2019-2020年高一物理第六章曲线运动教案 必修2.doc

2019-2020年高一物理第六章曲线运动教案 必修2到目前为止，我们只研究了物体沿着一条直线的运动，还没有涉及运动方向的改变。实际上，在自然界和技术中，曲线运动随处可见。水平抛出的物体，在落到地面的过程中沿曲线运动；地球绕太阳公转，轨迹接近圆，也是曲线运动。抛出的物体、公转中的地球，它们的运动都是曲线运动（curvilinear motion）从现在开始，我们将把目光转向抛体运动、圆周运动，以及更一般的曲线运动问题，从中你会看到，在研究直线运动时用过的方法，原则上同样可以用来处理曲线运动。通过本章和下一章的学习，你会惊讶的发现：地球上的运动和天体的运动原来遵从同样的科学规律。6.1 曲线运动教学目标1知识与技能l. 知道曲线运动中速度的方向，理解曲线运动是一种变速运动2知道物体做曲线运动的条件是所受的合外力与它的速度方向不在一条直线上2过程与方法 1体验曲线运动与直线运动的区别 2体验曲线运动是变速运动及它的建度方向的变化3情感、态度与价值观 1能领略曲线运动的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲 2有参与科技活动的热情，将物理知识应用于生活和生产实践中教学重点 1什么是曲线运动 2物体做曲线运动的方向的确定 3物体做曲线运动的条件教学难点：物体微曲线运动的条件教具准备：斜面、小钢球、小木球、条形磁铁教学活动新课导入 师：前面我们学习过了各种直线运动，包括匀速直线运动、匀变速直线运动、自由落体运动等下面来看这个小实验，判断该物体的运动状态 (1)演示自由落体运动 师：该运动的特征是什么? 生：轨迹是直线 (2)演示平抛运动 师：该运动的特征是什么? 生：轨迹是曲线 师：这里我们看到一种我们前面没有学过的运动形式，它与我们前面学过的运动形式有本质的区别前面我们学过的运动的轨迹都是直线，而我们现在看到的这种运动的轨迹是曲线，我们把这种运动称为曲线运动 概念：轨迹是曲线的运动叫曲线运动 师：其实曲线运动是比直线运动普遍的运动情形，现在请大家举出一些生活中的曲线运动的例子 生：微观世界里如电子绕原子核旋转； 宏观世界里如天体运行； 生活中如投标抢、掷铁饼、跳高、既远等均为曲线运动新课教学 一、曲线运动速度的方向师：在前面学习直线运动的时候我们已经知道了任何确定的直线运动都有确定的速度方向，这个方向与物体的运动方向相同，现在我们又学习了曲线运动，大家想一想我们该如何确定曲线运动的速度方向?在解决这个问题之前我们先来看几张图片(如图61l、612)师：观察图中所描述的现象，你能不能说清楚，砂轮打磨下来的炽热的微粒飞出去的链球，它们沿着什么方向运动?生：唐出的火星是砂乾与刀具磨擦出的微粒，由于惯性，以脱离砂轮时的速度沿切线方向飞出，切线方向即为火星飞出时的速度方向对于链球也是同样的道理，它们也会沿着脱离点的切线方向飞出师：刚才的几个物体的运动轨迹都是圈，我们总结曲线运动的方向沿着切线方向，但对于一般的曲线运动是不是也是这样呢?下面我们来做个实验看一看，一般的曲线运动是什么情况如图613所示水平桌面上摆一条曲线轨道，它是由几段稍短的轨道组合而成的钢球由轨道的一端滚入(通过压缩弹簧射人或通过一个斜面滚入)，在轨道的束缚下钢球做曲线运动在轨道的下面放一张白纸，蘸有墨水的钢球从出口A离开轨道后在白纸上留下一条运动的轨迹，它记录了钢球在A点的运动方向拿去一段轨道钢球的轨道出口改在田中且同样的方法可以记录钢球在轨道B点的运动方向观察一下，白纸上的墨迹与轨道(曲线)有什么关系?