5.3.1 实验：探究平抛运动的特点 教学设计-2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

5.3探究平抛运动的特点 一、教学目标： （一）物理观念 通过实验探究，理解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，建立平抛运动的运动模型。 （二）科学探究 1、经历“提出问题—猜想假设—设计方案—实验操作—数据分析—得出结论”的完整探究过程，知道探究过程的一般步骤。 2、掌握利用运动分解法研究复杂运动的思想，提升实验设计和操作能力。 （三）科学思维 通过对平抛运动的分解与合成，体会“化曲为直”“等效替代”的物理思想，培养抽象思维和逻辑推理能力。 （四）科学态度与责任 在实验探究中感受物理规律的客观性，激发对自然现象的探究兴趣，培养严谨求实的科学态度和合作交流的意识。 二、教学重难点： 重点：通过实验探究平抛运动在水平方向和竖直方向的运动特点。 难点：实验方案的设计与优化（如何保证小球做平抛运动、如何同时记录水平和竖直方向的运动信息）；“化曲为直”思想在探究中的应用。 三、 教学准备： 平抛运动实验器（含斜槽、小球）、刻度尺、方格纸、重垂线、复写纸、白纸、支架。数字化工具：传感器、多媒体课件（平抛运动频闪照相视频）。 四、教学方法 探究实验法 、多媒体演示法、提问法等 五、教学过程设计 （一）情境导入，提出问题 篮球比赛时，篮球比赛解说员说：”某运动员将篮球扔出，篮球在空中划出完美的抛物线，进球啦!” 以一定速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受重力的作用，这种运动叫做抛体运动。如果初速度是水平方向的，这样的抛体运动就是平抛运动。那么平抛运动是一个曲线运动，物体的速度、位移如何变化呢？ （二）猜想假设，设计方案 引导学生对做平抛运动的小球进行受力分析：小球只受重力（忽略空气阻力），重力方向竖直向下，水平方向不受力。根据牛顿第一定律，水平方向速度应保持不变；竖直方向受重力，应做初速度为0的加速运动。 提出猜想：平抛运动的水平分运动是匀速直线运动，竖直分运动是自由落体运动。 明确探究关键：需分别验证水平和竖直方向的运动性质。由于两个分运动同时发生，可通过“等效替代”“同时性对比”的方法设计实验。 分组讨论：结合课本给出两种实验思路，引导学生分析可行性： 方案一：利用频闪相机（或高速摄影）记录小球平抛运动的轨迹，获得水平方向和竖直方向的位移随时间变化的具体数据，通过分析，判断分运动性质。 回顾蜡块的运动的分析方法，要判断水平方向和竖直方向的分运动特点，首先引导学生要明确下列几个问题: 1、 如何建立平面直角坐标系？以哪个位置为坐标原点？X轴、y轴的方向如何？ 2、 在小球的平抛运动轨迹图上需要测量哪些物理量？依据这些数据根据什么原理哪个公式，验证你的猜想。 3、 如何设计合适的表格记录数据。 教师启发，最后根据学生讨论总结上述问题： 1、 通常选择平抛运动的起始点为坐标原点，即小球放置在斜槽末端，球心在竖直面上的投影点，水平抛出的方向为x轴方向，竖直向下为y轴方向，这时轨迹点的坐标值就是位移大小。但用频闪照相的照片，抛出点并不一定是第一个轨迹点，我们也可以找靠前的某一个轨迹点作坐标原点，建立直角坐标系。 2、 测量每一个轨迹点到坐标原点的水平距离和竖直距离。依据连续相邻相等时间间隔内，水平位移相等，水平方向做匀速直线运动。连续相等时间间隔内，竖直位移只差相等，竖直方向做匀加速直线运动。 轨迹点序号 1 2 3 4 5 6 7 8 水平位移/cm 竖直位移/cm 方案二：让一个小球做平抛运动，另一个小球同时从同一高度做自由落体运动（验证竖直方向）；再利用平抛运动实验器装置，多次让小球从斜槽同一位置滚下，等高度调节倾斜挡板，钢球落在倾斜挡板上，就会挤压复写纸，在白纸上留下印迹，依据印迹得相等时间内的水平位移，对比水平方向位移与时间的关系（验证水平方向）。 （三）学生实验探究：选择方案二进行实验探究，并验证猜想 实验一：验证平抛运动竖直方向为自由落体运动（双球对比实验） 1.实验装置：将平抛运动实验器的斜槽固定在支架上，斜槽末端保持水平（用重垂线校准）。在斜槽末端正下方放置一个“自由落体小球”释放装置，确保两球能同时释放。 2. 实验操作： 让小球A从斜槽某一固定位置由静止滚下，离开斜槽后做平抛运动；同时释放小球B，让其从斜槽末端同一高度做自由落体运动。 观察两球的落地情况，重复3次实验，记录现象。 改变小球A在斜槽上的滚下位置（改变平抛初速度），重复上述实验，观察两球是否仍同时落地，并记录现象。 3.现象记录与分析：两球始终同时落地，与小球A的平抛初速度无关。说明：平抛运动的竖直分运动与自由落体运动的运动规律相同，即竖直分运动为自由落体运动。 实验二：验证平抛运动水平方向为匀速直线运动（轨迹分析法） 1. 实验装置：平抛运动实验器 2. 实验操作： 让小球从斜槽某一固定位置由静止滚下，小球落在倾斜挡板闪，钢球挤压复写纸，在白纸上留下落点痕迹。 3. 等高度调节倾斜挡板，多次（至少3次）重复实验。 4. 以抛出点为坐标原点，竖直向下为y轴方向，水平向右为x轴方向，（抛出点即小球在斜槽末端时小球球心在白纸上的投影点）用刻度尺测量各痕迹点的坐标（x1,y1）、（x2,y2）、（x3,y3），记录数据。 5. 数据分析： ①x3-x2=x2-x1， 说明相等时间内水平方向通过的位移相同。 ②计算水平方向的速度 利用 计算下落时间 ，代入 得到水平速度 依次计算出V2、V3 在误差允许范围内，三个水平速度相等，判断水平方向运动性质。 4. 拓展：数字化实验辅助，利用传感器和计算机描绘物体的平抛运动轨迹 注：有能力的学校可以演示，没有设备的学校也可同学学生自主阅读讨论，了解利用传感器和计算机绘制平抛运动轨迹的原理。 物体A做平抛运动时，在它所在的竖直平面内向各个方向同时发射超声波脉冲和红外线脉冲，B上有两个为超声-红外接收装置B1和B2，与计算机相连，通过测出接收到两次接收到的信号时间差，得出B1和B2具有小球的距离，在B1和B2位置一定的情况下，相当于三角形B1B2A，两个顶点确定，三条边长确定的情况下确定另一个顶点A的位置，也就确定了A的坐标。计算机根据A的坐标，绘制运动轨迹图。 （4） 归纳总结，深化理解 各组汇报实验数据与现象，教师引导归纳： 竖直方向：双球同时落地，说明平抛运动竖直分运动与自由落体运动规律相同，即初速度为0的匀加速直线运动（自由落体运动）。 水平方向：轨迹分析中水平速度大小基本不变，说明平抛运动水平分运动是匀速直线运动。 得出最终结论：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，两个分运动独立进行、同时发生（独立性和等时性）。 （5） 巩固应用，拓展提升 例题：一飞机在某一固定高度匀速飞行，若飞机每隔一定时间投放一个炸弹（忽略空气阻力），则在落地之前，这些炸弹在空中是（ ） A. 竖直直线排列 B. 抛物线排列 C. 水平直线排列 D. 倾斜直线排列 解析：炸弹做平抛运动，水平方向与飞机速度相同，始终在飞机正下方，故竖直直线排列，答案选A。通过练习强化“水平分运动匀速”的结论。 （六）课堂小结与作业布置 完成实验报告，包括实验原理、步骤、数据记录与分析、结论。 六、板书设计 探究平抛运动的特点 1. 定义：水平初速度 + 只受重力（忽略空气阻力） 3. 验证： 竖直方向：双球对比实验 → 同时落地 → 自由落体运动 水平方向：轨迹分析法 → Δx相等/vₓ恒定 → 匀速直线运动 4. 结论：平抛运动 = 水平匀速直线运动 + 竖直自由落体运动（独立、等时） 学科网（北京）股份有限公司 $