5.3 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

该高中物理教学设计聚焦“探究平抛运动的特点”，通过小球自由下落与水平抛出的对比演示及喷水短视频导入，衔接曲线运动判定、运动合成与分解知识，为平抛定量计算搭建实验支撑。 以分组实验为核心，通过斜槽装置校准、轨迹采集及坐标数据定量分析，落实科学探究与科学思维，结合生活实例培养科学态度，为教师提供规范实验流程，帮助学生建立平抛分解观念和提升实验能力。

教学设计 课程名称 实验：探究平抛运动的特点 选用教材 高中物理人教版必修二 教学章节 第五章第三节 授课对象 高一学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本节课是运动合成与分解规律的落地分组实验，教材以水平抛出小球为探究载体，遵循 “平抛现象识别→实验方案设计→轨迹采集→分运动分析→规律归纳” 编排逻辑；先界定平抛运动定义：初速度水平、只受重力的曲线运动；提供描点法、频闪照相两种课本实验采集方案，引导学生建立直角坐标系拆分平抛运动为水平匀速直线运动、竖直自由落体运动；依托轨迹坐标数据验证两分运动独立、等时，落实运动合成分解三大特性；通过坐标定量计算推导水平x=v0​t、竖直y=​gt2/2分运动公式，为下一节平抛定量计算搭建实验事实支撑，是曲线运动 “化曲为直” 分解思想核心探究实验。 二、学情分析 知识基础：学生已学习曲线运动判定、运动的合成与分解三大特性（独立性、等时性、矢量性），掌握匀速直线、自由落体完整公式，会用平行四边形定则处理矢量；但无法自主预判平抛两分运动运动性质，缺少曲线正交分解实操经验，不清楚采集平抛轨迹的规范操作，容易混淆竖直分运动与普通下落运动的规律。 能力基础：学生具备基础分组实验、纸带 / 描点数据读取能力，但自主设计完整平抛探究实验方案能力薄弱；不会在轨迹图建立坐标系、拆分横纵坐标数据；难以通过多组坐标定量验证水平匀速、竖直匀变速，图像数据归纳论证能力不足。 思维基础：高一学生仍习惯于单一直线运动思维，无法主动将曲线平抛拆分为两个独立直线分运动；直观认为平抛速度不断增大是水平力作用，忽略仅重力受力条件；处理轨迹离散点时，缺少利用坐标定量推理数理思维。 三、教学目标 1. 物理观念 明确平抛运动定义（水平初速度、仅受重力）；牢固建立平抛正交分解观念：水平匀速直线运动、竖直自由落体运动，两分运动相互独立、运动时间完全相等，完善曲线运动 “化曲为直” 的运动观念。 2. 科学思维 依托平抛轨迹坐标数据，运用正交分解、等效转化思维把曲线拆分为两个简单直线运动；通过描点坐标定量推理分运动规律，形成 “实验采集 — 图像分析 — 规律验证” 完整物理推理思维。 3. 科学探究 能规范使用斜槽小球、白纸复写纸整套实验器材，完整完成平抛轨迹描点采集；自主建立直角坐标系读取横纵坐标，分组计算、对比多组 x、y 数据，验证两分运动运动性质；能说出频闪照相替代实验方案，具备完整力学分组实验探究素养。 4. 科学态度与责任 能利用平抛规律解释投掷、水利泄洪、炮弹发射等生产生活场景；实验中规范操作、如实记录轨迹点，不篡改实验数据，依托客观轨迹推导规律，体会平抛实验是弹道工程、航空测算基础，树立物理实验服务工程的责任意识。 四、教学重难点 重点： 平抛运动完整实验操作、轨迹描点采集；  平抛正交分解：水平匀速、竖直自由落体； 利用轨迹坐标验证两分运动规律。 难点： 斜槽末端水平校准、保证小球平抛初速度水平； 从离散轨迹点定量推导水平匀速、竖直匀变速规律。 五、教学方法  情境演示导入法：水枪、小球平抛演示引出探究课题；  问题链探究法：分层设问设计实验、拆分分运动；  分组实操实验法：全班分组斜槽描点采集轨迹；  作图分析法：轨迹坐标系描点、坐标数据计算；  对比分析法：水平、竖直坐标数据对比验证分运动；  归纳总结法：整合实验操作、平抛两大分运动规律；  拓展类比法：频闪照相替代实验方案拓展讲解。 