人民教育出版社高中物理必修課二實(shí)驗(yàn)：平投擲運(yùn)動(dòng)研究
★教學(xué)目標(biāo)
(一)知識與技能
1.知道平拋運(yùn)動(dòng)可以分解為水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和垂直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)。
2、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這一結(jié)論，強(qiáng)化感官印象，加深對平投運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的理解。
3.能夠設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)獲得物體水平投擲運(yùn)動(dòng)的軌跡，并能夠研究水平投擲運(yùn)動(dòng)的軌跡并得出結(jié)論。
4.能夠通過研究水平拋擲物體的運(yùn)動(dòng)軌跡，計(jì)算出水平拋擲物體的初速度。
(二)流程與方法
1.通過實(shí)驗(yàn)過程的探索，掌握研究平投運(yùn)動(dòng)規(guī)律的方法。
2、通過自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探索的過程。
(3) 情感態(tài)度和價(jià)值觀
1、通過實(shí)驗(yàn)探索教學(xué)，有效地將理論與實(shí)踐結(jié)合起來，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和求知欲。 這樣，滲透著刻苦學(xué)習(xí)、艱苦奮斗精神的美德教育。
2、通過自己的設(shè)計(jì)和操作得出結(jié)論，增強(qiáng)學(xué)生的自信心和成就感，促進(jìn)學(xué)生更好的學(xué)習(xí)。
★教學(xué)重點(diǎn)
1. 如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。
2.如何處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
3.通過實(shí)驗(yàn)處理結(jié)果加深對平拋運(yùn)動(dòng)的理解
★教學(xué)難點(diǎn)
1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理困難。
★教學(xué)流程
老師：上節(jié)課我們通過理論研究了解到，平拋運(yùn)動(dòng)可以分解水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和垂直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)。 本課我們的學(xué)習(xí)目標(biāo)是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證我們通過理論分析得到的結(jié)論是否正確。
1.水平方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)則
師：首先我們來研究一下水平投擲運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 理論分析表明，水平投擲運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是勻速直線運(yùn)動(dòng)。 然后要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃來驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論。
學(xué)生思考、討論，5分鐘后，請每組代表發(fā)言。 一起討論。
師：根據(jù)這個(gè)想法，我這里有一個(gè)實(shí)驗(yàn)案例，供大家參考。 兩條相同的弧形軌道上分別裝有電磁鐵。 球分別被電磁鐵吸引，然后切斷電源。 兩個(gè)球同時(shí)開始移動(dòng)。
仔細(xì)了解了這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原理之后，大家可以告訴大家這個(gè)實(shí)驗(yàn)觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)該是什么嗎？
學(xué)生：觀察到的結(jié)果應(yīng)該是兩個(gè)球相撞。
盡可能帶領(lǐng)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證學(xué)生的猜想。
無條件引導(dǎo)學(xué)生觀看視頻動(dòng)畫。
（平拋與勻速直線運(yùn)動(dòng)對比）
[實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明]：平拋運(yùn)動(dòng)的水平運(yùn)動(dòng)方式為勻速直線運(yùn)動(dòng)。
2. 垂直方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)則
師：接下來我們研究一下平拋運(yùn)動(dòng)垂直方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 理論分析表明，平投運(yùn)動(dòng)的垂直運(yùn)動(dòng)規(guī)律是自由落體運(yùn)動(dòng)。 在這兩種情況下，要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃來驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論。
