最新人教版高中物理必修2第五章《实验研究平抛运动》示范教案2.docx
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最新人教版高中物理必修2第五章《实验研究平抛运动》示范教案2
3 实验:
研究平抛运动
文本式教学设计
(一)
江苏省黄桥中学 叶大兵
教学概述
本节为高中新课程物理必修1和2五节探究课中的第五节,需要探究的内容多,方法较全面,结合了理论推理和实验证实两方面.是在学生学习了直线运动规律、牛顿运动规律和运动合成与分解之后的具体应用实例,也是这些知识的迁移和综合应用.
本节内容重点应落实在“探究”上而不是“规律”上,课堂教学过程以探究为主要线索.让学生体验掌握化曲为直、化繁为简处理曲线运动的基本方法.
探索规律总是从问题入手,建立模型、大胆猜想、实验验证、得出总结规律的过程.通过本节探究不仅掌握了处理平抛运动的方法,同时也是处理其他曲线运动和处理未知问题的一般思路和方法.
物理概念和物理规律的形成是由现象到本质的过程,对它们的理解和掌握不可能一蹴而就,怎样才能够让学生不是机械化的记住,而是真正理解其实质所在,将是这节课要突破的难点.因此采用实验探究的方法,让学生先通过理论分析和猜想,再通过设计实验方案和细致的实验及仔细的观察,采用对比平抛运动和自由落体运动找到平抛运动的竖直方向为自由落体运动.通过对运动轨迹分析,归纳得到平抛运动的水平方向为匀速运动.由于实验包含的规律往往隐藏在较深的层次,需要学生去挖掘,因此这一部分的自主探究活动可以让学生亲自感受到实验探究问题的过程,正是对学生观察、分析、归纳等各项综合素质和能力的培养.
自主探究以学生为主体,课堂探究教师要配合学生活动并给予指导,在描绘平抛运动轨迹时方法很多:
水平喷出恒定的水流、平抛演示仪演示、火花描迹仪、频闪照相、数码照相和数码摄像等,教师可以采用追问并予以指导使设计方案逐步完善.
教学目标
知识与技能
(1)研究和探索平抛运动及两个分运动的性质的过程.分解成哪两个方向的运动,两个方向怎样确定.
(2)引导学生探索如何用实验来验证平抛运动是由水平方向和竖直方向的两个分运动合成的.
过程与方法
(1)使学生掌握正确探究平抛运动、体验科学研究的方法.
(2)凡是合外力为恒力,且初速度与合外力垂直的运动,称为类平抛运动,都遵循与平抛运动相类似的规律.处理平抛运动的方法是解决曲线运动的一般方法.
情感、态度与价值观
(1)在物理教学过程中使学生相信科学、热爱科学.
(2)培养学生学习物理的兴趣及实事求是的科学态度.
(3)激发学生积极的学习兴趣和勇于探索的精神.
学习者特征分析
本节课的学习者特征分析主要是根据教师平时对学生的了解而做出的:
(1)学生为高一的孩子,好奇心强,具有较强的探究欲望.
(2)学生有过较多的小组合作经验.
(3)学生已经学过牛顿第二定律和牛顿第三定律.
教学策略的选择与设计
(1)探究引导策略:
探讨式学习;教师启发引导.
(2)自主合作探究式学习策略:
建立小组讨论、交流、合作的课堂氛围.
(3)情景创设策略:
运用生活中与教学内容相关的情景,设计问题,设计物理实验,组织教学内容,提出有启发性的引申问题,激发学生的学习兴趣,积极地参与到实验验证、实验猜想、探究规律的学习当中.
教学资源
(1)人教版新课标教材高中物理必修二.
(2)相关实验器材,如平抛与自由落体实验器材、数码相机、塑料瓶、直角弯管、直管道等.
(3)专门为本课设计的多媒体课件.
(4)多媒体网络教室.
教学过程
1.复习提问引入
A.到今天为止,我们掌握并会处理的运动形式有哪些?
匀速直线运动和匀变速直线运动.
B.要使物体做匀速直线运动或匀变速直线运动应具备什么条件?
初速度与合外力在同一条直线上.
C.如果物体运动过程中受到的合外力不为零且与速度方向不在同一条直线上,物体将做什么运动?
曲线运动.
D.如何处理曲线运动?
将复杂的运动分解为简单的运动来处理.
E.分运动与合运动具有什么特性?
等时性,分运动具有独立性,互不干扰.
引入新课
今天我们就用前面学习过的知识来处理一种具体的曲线运动.
2.问题驱动
问题:
在一次模拟救援活动中,水平飞行的飞机要将物资准确投放到A点,飞机应在何处投放?
