，而是要让学生自己探究出来。
因此，本节内容重点应落实在“探究上”，培养学生探究性学习能力、自主性学习能力。
以落实新课标的好素材。
三、学情分析
通过前面知识的学习，学生已经知道了和运动、分运动以及运动的合成与分解遵循的规律；知道了运动的合成与分解是处理曲线运动的基本方法；通过一个学期多的学习，学生已经具备了初步的实验设计能力，已经能用基本器材来研究物体的运动。
四、教学目标
（一）、知识与技能
1、用不同的器材组合设计出不同的方案
2、对设计出的方案进行评价与改进
（二）、过程与方法
学生自主设计的实验方案，经生与生间的交流、讨论，教师再进行引导得出较合理的多种方案。
（三）、情感、态度与价值观
通过实验设计探究，培养学生的设计探究兴趣与热情，体验到探究自然规律的艰辛与喜悦，培养学生自主学习与他人合作精神。
五、教学重点和难点
重点：
1、学会借鉴前面所学的研究方法
2、学会设计实验方案
难点：
设计方案
六、教学方法
探究、讨论、交流、谈话
七、教学过程
（一）、 新课引入
师：
通过上一节课的学习，我们知道了平抛运动。
下面一起回顾一下：
（1）、什么是平抛运动？
（2）、平抛运动的轨迹是什么？
（3）、平抛运动我们可分解成水平方向和竖直方向，它们各做什么运动？
（教师提问，学生回答，复习平抛运动的知识）
师：
为了用实验方法描绘出平抛运动轨迹，请同学们自主设计出实验方案。
（二）、新课教学
（1）、用以下器材设计一个或多个实验方案来得到平抛运动的轨迹：
斜面小槽、小钢球、粘了坐标纸的木板、铅笔、数码照相机、带水平喷嘴的瓶子（盛有水）、玻璃板、水彩笔
（2）、要求：
a、分组讨论
b、设计好后每组选个代表对本组设计方案进行介绍，其他同学进行评价或提出改进的建议。
（3）、通过教师引导，同学交流、讨论、谈话，可得出以下方案：
方案一：
让小球每次从斜槽上同一高度滑下，从末端水平抛出，用铅笔描出小球经过的位置，通过多次实验，在竖直的背景方格纸上记录了小球所经过的多个位置，用平滑曲线连接起来就能得到小球做平抛运动的轨迹。
方案二：
用水平喷出的水流来显示平抛运动的轨迹，在水流后面放置一块玻璃板，用彩笔描出身故刘的轨迹。
方案三：
让小球从斜槽上滑下，从末端水平抛出，用数码相机拍频闪照片。
用频闪照片记录了小球所经过的位置，连接起来就得到小球做平抛运动的轨迹。
（4）、学生分三组分别依据三个方案描绘平抛运动的轨迹。
（5）、每个小组选一位学生介绍本组实验过程中出现的问题，注意事项。
八、问题与研讨
学生可能还有其它方案，教师可以和学生一起进行分析、评价。
九、平抛运动实验数据处理方法
（一）．x、y轴都画出，坐标原点未画出的数据处理
例1.在研究平抛运动的实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长为
，若小球在平抛运动途中的几个位置如图6中的a、b、c、d所示，则小球平抛的初速度的计算式为
=_____（用L，g表示），其值为______（取g=9.8m/
）。
分析与解：
根据题意，仔细审查图中a、b、c、d四点的相对位置，发现相邻的两点间的水平距离均为2L，这里就隐含着“物体在相邻的两点间运动时间相等”的条件，设这相等时间为
，由于竖直方向是加速度为g的匀加速运动，由
可得
，再由水平方向是匀速运动得
，联立上述两式解得
。
（二）.y轴画出，x轴和坐标原点都未画出的数据处理
例2.某同学在做平抛物体运动的实验时，不慎未定好原点，只画了竖直线，而且只描出了平抛物体的后一部分轨迹，如图2所示。
依此图只用一把刻度尺，如何计算出平抛物体的初速度v0?