生：墨迹与轨道只有一个交点，说明了墨迹所在的直线为轨道所在曲线在该点的切线，也就是说质点在某一点(或某一时刻)的速度的方向是在曲线的这一点的切线方向师：很好通过这个实验我们总结出了确定傲曲线运动的物体在任意一点的速度方向，下面我们再从理论上对这个结论证明一下，以加深大家的理解把我们前面学过的瞬时速度的求解方法应用到这里，我们就可以求出任意一点的速度了下面我们来看这个过程是怎样的(1)如图614，要求直线上的某处A点的瞬时速度，可在离A不远处取一B点，求AB的平均速度来近似表示A点的瞬时速度，如果时间取得更短，这种近似更精确，如时间趋近于零，那么AB间的平均速度即为A点的瞬时速度(2)在曲线运动中如何求某点的瞬时速度?分析：用与直线运动相同的思维方法来解决先求AB的平均速度，据式：VAB=XAB/t可知：VAB的方向与XAB的方向一致，t越小，VAB越接近A点的瞬时速度，当t0时，AB曲线即为切线，A点的瞬时速度为该点的切线方向由此我们就可以肯定我们刚才所得出的结论是正确的明确了曲线运动的方向之后，我们来考虑这样一个问题：在运动过程中，曲线运动的速度和直线运动的速度最大的区别是什么?生：在运动的过程中，直线运动的速度方向不发生变化，而曲线运动速度方向时期在变 师：很好那我们由速度的性质知，速度是矢量，既有大小又有方向在匀变速运动中，速度大小发生变化，我们说这是变速运动而在曲线运动中速度方向时刻在改变，我们也说它是变速运动实际上这个过程我们可以这样来理解：速度是矢量+速度方向变化，速度矢量就发生了变化具有加速度曲线运动是变速运动 下面我们来看几个题目 课堂训练 l.关于曲线运动，下列说法正确的是( ) A.曲线运动一定是变速运动 B.曲线运动逮度的方向不断地变化。但速度的大小可以不变 C.曲线运动的逮度方向可能不变 D.曲线运动的速度大小和方向一定同时改变 2对曲线运动中的速度的方向，下列说法正确的是( ) A.在曲线运动中，质点在任一位置的速度方向总是与这点的切线方向相同 B.在曲线运动中，质点的速度方向有时也不一定是沿着轨迹的切线方向 C.旋转雨伞时伞面上的水滴由内向外做螺旋运动，故水滴速度方向不是沿其切线方向的 D.旋转雨伞时，伞面上的水滴由内向外做螺旋运动，水滴速度方向总是沿其轨道的切线方向 参考答案 1A 解析：对于曲线运动来说，在运动的过程中，物体速度方向始终在变化，所以曲线运动一定是变速运动在这个过程中物体速度的大小是否发生变化，并不影响曲线运动是变速运动因此，速度大小可能变化，也可能不变所以本题应该选择A 2AD 解析：本题主要考查物体做曲线运动时的速度方向，解此题只要把握一点：不论在任何情况下，曲线运动速度方向总是与其轨道的切线方向一致的，所以本题应该选择AD 二、物体做曲线运动的条件 师：为什么有些物体做直线运动，有些物体做曲线运动呢?下面我们通过几个实验来研究以下这个问题实验与探究如图615所示的装置放在水平桌面上在斜面顶端放置一钢球，放开手让钢球自由滚下，观察钢球在桌面上的运动情况，记住钢球的运动轨迹生：钢球做直线运动，速度逐渐减小师：请同学们来分析钢球在桌面上的受力情况生：钢球受竖直向下的重力，竖直向上的支持力，还受到滑动摩擦力的作用师：摩擦力的方向如何? 