先看大致位置在A点左侧.
为什么要在左侧投放呢?
让我们来看看被投放的物资在空中运动的轨迹.
模拟运动:
水平扔出粉笔头
大屏幕展示被空投的物资在空中的运动.
3.建立模型
提问:
它在空中运动的轨迹为什么是曲线?
引导学生注意曲线运动的条件.
提问:
被投放的物资在空中受到哪些力的作用?
重力和空气阻力.
物理学研究问题总是先简单后复杂,忽略次要因素,突出主要因素,对于空中运动的物资由于受空气阻力的影响较小,我们忽略不计.
物体具有水平初速度并只受到重力作用的这种运动称为平抛运动.
平抛运动的条件:
(1)物体具有水平方向的初速度;
(2)运动过程中只受重力作用.
在生产、生活中有很多运动可以看做平抛运动.引导学生利用已有日常生活知识寻找相似实例,感知学习目标.
教师利用大屏幕展示一些平抛运动的实例,创设情境,激发学生兴趣,让学生意识到研究平抛运动的必要性.
对于这样的曲线运动我们如何来处理?
我们总是根据已知去推未知,到今天为止我们学过匀速直线运动和匀变速直线运动,我们能不能把平抛运动简化为前面所学过的运动来处理?
4.大胆假设
启发学生根据题设条件大胆猜想平抛运动为:
曲线运动
引导学生猜想分解到什么方向比较容易处理.
平抛运动由于水平方向不受外力作用,竖直方向又只受重力作用.
水平方向:
匀速直线运动
竖直方向:
自由落体运动
(该部分内容根据学生的反应可以逐步引导)
5.实验探究
(1)定性比较
平抛运动看成水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动同时验证比较困难.能否分步验证?
怎样验证比较方便?
引导学生联想比较的方法:
实验一:
演示做平抛运动的小球与自由落体运动的小球同时落地.
介绍并演示实验,得到在同一高度做自由落体和平抛运动的小球同时落地.
思考:
它们在空中是否始终在同一高度?
如何去验证?
改变两个小球开始运动的高度和平抛的初速度,发现它们始终同时落地.
结论:
做平抛运动的小球和做自由落体运动的小球始终同时落地,即平抛运动竖直方向上可以看成是自由落体运动.
如何寻找平抛运动水平方向的运动是匀速直线运动的证据?
引导学生认识寻找平抛运动轨迹的必要性.
学生讨论得到平抛运动轨迹的方法.
总结学生得到的分析方法,介绍学生探究实验.
(2)定量探究
实验二:
学生实验,通过描迹法,描绘出平抛运动的轨迹.
根据学生提出方案介绍学生探究实验.
学生探究,寻找平抛运动轨迹.
通过学生描绘的平抛运动轨迹引导学生通过竖直方向上的分运动来寻找相等时间.
根据竖直方向做的是自由落体运动,由h=gt2/2,则在时间t、2t、3t内下落的高度分别为h、4h、9h,比较下落h、4h、9h时所对应的水平距离.如果水平方向做的是匀速运动,问它们之间满足什么关系?
[学生活动]研究平抛运动水平方向的分运动是不是匀速运动.
[提出问题]本实验要经过多次实验才能描绘出平抛运动轨迹,能不能寻找更简捷的方法来描绘平抛运动轨迹?
学生汇报实验结果。
例题分析
1射击运动员将箭水平正对靶心,箭离弦后能否射中靶心?
答案:
不能.
思考:
射击运动员正对了靶心,在箭离弦的同时靶开始下落,问箭能否射中靶心?
答案:
能.
6.解决问题
2一架飞机在h=2000m的高空以v=200m/s的速度水平飞行,为使飞机投放物资到地面上指定地点A,则飞机应在距指定地点多远的地方开始释放物体?
取g=10m/s2.
解答:
物资在水平方向做匀速直线运动
x=vt①
竖直方向物体做自由落体运动
h=
gt2②
由①②两式解得
x=4000m.
课后作业
思考:
如果物体被抛出时速度方向沿与水平方向成α角斜向上,我们可以怎么处理物体被抛出后的运动?
教学流程
总结与评价
本节课由于探究过程较多,与学生基础和动手能力有较大关联,完成难度比较大,教师要根据教学过程作适度调整.在教学过程中教师要把握好节奏,适时引导点拨,给学生充分发挥思想空间,学生提出的方案很多,教师可以根据学生的方案帮助学生完善实验设计方案.
