5.4 探究抛体运动规律 教学设计 -2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

探究抛体运动规律 一、使用教材 2019 年新教材人教版高中物理必修第二册第五章第四节 二、实验器材 钢球发射枪、激光瞄准器、角度指示标尺、自由落体控制电路、电磁铁移动槽、斜抛射 程标尺 三、实验设计思路和创新点 教材上只提供了两种关于平抛运动规律的探究实验，探究内容不够全面，实验精确度稍 有欠缺，并且对斜抛运动没有设计实验进行探究，针对这一问题创新设计了“触碰开关”， 运用电磁同步技术，控制两小球同时开始运动，运用激光瞄准技术，提高实验的成功率，通 过发射小球 A 总能准确击中做自由落体运动小球 B，验证得出平抛运动在竖直方向上为自 由落体运动，操作简单、现象直观功能齐全，一个装置可以演示平抛、斜上抛、斜下抛运动 的规律，并能定量探究斜抛射程与仰角的关系，为学生对知识建构提供真实情境，为探究规 律的成立，提供事实与数据的佐证。 四、实验原理 （1）探究平抛运动规律：将角度标尺上的 0°线与面板上的基准线重合使发射枪水平并 用带耳螺母紧固，将电磁铁调整至与发射枪口在同一水平线上固定。在发射枪中装入小钢球 并将弹簧压缩固定，闭合开关，将另一小钢球吸附在电磁铁下。扳动压缩杆发射小钢球，电 磁铁下小球同时下落，可发现两球在运动过程中相撞。将弹簧压缩至不同程度或调整电磁铁 在水平方向的不同位置进行重复实验，两球均可在运动过程中发生碰撞，从而得出平抛运动 在竖直方向上为自由落体这一规律。用手机或其他录像设备将小钢球的运动过程记录下来并 进行分帧处理得到分帧照片，如图所示，从图像上可以直观地看出平抛小钢球与自由落体小 钢球始终处于同一高度，从而证明平抛运动在竖直方向上为自由落体运动。测量平抛小球相 邻位置的水平位移，可以发现在相同的时间内水平位移相等，从而证明平抛运动在水平方向 为匀速直线运动。 （2）探究斜抛运动的规律：调高电磁铁位置，装入小钢球压缩弹簧固定并闭合开关， 调整发射枪的仰角，用激光管瞄准自由落体小球后固定发射枪，扳动压缩杆释放弹簧，在运 动过程中可以发现两球发生碰撞。调整电磁铁高度进行重复实验，两球在运动过程中均可发 生碰撞，从而可以验证斜抛运动在原初速度方向为匀速直线运动，竖直方向为自由落体运动； 若将初速度分解为水平方向和竖直方向，则水平方向以初速度v0x = v0cos θ做匀速直线运 动，竖直方向有v0y = v0sin θ的初速度，同时还做自由落体运动，则竖直方向做竖直上抛 运动。用手机或其他录像设备将小钢球的运动过程记录下来并进行分帧处理得到分帧照片， 图片上相邻水平方向的间距相等，从而证明斜抛运动在水平方向为匀速直线运动，同时观察 录像分帧结果，可以看到斜抛运动小球竖直方向在相等时间内位移差相同，从而得到竖直方 向做竖直上抛运动。 （3）探究斜抛射程与仰角的关系：物体做斜上抛运动时，若初速度为v，初速度与水 v2sin 2θ 平方向的夹角（仰角）为θ，则射程x = g ，从式中可知，初速度相同时，仰角为 45° 时射程最远，两仰角互余时射程相等。将弹簧压缩到相同位置，分别以 30°、45°和 60°仰角 将小钢球发射出，用手机或其他录像设备记录下小球的运动过程，导出分帧照片，如图所示， 进行比较，从图像上可以看出，仰角为 30°时射程为 39.8cm，仰角为 60°时射程为 40.2cm， 在误差范围内两者几乎相等，仰角为 45°时射程为 46cm，水平射程最大，以上结果与理论 值相符。 30° 45° 60° 五、教学背景 （一）教材分析 《抛体运动规律》这节课既是运动和力、牛顿运动定律应用的延续，又是研究曲线运动 方法的具体应用，不仅涉及运动规律、牛顿运动定律、还涉及运动分析、受力分析和分解方 法，以及建立坐标系、解决问题的程序与规范等，具有很强的综合性。 （二）课标分析 课程标准指出：“科学探究，旨在将学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探 究过程转化，从学生被动接受知识向主动获取知识转化，从而培养学生的科学探究能力、实 事求是的科学态度和勇于创新的探究精神。”因此，引导学生运用已有的物理知识设计实验 去探究物理关系的成立就显得尤为重要。 （三）学情分析 （1）通过本章前四节的学习，学生已经初步掌握了应用运动的合成与分解知识研究曲线 运动，在前一节用实验探究平抛运动特点的基础上，进一步从理论的角度分析得出平抛运动 的规律，为一般抛体运动的研究和类平抛问题的求解奠定基础。 （2）高二学生已经具备一定的实验观察能力、分析能力和实验探究能力，在教学中自制 教具、增设实验将课本上的知识真正展现在学生眼前，让学生易于理解和接受，同时也能培 养学生的实验观察能力和科学探究能力，强调学生的成功体验。 六、实验教学目标 1、物理观念 明确抛体运动的受力特点，会用运动的合成与分解的方法对抛体运动进行理论分析。