生：摩擦力的方向与运动方向在同一直线上，但与运动方向相反(演示实验)在刚才实验中，钢球的运动路径旁边放一块磁铁，重复刚才的实验操作，观察钢球在桌面上的运动情况生：钢球傲曲线运动师：分析钢球在桌面上的受力情况生：钢球受竖直向下的重力，竖直向上的支持力，还受到方向与运动方向相反的滑动摩擦力的作用，此外还受到磁铁的吸引力师：引力的方向如何?生：引力的方向随着钢球的运动不断改变，但总是不与运动方向在同一直线上(演示实验)把上次实验用的钢球改为同等大小的木球重复上次实验观察木球运动情况生：木球做直线运动，速度不断减小师：分析木球在桌面上的受力情况生：木球受竖直向下的重力、竖直向上的支持力，还受到方向与运动方向相反的滑动摩擦力的作用木球并不受到磁铁给它的吸引力(演示实验) 随手抛出一个粉笔头，观察粉笔头的运动状态 生：粉笔头做曲线运动 师：分析粉笔头的受力情况 生：受竖直向下的重力的作用 师：在以上几个实验中，第一个钢球只受到与运动方向在同一条直线上与运动方向垂直的力的作用，做的是直线运动，木球同样也受到这样的力的作用，也是做直线运动，面第二个钢球受到一个与运动方向成一定夹角的力的作用，做的是曲线运动；粉笔头受的重力与它的运动方向也不在同一条直线上，粉笔头傲曲线运动由此我们可以得出什么样的情况下物体会做曲线运动?生：当物体受到与运动方向不垂直也不在同一条直线上的力的作用时，会做曲线运动师：现在大家来看这样一道题如图616所示，光滑水平桌面上放置质量为m的物体，受到与水平方向成。角斜向上的力的作用，分析该物体的运动情况生：物体做匀加速直线运动师：物体的受力情况是怎样的?生：受竖直向下的重力、竖直向上的支持力以及拉力师：拉力与运动方向有什么关系?生：与运动方向有一定角度师：刚才我们总结说：当物体受到与运动方向成一定角度的力的作用时，物体会做曲线运动，而在这个实验中，物体受的力与运动方向成。角，但物体并没有做曲线运动，这是什么原因呢?生：对于钢球来说，它不仅受到与运动方向成一定角度的力的作用而且它所受到的合外力的方向也与运动方向成一定角度，钢球做曲线运动；对于粉笔头来说，它所受到的重力就是它受到的合外力，与运动方向成一定角度，粉笔头做曲线运动；对于刚才实验中的物体来说，虽然它所受到的拉力与运动方向成一定角度，但物体所受的合外力仍然与运动方向在同一直线上，所以该物体并没有做曲线运动师：那我们该如何总结物体做曲线运动的条件呢?生：当物体所受的合力方向跟它的速度方向不在同一直线上时物体将做曲线运动交流与讨论 1飞机扔炸弹，分析为什么炸弹做曲线运动? 2我们骑摩托车或自行车通过弯道时，我们侧身骑，为什么? 3盘山公路路面有何特点?火车铁轨在弯道有何特点? 参考解答 1炸弹离开飞机后由于惯性，具有与飞机同样的水平初速度，且受重力，初速度与重力方向有一定角度，所以做曲线运动 2骑摩托车或自行车通过弯道时，我们和车一起做曲线运动，这个时候人和车这个整体需要一个与运动方向成一定夹角的力来完成这个曲线运动，我们侧身正是为了提供这个力3盘山公路的路面并不是水平的，而是一边高一边低；火车铁轨在弯道的时候两根铁轨并不是一般高的，而是一个高一个低之所以这样设计，正是因为各种车辆爬盘山公路的时候做的都是曲线运动，火车拐弯时也是曲线运动，这些曲线运动都需要一个与运动方向成一定夹角的力来完成盘山公路和火车铁轨的这种设计就是为提供这个力服务的小结1运动轨迹是曲线的运动叫曲线运动2曲线运动中速度的方向是时刻改变的，质点在某一点的瞬时速度的方向在曲线的这一点的切线上3当合外力F的方向与它的速度方向有一夹角。