文本式教学设计
(二)
浙江省镇海中学 戴满国 本教案获浙江省高中物理学科教学设计1级称高级教师
个人荣誉:
宁波市教坛新秀、宁波市镇海区名师(区政府授)
设计思想
1.设计思想:
本节课的教学力求贯彻新课程体验,采用探究式教学,引导学生通过实验探究形成对抛体运动的认识;让学生在获得知识的同时,体验科学探究过程,了解科学研究方法,激发探索自然的兴趣与热情,培养实验探究能力和交流协作能力.
2.理论依据:
探究教学理论、《物理课程标准》中的课程基本理念和科学探究及物理实验能力要求.
3.设计特色:
本节课是以实验设计和实验操作为主的探究教学,它改变了几个传统实验的教学功能.
教材分析
1.本节内容是通过实验探究平抛运动的规律,它既是前一节运动的合成与分解方法的具体实践应用,也是后一节抛体运动的规律得出的前提,更是学生自主设计、探索的好素材,在本章中有着重要的地位.
2.《课程标准》要求学生会用合成与分解的方法分析抛体运动;能分别以物体在水平方向和竖直方向的位移为横坐标和纵坐标,描绘做抛体运动的物体的轨迹.
《学科教学指导意见》要求学生知道平抛运动的受力特点;知道用实验方法得到平抛运动轨迹的方法;理解确定平抛运动在水平方向做匀速直线运动、竖直方向做自由落体运动所用的方法;知道水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的独立性和同时性;体会研究曲线运动的基本方法.
3.平抛运动知识在初中不曾出现过.
学情分析
1.通过前面的学习,学生已经知道了合运动、分运动以及运动的合成与分解所遵循的规律;知道了运动的合成与分解是处理曲线运动的基本方法;通过一个多学期的学习,学生已经具备了初步的实验设计能力和实验操作能力;已经能用数码相机来研究物体的运动.
2.学生可能遇到的困难:
设计不出验证平抛运动在竖直方向是自由落体运动的实验装置.
3.学生在学习中可能会采取的学习策略:
分组讨论,向教师寻求帮助,实验探索,总结反思等.
教学目标
知识与技能
(1)知道什么是平抛运动;
(2)知道平抛运动的受力特点;
(3)理解平抛运动在水平方向做匀速直线运动和在竖直方向做自由落体运动;
(4)知道用描点的方法得到平抛运动轨迹;
(5)会用数码相机来研究物体的运动;
(6)知道利用平抛运动轨迹来分析平抛运动规律的方法.
过程与方法
(1)通过设计验证抛体运动在水平方向做匀速直线运动和在竖直方向做自由落体运动的实验,培养学生的实验设计能力;
(2)通过对平抛轨迹的分析,培养学生数据分析与处理能力;
(3)经历实验探究过程,发现规律,让学生认识到科学探究的意义;
(4)通过分组实验培养学生的交流、合作能力.
情感、态度与价值观
(1)通过展示自然、生活和生产中平抛运动的例子,使学生认识到平抛运动的普遍性,同时认识到物理知识的社会价值;
(2)通过实验设计探究,培养学生的设计探究兴趣与热情;体验到探索自然规律的艰辛与喜悦;培养学生主动与他人合作的精神.
教学重点和教学难点
1.教学重点:
平抛运动在水平方向是匀速直线运动和在竖直方向是自由落体运动.
2.教学难点:
平抛运动在水平方向是匀速直线运动和在竖直方向是自由落体运动的实验探索过程.
教学方法和教学手段
1.教学方法:
运用物理“科学探究”教学模式实施教学.
2.教学手段:
实验、多媒体辅助.
课前准备
1.学生复习力的合成与分解知识.
2.教师准备好实验器材和多媒体课件.
3.教学环境:
多媒体实验室,将准备好的实验器材置于学生看不到的地方.
4.教学用具:
平抛运动和自由落体运动对比演示仪一套,平抛运动描轨迹演示仪、平抛运动水流演示仪和平抛运动数码拍摄仪器各四套;多媒体课件.
教学过程
1.结合生活、生产实际,引入新课
(1)通过视频、图片展示生活、生产中的抛体现象,展示抛体现象的普遍性.
视频:
飞机投弹,运动员推铅球.
图片:
农民抛秧苗.
(2)利用对比实验,结合物理学的研究方法,揭示平抛运动的特点.
[对比实验]用双手一起抛出的两个金属球运动情况基本相同;双手一起抛出一个金属球和一个松软的纸团,它们的运动情况差异很大.
[提出问题]造成两次实验差异的原因是什么?
即为什么第二次实验的纸团比金属球抛的距离近多了?
[分析原因]空气阻力对纸团的影响大.