分析与解：
为了求出平抛物体的初速度，要画出三条等距（Δx）、平行于y轴的竖直线与轨迹交于A、B、C三点，如图3所示。
然后分别过A、B、C三点作三条水平直线，A、B两点竖直距离为y1,A、B两点竖直距离为y1,A、C两点竖直距离为y2,由
和
解得：
.
（三）.x轴画出，y轴和坐标原点都未画出的数据处理
例3.某同学做“研究平抛运动规律”的实验时，只在白纸上画出了与初速度v0平行的Ox轴，以及做平抛运动小球的一部分轨迹，忘了画坐标原点和Oy轴，如图4所示。
在这种情况下，若只用刻度尺，如何求得该小球的初速度v0？
（1）写出测量的主要步骤和需要测量的物理量，并在图上标出有关物理量的符号；
（2）用测得的物理量和有关常量，写出计算该小球初速度v0的表达式v0=.
分析与解：
（1）在该运动轨迹上取相邻的两个点间的水平距离相等的三个点A、B、C；测出相邻两个点间的水平距离x和相邻两个点间的竖直距离
（2）
（四）利用频闪照片进行数据处理
例4.如图6所示，是用闪光灯照相法摄的一个平抛小球的照片，照相机每隔相等时间曝光一次，拍照时，不能保持底片的上边缘是水平，请用合理的办法确定图中重力加速度方向（保留作图痕迹）。
若图距与实际距离之比为1：
10。
在这种情况下，若只用刻度尺，如何求得该小球的初速度v0和曝光时间间隔T？
（重力加速度g已知）
（1）写出测量的主要步骤和需要测量的物理量，并在图上标出有关物理量的符号；
（2）用测得的物理量和有关常量，写出计算该小球初速度v0的表达式v0=.
分析与解：
（1）把首末两点相连并且三等份，各等份点与对应顺序的照片上的点相连，即是重力加速度所在的直线，并标明方向.
（2）用刻度尺测出图中的Δx和y1、y2,则有:
解得,
《平抛运动》教学设计
【授课课题】平抛运动
【授课人】赵 娟
【教材分析】
平抛物体的运动是曲线运动一章的重点，是一种最基本、最重要的曲线运动，是运动的合成和分解知识的第一次应用，是理解和掌握其它曲线运动的基础。
平抛物体的运动是一种典型的匀变速曲线运动,它体现了处理复杂的曲线运动的基本方法——先分解成几个简单的直线运动——再进行合成,从而理解运动的独立性原理和叠加原理，并且会利用这种方法解决问题。
本节的内容较简单，得出结论也并不难，但是用运动的合成和分解分析问题的方法，是运动学中常用的一种重要的研究问题的方法，本节的重点是掌握平抛运动的研究方法，使学生学会用运动的分解和合成来研究复杂的曲线运动，并通过实验探索分析、归纳出其运动规律是本节的难点。
【学情分析】
认识平抛运动采用的是运动的合成与分解的方法，它是一种研究问题的方法，这种方法在“力的合成与分解”的学习中学生已有基础，因此，在教学中应让学生主动尝试应用这种方法来解决平抛物体运动规律这个新问题。
这一学习过程的经历，能激发学生探究未知问题的乐趣，领悟怎样将复杂的问题化为简单的问题，将未知问题化为已知问题。
让学生真正理解运动合成与分解这种方法的意义，理解为什么平抛运动可以分解成水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。
日常生活中平抛运动的现象也较多，通过与生产、生活的联系，可以使学生更深入了解这两种运动的规律。
【教学目标】
知识与技能：
（1）知道什么是抛体运动，知道什么是平抛运动；
（2）知道平抛运动的受力特点，会用运动的合成与分解方法分析平抛运动；
（3）掌握平抛运动的规律，会处理简单的问题。
过程与方法：
（1）通过举例、实验，完全由感性认识到理性认识，培养观察能力和分析能力。
（2）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。