六、教学资源 多媒体白板、小球斜槽平抛成套分组器材（斜槽、小球、木板、白纸、复写纸、重锤线）、直尺、铅笔、坐标草稿、课堂数据记录表 八、教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 情境对比，定义平抛，提出探究任务  对照课本配图实物演示，分两次操作：第一次手持小球从同一高度静止自由下落；第二次将小球从桌面水平抛出，同时播放课本配套水平喷水短视频。向全体学生分层递进设问：两次小球运动的初速度方向有什么不同？运动过程中受到哪些主要作用力？预留 1 分钟，让学生结合课本段落独立思考，随机点名 2 名学生作答。  结合学生回答，对照课本原文板书平抛运动标准定义：将物体以水平初速度抛出，忽略空气阻力，物体只在重力作用下的曲线运动称为平抛运动。同步用红笔标注两大必备条件，逐条解读：①初速度沿水平方向；②运动过程仅受重力，无水平推力。  抛出课本核心探究问题：平抛是曲线运动，按照上一节运动合成与分解的知识，我们能否把复杂曲线拆分为两个简单直线运动？水平、竖直两个方向的分运动分别是什么运动？明确本节课分组实验两大核心探究任务：第一，规范采集小球平抛完整轨迹；第二，利用轨迹坐标推导两分运动规律。  指导全体学生翻开教材第五章第三节，通读实验完整流程，用笔勾画出实验器材、操作关键句，给学生 2 分钟自主阅读熟悉课本实验步骤。 仔细观察两次小球对比演示与喷水视频，结合课本文字区分平抛、自由下落的初速度差异，主动举手回答教师设问。 在笔记本完整抄写平抛定义，红笔标记两大核心条件，区分平抛与斜抛、自由下落的不同。 通读课本实验完整内容，勾画器材、关键操作语句，带着分运动探究疑问进入实验学习环节。 研读教材，示范实验装置与标准操作  组织学生合上课本，多媒体投屏平抛实验装置示意图 图片完整复刻教材配图，标注弧形斜槽、钢球、竖直木板、白纸、复写纸、重锤线、可调垫片七大器材。教师逐一对图讲解每一件器材的作用，同步提问：斜槽末端垫片的作用是什么？重锤线用来确定哪个方向？随机抽查学生课本预习效果。  严格按照教材原文，分步完整示范整套实验组装与校准操作，每一步同步口述课本操作要求，细化每一处易错管控： ①组装固定：将斜槽底座放置平稳，木板竖直贴合斜槽出口一侧，白纸平铺固定在木板上，复写纸覆盖白纸上层； ② 核心校准操作（课本重点要求）：将钢小球轻放在斜槽末端槽口，若小球保持静止、不滚动，代表槽口完全水平；若小球左右滑动，微调底部垫片，反复测试至水平状态，向学生强调：槽口不水平，初速度存在竖直分量，实验轨迹全部失真； ③ 释放规范：在斜槽内侧标记固定释放点，告知学生每一次实验小球都必须从标记位置由静止释放，禁止手推小球，保证每次平抛初速度大小完全相等； ④ 轨迹采集：小球滚出槽口撞击复写纸，在下方白纸留下撞击点，多次释放，采集 8-10 个分散、清晰的轨迹点，禁止重复撞击同一位置。  预判课本标注的两类实验误差，分层设问引导学生思考：如果释放高度每次不统一、斜槽末端倾斜，会分别产生什么实验误差？收集学生回答后，统一在黑板书写误差规避方法。  明确 4 人小组标准化分工，贴合分组实验课堂管理：1 人负责装置校准与垫片调节；1 人固定白纸、复写纸；1 人统一释放小球；1 人观察并记录轨迹点分布情况，要求小组提前协商分工，避免操作混乱。  对照投屏教材装置示意图，逐一识别全部实验器材，记录垫片、重锤线的校准用途，回答教师预习抽查问题。  全程紧盯教师示范操作，逐条记录课本标准操作步骤，重点标记 “槽口水平、同一高度静止释放” 两大核心操作，在草稿纸上简单绘制装置简图。  独立思考装置倾斜、释放高度不一致带来的轨迹误差，小组内简单交流规避办法，协商本组实验分工。 分组实操，采集完整平抛轨迹 安排各小组依次领取全套实验器材，巡回全班逐组跟进指导，全程对照课本操作标准纠正错误操作，细化巡回指导内容： ① 发现槽口小球滚动、未调水平的小组，现场示范垫片微调方法，等待小组校准合格后再进行轨迹采集； ② 巡视过程提醒学生释放小球时手部不施加推力，自然静止滑落，保证初速度统一； ③ 督促各组均匀采集轨迹点，避免集中在同一小段，保证轨迹完整覆盖白纸； ④ 提醒学生轻拿轻放钢球，防止复写纸移位，一旦纸张滑动，需重新采集全部轨迹点。 小组采集完成轨迹点后，指导学生取下白纸，拿出重锤线竖直悬挂贴合白纸，沿重锤线画出竖直虚线（y 轴）；以小球静止在槽口时的球心位置为坐标原点，过原点作水平直线（x 轴），建立平面直角坐标系。 