學(xué)生思考、討論，5分鐘后，請每組代表發(fā)言。 一起討論。
師：根據(jù)大家的想法，為了驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方向是能夠觀察到物體從一定高度H做水平投擲運(yùn)動(dòng)的垂直運(yùn)動(dòng)與物體的運(yùn)動(dòng)相同。一個(gè)物體從同一高度H自由落體。為此高中物理視頻，我們?nèi)蓚€(gè)物體，主要是兩個(gè)物體。 一個(gè)物體A從一定高度H自由落體，另一個(gè)物體B以一定速度運(yùn)動(dòng)。
從同一高度H開始，如果它們同時(shí)出發(fā)，按照理論上，結(jié)果應(yīng)該是它們沿同一垂直方向運(yùn)動(dòng)。 兩個(gè)物體AB在垂直方向上的相對位置保持不變。 運(yùn)動(dòng)過程中，兩個(gè)物體AB始終處于同一水平方向。 ，即垂直位置始終相同。
師：根據(jù)這個(gè)想法，我這里有一個(gè)實(shí)驗(yàn)案例，供大家參考。 用小錘子敲擊彈簧金屬片。 金屬片將A球向水平方向拋出，同時(shí)B球被釋放并自由下落。 兩個(gè)球 A 和 B 同時(shí)開始移動(dòng)。
仔細(xì)了解了這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原理之后，大家可以告訴大家這個(gè)實(shí)驗(yàn)觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)該是什么嗎？
學(xué)生：觀察到的結(jié)果應(yīng)該是兩個(gè)球同時(shí)落下，因?yàn)橛醚劬Σ蝗菀着袛唷巴瑫r(shí)”，但我們可以聽聲音。 如果是一種聲音，那就說明他們是同時(shí)落地的。
盡可能帶領(lǐng)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證學(xué)生的猜想。
無條件引導(dǎo)學(xué)生觀看視頻文件：平拋垂直方向的運(yùn)動(dòng)； 觀看動(dòng)畫：綜合觀看平拋和自由落體動(dòng)畫：平拋物體的運(yùn)動(dòng)
【實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示】：水平投擲運(yùn)動(dòng)、垂直運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)。
3.通過實(shí)驗(yàn)獲得平拋運(yùn)動(dòng)軌跡
師：剛才的演示實(shí)驗(yàn)中，我們都做了定性的觀察。 如果我們想要定量地研究水平投擲運(yùn)動(dòng)，首先必須嘗試描述物體水平投擲運(yùn)動(dòng)的軌跡。
師：為了獲得平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，我提供了幾種方法供學(xué)生選擇。
方法一：利用水流研究平面拋物面的運(yùn)動(dòng)
如圖所示，一個(gè)倒置的飲料瓶裝滿了水，兩根兩端開口的細(xì)管插入軟木塞中。 其中一根水平彎曲，水平端連接一根較細(xì)的硬管作為噴嘴。 水從噴嘴噴出，在空中形成彎曲的細(xì)水柱，呈現(xiàn)出平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。 試著在后面的紙上描一下高中物理視頻，就可以分析了。
瓶中插入的另一根細(xì)管的作用是使從噴嘴噴出的水的速度保持恒定，使其不隨著瓶內(nèi)水位的下降而降低。 這是因?yàn)楣茏拥纳隙伺c空氣相連，A處水的壓力始終等于大氣壓，不受瓶內(nèi)水面高度的影響。 因此，在水面下降到A點(diǎn)之前，可以在很長一段時(shí)間內(nèi)獲得穩(wěn)定的細(xì)水柱。
方法二：用數(shù)碼相機(jī)或數(shù)碼攝像機(jī)記錄平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡
大多數(shù)數(shù)碼相機(jī)都具有視頻功能，每秒拍攝約 15 幀照片。 您可以使用它連續(xù)拍攝幾張小球從水平桌子上飛出并進(jìn)行平面拋擲的照片。 如果以數(shù)學(xué)課上畫函數(shù)圖像的網(wǎng)格黑板為背景，就可以根據(jù)照片中球的位置，在方格紙上畫出球的軌跡。
方法三：斜面、小槽、小球等實(shí)驗(yàn)儀器（實(shí)驗(yàn)室最常用的方法）
實(shí)驗(yàn)圖如下：
1、將平投運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)器放置在桌子上，安裝平投軌道，使軌道的彈射端處于水平位置。 調(diào)整調(diào)平螺釘，觀察垂直線或氣泡水平儀，使面板處于垂直平面，鎖緊定位板。
2、用一張復(fù)印紙或打字蠟紙將描圖紙背面貼緊記錄面板，用壓板將其固定在面板上，使橫坐標(biāo)x軸為水平方向，縱坐標(biāo)y軸垂直向下（如果使用白紙，可以用鉛筆預(yù)先在紙上畫出x、y坐標(biāo)軸，確保坐標(biāo)原點(diǎn)在平面拋物面（鋼球）的質(zhì)心（即球心）離開軌道。
3. 將卡住擋板拉至頂部位置。
4、將定位板固定在一定位置。 鋼球靠近定位板釋放。 球沿著軌道向下運(yùn)動(dòng)，并以一定的初速度從軌道的直線部分水平拋出。
5.落下的鋼球撞擊向面板傾斜的捕捉擋板，并在面板上留下印記。