利用已知的直线运动的规律来研究复杂的曲线运动，渗透物理学等效替代的思想；
情感态度与价值观：
（1）培养学生学习科学的兴趣及实事求是的科学态度。
（2）激发学生积极的学习兴趣和勇于探索的精神。
【教学重点】
平抛运动的特点、运动规律及用运动规律解答有关问题。
【教学难点】
能根据运动合成与分解的方法探究出平抛运动的一般规律。
【教学方法】
举例、分析推理、实验验证、总结归纳等
【教具】平抛竖落仪、平抛水平仪、小钢球、粉笔头、多媒体
十、教学后记
重点关注学生设计过程中遇到的问题和新颖之处，便于以后教学中借鉴。
一、教学设计说明：
1.教材处理。
本节教材是学生第一次利用运动的合成与分解知识解决实际问题的具体实例，是对运动合成与分解知识的深化、巩固和应用。
因此，应使学生能在教师的引导下，主动地获得知识——这既有利于调动学生的积极性，也有利于使学生获得成就感。
所以，本教案在设计时将平抛运动的性质、公式的推导、规律的得出都交给学生自主探究完成。
2.重视科学方法教育。
本节教材体现了研究自然规律的科学方法——数学推导和科学实验相结合的方法。
教材给我们从理论和实验两个方面提供了素材。
所以，做好演示实验是关键，通过实验，培养学生观察、分析、归纳能力，并结合探究实践中设计《用尺测量玩具手枪射出时的速度》，注重培养学生运用平抛运动规律解决问题的能力、实验设计能力和实践能力。
另一方面，进行物理科学研究方法的熏陶。
以研究平抛运动规律为中心而展开的本节课教学中，突出了一条研究物理科学方法的一般主线：
观察现象，初步分析 猜测 实验研究 总结规律 规律的运用。
使学生领会研究物理规律的一般方法，其重要性并不亚于具体物理知识的学习，为学生终身学习奠定了基础。
3.体现新课程的教育理念。
①从教学目标的三个维度来设计课堂教学并贯穿于整个课堂教学中，在探究实践中（研究性学习）将这一目标融为一体并得到具体检验；②重视科学探究质量的提高；③突出学科特点，最大限度地发挥实验在物理课堂教学中的重要作用（四个演示实验、一个模拟实验）；④优化教学手段，适度运用多媒体辅助手段，提高了课堂的教学效益。
二、设计方案：
[教学目标]
知道平抛运动的特点是初速度方向为水平，只在竖直方向受重力作用。
运动轨迹是抛物线。
理解平抛运动是匀变速曲线运动，其加速度为g。
理解平抛运动可以看作水平方向的匀速直线运动与竖直方向的自由落体运动的合运动，并且这两个运动并不互相影响。
会用平抛运动的规律解答有关问题。
[教学的重点与难点]
重点：
知道平抛运动是水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的合运动。
掌握平抛运动的规律及相关计算。
难点：
对平抛运动的两个分运动的理解。
[教学方法]
实验演示法、讲解法、讨论法、归纳法相结合。
[教学器具]
平抛运动演示仪、频闪照片课件、平抛竖落演示器（自制）。
[教学过程]
1.引入新课（复习旧知）
上节课我们学习了运动的合成与分解，知道了：
两个直线运动的合运动可以是曲线运动，一个曲线运动也可以分解为两个方向上的直线运动。
这节课我们要讨论的就是一种这样的运动。
[教师]先观察一个实验（展示课题，观察现象）。
[演示1]将一个小球沿水平方向抛出。
观察思考：
①小球的运动轨迹是直线还是曲线？
（学生：
曲线）
②小球抛出以后，若不考虑空气阻力，小球受力情况怎样？
（学生：
只受重力作用）
引导学生分析：
如无重力作用，则小球做水平匀速运动；如无初速，则小球做自由落体运动，根据运动的独立性原理，平抛物体同时参与这两个运动。