[归纳总结]空气阻力使抛体运动变得复杂,根据从简单到复杂的原则,我们先研究最简单的情况:
将物体水平抛出,物体只在重力作用下的运动,即平抛运动.
2.运用“科学探究”教学模式,引导学生探究平抛运动规律
(1)分析讨论,确定研究方法
[师生对话]和直线运动相比,平抛运动显然要复杂得多,怎样才能将复杂的运动化简为简单的运动进行研究?
根据上一节的知识,可以将曲线运动分解为两个直线运动.那么如何来分解平抛运动比较好?
因为小球受的力在竖直方向,初速度又是在水平方向,所以将平抛运动分解到水平方向和竖直方向比较好.
(2)探究平抛运动在竖直方向的运动规律
[提出问题]如果将平抛运动视为水平方向的分运动和竖直方向的分运动的合运动,那么,平抛运动在竖直方向应是什么运动?
[分析猜想]竖直方向受重力作用,应是自由落体运动.
[实验论证]
引导性提问:
能否设计对比实验来验证猜想?
说明:
教师提出这个问题,是充分发挥教师的主导作用,引导研究方向,掌控教学进程,有利于课堂探究教学的顺利开展.
分析讨论:
让两个物体同时开始运动,一个做自由落体运动,一个做平抛运动,看它们是否同时着地;同时落地则证实猜想.
启发性问题:
实验的关键是要解决两物体同时开始做平抛运动和自由落体运动.能否利用如图所示弹性金属片,加上其他装置,实现一个动作同时控制两个小球的运动?
说明:
因为学生是首次碰到类似问题,要设计出两物体同时开始做平抛运动和自由落体运动是有难度的,所以要进行针对性强的引导,给定器材的实验设计方向明确,可以降低难度.
实验设计:
(学生提出、交流方案;集体讨论、修改完善,确定最佳设计;与现成仪器对比,借鉴优良设计.)
实验操作:
学生代表利用平抛运动和自由落体运动对比演示仪验证猜想,如右图所示.
生成性问题:
如何判断两个小球是否同时落地?
分析讨论:
①看;②利用数码相机拍频闪照片;③听.课堂上听的方式最简单易行,所以用听的方式.
实验操作:
一位同学演示,全体同学听.
[探究结论]平抛运动在竖直方向应是自由落体运动.
说明:
在验证平抛运动在竖直方向是自由落体运动的教学过程中,让学生参与仪器的设计探究过程,激发了学生实验探究的动机和创造性思维的火花,培养了学生的设计探究能力和创新能力.
(3)探究平抛运动在水平方向的运动规律
[提出问题]平抛运动在水平方向应是什么运动?
[分析猜想]水平方向不受力,应是匀速直线运动.
[实验验证]
①讨论研究方向:
可以通过对比实验或定量测量实验进行验证.
对比实验,即是让两个小球同时以相同的速度开始运动,一个做平抛运动,一个在水平面上做匀速直线运动,看相同的时间内,水平方向位移是否相等;相等则证实猜想.
定量测量实验,测出做平抛运动的物体在几段相等时间内的水平位移;依据水平位移是否相等来判断猜想是否正确.
生成问题:
实验中物体做平抛运动的时间很短,如何测时间和水平位移?
分析讨论:
要充分利用它在竖直方向是自由落体运动的特点,设法通过实验得到平抛运动的轨迹;在平抛运动的轨迹上利用自由落体规律找到每隔相等时间物体所达到的位置.测量出两相邻位置间的水平位移,看这些位移是否相等.
说明:
在讨论过程中教师通过提问方式引导教学进程,学生则通过思考、发表见解来发挥其主体作用.
②选择实验器材,设计实验方案
用幻灯片展出可供选择的实验器材:
Ⅰ.用以下器材设计一个对比实验:
两个完全相同的斜槽,一个规格相同的水平槽,两个小球,两个电磁铁(含导线和电源);
方案一
Ⅱ.用以下器材设计一个或多个实验来得到平抛运动的轨迹:
斜面小槽,小钢球,粘了方格纸的木板,铅笔,数码照相机,带水平喷嘴的瓶子,玻璃板.
实验设计:
给出足够的时间,分小组设计.
③交流设计方案:
设计同学介绍方案,其他同学进行质疑或提出改进建议.
方案一:
对比实验,将两个斜槽水平对齐,上下放置,如图所示,用电磁铁控制两个小球同时开始运动,它们以相同大小的速度同时离开斜槽,上面的小球做平抛运动,下面的小球在水平轨道上做匀速直线运动,若它们在水平轨道上相碰,则验证猜想.