6. 將擋片再次向下拉一格，重復(fù)上述操作方法，創(chuàng)建第二個(gè)壓印點(diǎn)。 繼續(xù)向下拉捕捉擋板，直至其到達(dá)最低點(diǎn)，當(dāng)平拋的鋼球落下時(shí)，你會(huì)看到一系列圖案。 跟蹤點(diǎn)。
7、改變定位板的位置，可以改變平拋鋼球的初速度。 根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)操作方法，可以產(chǎn)生另一系列的跡線點(diǎn)。
8、取下記錄紙，將每次實(shí)驗(yàn)記錄的點(diǎn)用平滑的曲線連接起來，得到不同初速度下水平投擲運(yùn)動(dòng)的軌跡圖。 如圖所示。
實(shí)驗(yàn)筆記：
(1)必須保證記錄板處于垂直平面，使平拋軌跡平面緊貼板面。
(2)調(diào)整滑槽末端的水平，使球飛出時(shí)的速度處于水平方向。 你可以將球放置在這里并進(jìn)行調(diào)整，使球不會(huì)左右滾動(dòng)。
(3)在粘貼方格紙時(shí)，可以用權(quán)重線來幫助完成這個(gè)過程，使權(quán)重線與方格紙上的一條線重合，那么這條線就是縱坐標(biāo)。
(4) 坐標(biāo)原點(diǎn)為溜槽末端球中心的位置。
(5) 每次從同一高度釋放球，無初速度。
（6）選擇軌跡上遠(yuǎn)離原點(diǎn)的點(diǎn)測量x、y值可以減少誤差。 追蹤點(diǎn)時(shí)，您的視線應(yīng)與所追蹤的點(diǎn)處于同一水平線上。
觀看實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫：研究平投的運(yùn)動(dòng)
實(shí)驗(yàn)3改進(jìn)版
在“研究平面拋物線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，為了確定不同時(shí)刻小球經(jīng)過的位置，實(shí)驗(yàn)時(shí)使用了如右圖所示的裝置。 將一塊平坦的木板釘在碳紙和白紙上，垂直豎立起來。 在槽前面的某個(gè)地方，讓球從滑槽滑落到擋板上。 球擊中棋盤并留下標(biāo)記 A； 將板向后移動(dòng) x 距離，然后讓球從滑槽滑落。 它從擋板旁邊的靜止位置滑落，球擊中板子，留下標(biāo)記 B； 將電路板向后移動(dòng)一段距離，得到跡線 C。 這也可以用于獲取軌跡。
師：改進(jìn)后的版本與原來的版本有什么不同？
學(xué)生：用于繪制軌跡的點(diǎn)的水平距離相等。 根據(jù)平投運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，相鄰兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔應(yīng)相同。
4.平拋運(yùn)動(dòng)軌跡研究
師：通過實(shí)驗(yàn)，我們已經(jīng)有了幾條平投運(yùn)動(dòng)的軌跡。 根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，是否可以得出平拋運(yùn)動(dòng)水平方向勻速、垂直方向自由落體的結(jié)論？ 如何判斷？
5.計(jì)算平拋運(yùn)動(dòng)的初速度
師：如何根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡計(jì)算出平拋運(yùn)動(dòng)的初速度？
學(xué)生：根據(jù)公式
例1、平面拋物線物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以概括為兩點(diǎn)：一是水平方向勻速直線運(yùn)動(dòng)；二是水平方向勻速直線運(yùn)動(dòng)。 另一種是垂直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)。 為了研究平面拋物線物體的運(yùn)動(dòng)，可以做這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：如圖所示，用小錘敲擊彈性金屬片，A球會(huì)水平飛出，而B球會(huì)被釋放并自由落體。 兩個(gè)球同時(shí)落地。 那么這個(gè)實(shí)驗(yàn)()
A.它只能解釋上述規(guī)則中的第一條。
B.它只能解釋上述規(guī)則中的第二條。
C．以上規(guī)則均無法解釋
D． 它可以同時(shí)解釋上述兩個(gè)定律。
【解析】：本題考驗(yàn)的是對平投動(dòng)作及其子動(dòng)作的理解，也考驗(yàn)的是探究問題的思維能力。 實(shí)驗(yàn)中，A球被平拋，B球自由落體。 如果兩個(gè)球同時(shí)落地，則說明球A的平面運(yùn)動(dòng)的垂直分量與球B的垂直分量相同，但并不意味著球A的運(yùn)動(dòng)的水平分量是勻速直線運(yùn)動(dòng)。 所以選項(xiàng)B是正確的。 A、C、D均錯(cuò)誤。 因此，本題選擇B選項(xiàng)。
例3：如圖所示，是通過頻閃攝影得到的扁球照片。 相機(jī)以相等的間隔曝光。 拍照時(shí)，膠片的上邊緣不能保持水平。 請使用合理的方法來確定圖片。 重力加速度的方向（保留繪圖軌跡）。 如果圖像距離與實(shí)際距離的比例為1：10。 這種情況下，如果只用尺度，如何求出球的初速度v0和暴露時(shí)間間隔T呢？ （重力加速度g已知）
(1)寫出測量的主要步驟和需要測量的物理量，并在圖上標(biāo)出相關(guān)物理量的符號；
(2) 利用測得的物理量和相關(guān)常數(shù)，寫出表達(dá)式 v0= 。 計(jì)算小球的初速度v0。