实验中小球的运动轨迹是曲线，这个曲线运动有什么特点和规律呢？
2.新课教学
（一）、平抛物体的运动
1.平抛运动：
水平抛出的物体只在重力作用下的运动。
形成平抛运动的条件：
①物体具有水平方向的初速度。
②物体在运动过程中只受重力。
[教师]为什么说平抛运动是一种曲线运动？
[学生]做平抛运动的物体所受的作用力（重力）的方向与速度的方向不在同一直线上，所以做曲线运动。
而且只受重力（恒力）作用，所以是匀变速曲线运动，其加速度为g。
2.平抛运动的运动性质：
是一种匀变速曲线运动，其加速度为g。
[教师]如何用现有的知识来处理解决这种曲线运动呢？
（科学猜测）
[学生]平抛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.平抛运动的分解（实验探究）
（1）理论分析：
水平方向：
初速度为v0，不受力 以初速度v0做匀速直线运动。
竖直方向：
初速度为零，只受重力 做自由落体运动。
这个分析对不对呢？
（2）实验验证：
[演示2]①平抛运动的竖直分运动是自由落体运动（实验装置如图1所示）。
图1 图2
其中一个球向水平方向抛出，做平抛运动；另一个球做自由落体运动。
听两个球第一次击地的声音是否同时发出？
现象：
两球同时落地。
实验表明：
平抛运动在竖直方向上是自由落体运动。
[演示3]②平抛运动的水平分运动是匀速直线运动（实验装置如图2所示）。
在平抛竖落演示器的两个斜槽上的电磁铁上各吸住一个小钢球A和B，切断电源后，A离开水平末端后做平抛运动，B进入水平轨道后匀速运动。
现象：
A、B两球同时到达演示器右下方的小杯中（听声音）。
[教师]由于两球运动时间较短，空气阻力和轨道对B 球的摩擦阻力不计，B球的运动可视为匀速运动。
A、B从释放到斜槽末端水平部分的高度差相同，故A球抛出时的水平初速度与B 球沿水平轨道运动速度相同，再由A、B运动时间相同，可推断平抛运动的水平分运动是匀速直线运动。
（3）计算机模拟频闪照片（课件）。
（平抛运动与自由落体运动、匀速直线运动对比）
分析频闪照片：
在竖直方向上，尽管两个小球在水平方向上的运动不同，但它们在竖直方向上的运动是相同的，都是自由落体运动，即经过相等的时间，落到相同的高度。
在水平方向上通过相等的时间前进的距离相同，即水平方向是匀速的。
并由此说明平抛运动的两个分运动是同时的，独立进行的，竖直方向的运动与水平方向的运动互不影响。
（4）实验结论：
平抛运动在竖直方向上是自由落体运动。
平抛运动在水平方向上是匀速直线运动。
所以，平抛运动是水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的合运动。
至此，知道了平抛运动的特点，那么我们能否进一步找到平抛运动的规律呢？
（二）、平抛运动的规律（得出规律）
[教师]知道了平抛运动的特点，如何求出平抛物体在任一时刻t的位置坐标x和y？
展示情景：
一个初速度为v0=20m/s做平抛运动的物体从抛出开始以后每经过1s时的情况，如下表所示。
试找出x与t以及y与t的关系。
t/s
1
2
3
4
…
x/m
20
40
60
80
…
y/m
5
20
45
80
…
取水平方向为x轴，正方向与初速度v0的方向相同；取竖直方向为y轴，正方向向下；取抛出点为坐标原点。
引导学生作出y—x图象（平抛物体运动的轨迹如图3所示），并通过实物投影仪展示学生作图的成果，交流评价。
图3 图4
1.位置坐标：
物体在任何时刻t的位置坐标可由下面的公式求出：
x=v0 t y= gt2
由图可知，平抛运动的轨迹是曲线；由x=v0t， y= gt2消去t，得：