方案二
方案三
方案二:
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.用频闪照片记录小球所经过的多个位置,连起来就得到小球做平抛运动的轨迹.
建议:
在平抛轨迹后方应加一个方格背景,如图所示.
方案三:
让水平喷出的细水流来显示平抛运动的轨迹,在水流后面竖直放置一块玻璃板,用彩笔描出水流的轨迹.
方案四:
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小球所经过的多个位置,连起来就得到小球做平抛运动的轨迹.如图所示.
方案四
说明:
给定仪器的目的是为了设计方向更加明确,降低难度;前三种方案是学生容易想到的,第四种方案受数码相机影响不易想到;因为方案四可以很好地培养学生的实验技能,所以可以由教师引导学生提出.学生可能还有其他方案,教师可以和学生一起进行分析评价.
④分组实验
将学生分成12组,每种方案都安排三个小组进行实验,拿出事先准备好的仪器,学生进行实验.实验主要器材如下.
说明:
教师事先准备好十二组实验,可以提高课堂效率.对于学生提出的新方案,可以安排学生课后进行操作.
⑤数据处理:
据轨迹如何确定时间?
如何判断水平方向是否是匀速运动?
在平抛运动的轨迹上,取纵坐标为h,4h,9h的点,由于竖直方向是自由落体运动,则从抛出点到这几点所用的时间应分别为t,2t,3t;如果水平方向是匀速运动,则从抛出点到这几点的水平位移应分别是x,2x,3x.如图所示.数码相机拍照的则直接根据频闪间隔相等确定时间.
⑥交流评价
每种方案请一个小组汇报实验情况,另外两个小组可进行补充.分析误差原因.
[探究结论]平抛运动在水平方向是匀速直线运动.
说明:
学生常出现的问题是背景板放置不够竖直;槽口末端没调水平;没有确定好抛出点;没有及时确定y轴等.实验操作前没有提醒学生,目的是增强学生的体验,培养学生的实验操作能力.出现失误的同学可以课后再做.
3.小结提高
在日常生活中观察现象发现问题,则用实验的方法进行研究,是物理学研究中常经历的过程.今天我们再一次体验从问题开始,经历假设猜想、设计论证方案、实验探索,到发现规律的过程.在这个过程中,我们不仅研究出了平抛物体的运动规律,而且我们体验到了对比实验的简便快捷,并再次运用“留迹法”将瞬间的运动化为永恒.
知识结构与板书设计
板书设计
3 实验:
研究平抛运动
一、抛体运动
1.抛体运动的定义 2.平抛运动
二、探究平抛运动的规律
1.竖直方向的运动规律2.水平方向的运动规律
探究问题:
竖直方向的运动规律是什么?
水平方向的运动规律是什么?
猜想假设:
竖直方向是自由落体运动.水平方向是匀速直线运动
实验验证:
方案:
对比实验对比实验和三种描轨迹方案
操作:
(小组实验)
数据分析:
听落地声音利用竖直方向是自由落体运动确定时间
探究结论:
竖直方向是自由落体运动水平方向是匀速直线运动
作业设计
1.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L=1.25cm,若小球在平抛运动途中的几个位置如图a、b、c、d所示,如果小球做的在竖直方向是自由落体运动,在水平方向做的是匀速直线运动;则小球做平抛运动的初速度的计算式为v0=______(用L、g表示),其值是______(取g=9.8m/s2).
本题的目的:
改变数据条件(抛出点未知)来培养学生的数据处理能力,深化学生对描轨迹法研究平抛运动的方法的理解.
2.某同学设计了一个研究平抛运动的实验.实验装置示意图如左下图所示,A是一块平面木板,在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽(左图中P0P0′、P1P1′……),槽间距离均为d.把覆盖复写纸的白纸铺贴在硬板B上.实验时依次将B板插入A板的各插槽中,每次让小球从斜轨的同一位置由静止释放.每打完一点后,把B板插入后一槽中并同时向纸面内侧平移距离d.实验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点,如右下图所示.
(1)实验前应对实验装置反复调节,直到______.每次让小球从同一位置由静止释放,是为了______________.
(2)每次将B板向内侧平移距离d,是为了______________.
(3)在右上图中绘出小球做平抛运动的轨迹.
本题的目的:
改变实验方法,深化学生对平抛运动的理解.
3.利用课后时间,每位同学到实验室至少再做一组实验.
本题的目的:
给学生充分的时间和空间来动手操作,培养学生的实验操作能力.
问题讨论
为了给学生充分的探究时间和空间,更好地突出学生的主体性,本节课是否能两节课连上?
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