多媒体投屏平抛轨迹坐标分析图 复刻教材标准轨迹坐标图，图中标注原点 O、水平 x 轴、竖直 y 轴、各离散轨迹点及对应坐标 (x₁,y₁)(x₂,y₂)。教师对照图片讲解坐标读取方法：用直尺水平、垂直分别测量每个点到坐标轴的距离，如实记录在课本配套数据表格中。 预留 3 分钟，允许小组内部核对坐标读数，对读数偏差较大的小组，示范直尺对齐坐标轴的标准读数方式，减小人为测量误差。 小组分工配合组装、校准整套平抛装置，反复调试垫片至槽口水平，严格从标记位置静止释放小球，均匀采集 8 个以上清晰轨迹点。 取下实验白纸，利用重锤线画出竖直 y 轴，确定小球球心原点，绘制水平 x 轴，对照投屏教材坐标图规范标注坐标轴。 使用直尺精准测量每个轨迹点的横、纵坐标，如实填写实验数据记录表，小组互相核对读数，修正测量偏差。 依托坐标数据，推导分运动规律 结合教材数据分析思路，设置三层递进探究问题链，引导学生处理坐标数据，全程贴合课本推导逻辑： 问题 1：依次读取相邻轨迹点的水平位移 Δx，对比多组 Δx 数值，数值近似相等说明水平方向速度有什么特点？ 问题 2：计算相邻两点竖直位移差值 Δy，观察差值近似恒定，结合匀变速直线运动推论 Δy=gt²，判断竖直方向是什么运动？ 问题 3：水平、竖直两个分运动互不干扰，完成同一平抛全程所用时间是否相等？ 待小组交流讨论结束，带领全班统一归纳课本标准实验结论，完整板书：平抛运动正交分解，水平方向匀速直线运动x=v0​t；竖直方向自由落体运动y=​gt2/2；两分运动相互独立、运动时间相等。 拓展课本拓展内容，投屏教材频闪照相实验原图，向学生讲解第二种探究方案：利用频闪相机等时间间隔拍摄小球轨迹，无需手动描迹，轨迹坐标规律与描点实验完全一致，对比两种实验方案的优缺点，补充在笔记拓展区域。 发放课本改编随堂计算题：已知轨迹两组坐标，计算平抛初速度，限时 3 分钟独立完成，巡视收集典型坐标读数、计算错误，投屏统一对照课本解题格式集体订正。  小组共同对比各组水平位移数值，计算竖直位移差值，依次回答三层探究问题，自主推导两分运动运动性质。  完整记录课本实验结论，抄写水平、竖直分运动公式，区分两个分运动的运动学特点。  阅读教材频闪照相拓展内容，对比两种实验方案的优劣，独立完成初速度计算题，对照讲评修正计算、读数错误。 课堂梳理，布置分层课后任务 带领全体学生对照课本目录，完整梳理本节课实验探究完整逻辑链条：平抛定义→实验装置校准与轨迹采集→坐标系建立、坐标测量→数据定量分析→两分运动实验结论，黑板同步简易思维导图，标记槽口水平、坐标读数两大高频易错点。 分层布置贴合教材课后学习任务： 基础任务：完善本节课实验报告，整理本组轨迹图与全部坐标数据，抄写实验完整结论； 拓展任务：观察生活篮球投篮、水枪喷水平抛场景，结合两分运动规律书面解释运动轨迹弯曲原因，下节课课堂分享。  跟随教师梳理完整实验探究流程，补充完善课堂实验笔记，重点标记操作、读数易错点。  记录分层课后任务，规划实验报告整理、生活平抛现象观察思路。 九、板书设计 十、课程思政 本节课完整复刻教材标准分组探究实验，要求学生严格依照课本规范校准器材、如实记录轨迹坐标，不篡改、美化实验数据，培养尊重客观实验证据、严谨求真的科学探究品格；平抛运动规律广泛应用于体育投掷、水利工程、弹道测算、航天抛体等工程领域，让学生感受基础物理实验是国防、民生工程的理论根基；通过化曲为直的分解探究过程，引导学生学会拆解复杂问题，树立利用物理实验、物理规律解决现实工程问题的责任意识。 十一、教学反思和修改 1. 教学反思： 本节课严格依托课本实验步骤开展分组实操，通过两套教材示意图辅助学生理解装置与坐标分析，完整推导出平抛两分运动规律，但课堂装置校准环节耗时偏长，压缩数据定量分析与计算训练时间；部分学生直尺坐标读数不规范，数值误差较大；课本频闪照相拓展内容讲解时间不足，学生对两种实验方案对比理解浅显；缺少多组坐标综合计算训练，学困生定量推导能力薄弱。 2. 修改措施： 课前预先微调各组斜槽垫片，大幅节约课堂校准时长；增加直尺规范读数专项示范；延长频闪照相图像对比讲解时间；补充多组梯度坐标计算题作为课后配套练习，强化定量数据推导能力。 学科网（北京）股份有限公司 $