y= x 。
可见，平抛运动的轨迹是抛物线。
[教师]对于这个曲线运动，又如何求出它在任意时刻的速度？
2.瞬时速度（由学生推导归纳得出）：
①速度的大小：
水平方向：
vx=v0
竖直方向：
vy=gt
t秒末的速度vt的大小：
vt= = 。
②速度的方向：
用vt与x轴的正方向的夹角表示：
tanθ= =
3.飞行时间：
由竖直方向分运动即自由落体运动决定，而与水平方向的分运动无关。
由y= gt2 得：
t= 。
（三）、例题精析
例1.如图5所示，在研究平抛运动时，小球A沿轨道滑下，离开轨道末端（末端水平）时撞开轻质接触式开关S；被电磁铁吸住的小球B同时自由下落。
改变整个装置的高度H做同样的实验，发现位于同一高度的A、B两球总是同时落地。
则该实验现象说明了A球在离开轨道后（ ）
A.水平方向的分运动是匀速直线运动
B.水平方向的分运动是匀加速直线运动
C.竖直方向的分运动是自由落体运动
D.竖直方向的分运动是匀速直线运动
图5 图6
分析：
略。
参考答案：
正确选项为（C）。
例2.一架老式飞机在高出地面0.81Km的高度，以250Km/h的速度水平飞行。
为了使飞机上投下的炸弹落在指定的目标上，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。
[教师]引导学生分析：
（1）炸弹的运动为平抛运动—初速度方向是水平方向，只受重力。
（2）炸弹为什么不能在目标正上方投放？
因为水平方向有速度。
（3）如何确定投弹地点与目标的水平距离—需要知道时间和水平速度。
（4）水平速度应为飞机速度——惯性。
（5）飞行时间如何确定——运动的独立性，竖直方向运动的时间与水平方向运动的时间相等。
解答过程：
略。
参考答案：
0.89Km。
随堂练习：
在490m的高空，以240m/s的速度水平飞行的轰炸机，追击一鱼雷艇，该艇正以25m/s的速度与飞机同方向行使。
飞机应在鱼雷艇后面多远处投下炸弹，才能击中该艇？
（参考答案：
2150m）
（四）、探究实践
用尺测量玩具手枪子弹射出时的速度。
根据平抛运动的知识，用尺可以简便地测出玩具手枪子弹射出时的速度。
请你设计出这个实验（画出示意图），说明实验原理以及需要测定的数据。
解析：
示意图如图6所示，让子弹从高度为h的地方水平射出，用尺量出子弹落地处到射出处的水平距离x和高度h。
如果子弹射出的速度是v，那么，
h= gt2 x=vt
由以上二式消去t,得到子弹射出的速度v：
v=x
作业：
书本练习三：
1—7。
一、教学内容和学情分析
教学内容
《平抛运动》是普通高中教科书《物理》第一册的第五章《曲线运动》中的第三节。
纵览整个教材结构，我们不难发现：
在前几章中，学生主要学习的是直线运动，在本章之后，安排的是曲线运动。
显然，本章在整个教材结构中承担了由“直线”向“曲线”过渡的任务，同时呢，作为本章最主要的一节，《平抛运动》所介绍的知识也是相当重要！
“平抛物体的运动”是一种最基本最重要的曲线运动，是运动的合成和分解知识的第一次实际应用，是理解和掌握其它曲线运动的基础。
在《普通高中物理课程标准》对本章内容中有两条涉及到本节内容。
其中的第1条：
“会运用运动的合成与分解的方法分析抛体运动”；第4条：
“关注抛体运动（和圆周运动）的规律与日常生活的联系”。
这两个条目要求学生在学完本节后能知道平抛运动的定义，会对其进行分析，掌握它的规律，并能联系生产与生活。
学情分析
在前面的学习中，学生已经掌握了“运动的合成与分解”的方法，知道可以用它对曲线运动进行研究。
而且，我的学生只是高中一年级，单纯的概念在他们看来很是枯燥，而游戏和实验却能引发他们极大的兴趣。
所以本节课就是要用游戏—实验—探究—游戏的方法来分析平抛运动。
在探究学习的过程中，激发学生探索未知的乐趣，真正理解合成与分解的意义，切实掌握平抛运动的规律。
二、总结三维目标、重点、难点
通过以上对课程标准、教材结构和学生已有知识储备的分析，我将本节课的三维目标及重点、难点总结如下：
1、知识与技能目标：
（1）能准确说出平抛运动的定义
（2）能够用分解的方法研究平抛运动，并总结规律。
（3）能够利用平抛运动的规律解决问题。
2、过程与方法目标
能熟练运用运动的合成与分解的方法解决问题。
3、情感、态度、价值观目标：
（1）培养学生探索未知知识的研究精神。
（2）增强学生将所学知识与实际生活联系的能力。
4、重点：
如何利用合成与分解的方法分析平抛运动并认识其规律。
5、难点：
理解为什么平抛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。
三、确定教学方法
为了达到以上的教学目标，解决本节的重点、难点，我计划在本节课使用如下教学方法：
在介绍概念时，采取从实例到抽象的方法。
在教授平抛运动的规律时，采用实验—探究—讨论的方法，引导学生利用已知知识分析实验。
因为本节课面向高一学生，他们对于实验还是很有兴趣的，用实验可以充分调动学生的思维。
在探究过程中，我还会向学生渗透利用运动的合成与分解研究问题的方法，使学生在亲身研究的过程中掌握方法，发现规律。
从而使教师的指导作用与学生学习主动性相统一，掌握知识与发展能力相统一。
有效教育是通过老师组织和学生参与来实现的，物理教育更是如此，所以根据本课教学特点，为了更好地掌握重点，突破难点，提高课堂效率，我将学生分为四大组，十二个小组，将本节课中的三大环节、问题的归纳与总结及涉及到的两次游戏都将以小组合作的形式来完成。
四、进行教学设计
以三维目标为方向，解决重点难点为核心，教学方法为基础，我对本节课的教学过程做了如下设计：
第一环节：
复习—提问，投弹游戏。
这一环节大约需要5分钟。
在本环节，我首先通过提问的方式复习两个知识：
运动的合成与分解的方法以及物体作直线运动和曲线运动的条件。
通过复习，让学生回忆本节课所需的基础知识，为接受新知识做好准备。
接着要求三个同学代表来玩飞机投弹游戏，通过此游戏，一方面激发的学生的兴趣，另一方面把学生的注意力会迅速的集中到本节课的核心问题上来，同时由于学生还没有掌握平抛运动的规律，命中率比较低，因此学生会带着强列的求知渴望来学习本节内容。
第二环节：
新课教学。
作为本节课的主要内容，这一环节大约需要30分钟。
第一部分，讲解平抛运动的概念。
我会引入以下事例：
网球被水平拍出后在空中的运动，弹弓水平发射弹丸，弹丸在空中的运动等。
并且提问：
它们的运动有什么共同点？
我会引导学生从受力与运动的关系得出平抛运动的概念、特点、条件和运动性质，培养学生从实例到抽象的思维能力。
第二部分，总结平抛运动的规律。
在这一部分，我会用平抛运动演示器做演示实验，同时，用数码相机对实验过程进行连拍。
实验结束后，用Photoshop将得到的数码相片合成，马上就能得到频闪照片，可以用投影仪投到屏幕上，展现给学生。
这就是全部演示过程。
在演示之前，我会提醒学生注意观察实验过程和频闪照片，演示之后，我会进一步指出，研究平抛运动的规律就是要确定该物体在任一时刻的位置和速度，以提问来引发学生进行思考和讨论。
问题1：
怎样研究平抛运动？
预测答案：
沿竖直方向
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