时，物体做曲线运动6.2 运动的合成和分解教学目标1知识与技能 1在具体情景中，知道合运动、分运动分别是什么，知道其同时性和独立性 2知道运动的合成与分解，理解运动的合成与分解遵循平行四边形定则 3会用作图和计算的方法，求解位移和速度的合成与分解问题2过程与方法 1通过对抛体运动的观察和思考，了解一个运动可以与几个不同的运动效果相同，体会等效替代的方法 2通过观察和思考演示实验，知道运动独立性学习化繁为筒的研究方法 3掌握用平行四边形定则处理简单的矢量运算问题3情感、态度与价值观 1通过观察，培养观察能力 2通过讨论与交流，培养勇于表达的习惯和用科学语言严谨表达的能力教学重点 1明确一个复杂的运动可以等效为两个简单的运动的合成或等效分解为两个简单的运动 2理解运动合成、分解的意义和方法教学难点 1分运动和合运动的等时性和独立性 2应用运动的合成和分解方法分析解决实际问题教学用具：演示红蜡烛运动的有关装置教学活动新课导入 师：上节课我们学习了曲线运动的定义，性质及物体做曲线运动的条件，先来回顾一下这几个问题：什么是曲线运动? 生：运动轨迹是曲线的运动是曲线运动 师：怎样确定做曲线运动的物体在某一时刻的速度方向? 生：质点在某一点的速度方向沿曲线在这一点的切线方向 师：物体在什么情况下做曲线运动?生：当物体所受合力的方向跟它的速度方向不在同一直线上时，物体做曲线运动师：通过上节课的学习我们对曲线运动有了一个大致的认识，但我们还投有对曲线运动进行深入的研究要研究曲线运动需要什么样的方法呢?这节课我们就来研究这个问题。新课教学师：我们先来回想一下我们是怎样研究直线运动的，同学们可以从如何确定质点运动的位移来考虑生：可以沿着物体或质点运动的轨迹建立直线坐标系，通过物体或质点坐标的变化可以确定其位移，从而达到研究物体运动过程的目的师：现在我们先看一个匀加速直线运动的例子。生：物体运动轨迹是直线，位移增大的越来越快，初逮度为零，速度均匀增大，加速度保持不变，所以这种运动为初速度为零的匀加速直线运动师：现在我们可以看到，我们已经把这个物体的运动分解成了两个运动：其一是速度为vO的匀速直线运动：其二是同方向的初速度为0、加速度为a。的匀加速直线运动可以说这种方法可以将比较复杂的一个运动运动转化成两个或几个比较简单的运动这种方法我们称为运动的分解实际上运动的分解不仅能够应用在直线运动中，对于曲线运动它同样适用下面我们就来探究一下怎样应用运动的合成与分解来研究曲线运动。如图62l所示，在一端封闭、长约l m的玻璃管内注满清水水中放一红蜡做的小圆柱体R，将玻璃管的开口端用胶塞塞紧(图甲)将这个玻璃管倒置(图乙)，蜡块R就沿玻璃管上如果旁边放一个米尺，可以看到蜡块上升的速度大致不变，即蜡块做匀连直线运动再次将玻璃管上下颠倒，在蜡块上升的同时将玻璃管水平向右匀速移动，观察蜡块的运动(图丙) 师：在黑板的背景前观察由甲到乙的过程可以发现蜡块做的是匀速直线运动，而过程丙中蜡块微的是什么运动呢?生：有可能是直线运动速度大小变不变化不能判断；有可能是曲线运动师：也就是说，仅仅通过用眼睛观察我们并不能得到物体运动的准确信息，要精确地了解物体的运动过程，还需要我们进行理论上的分析下面我们就通过运动的分解对该物体的运动过程进行分析对于直线运动，很明显，其运动轨迹就是直线，直接建立直线坐标系就可以解决问题，但如果是一个运动轨迹不确定的运动还能这样处理吗?很显然是不能的，这时候我们可以选择平面内的坐标系了比如选择我们最熟悉的平面直角坐标系下面我们就来看一看怎样在乎面直角坐标系中研究物体的运动。一、蜡块的位置师：建立如图622所示的平面直角坐标系：选蜡块开始运动的位置为原点，水平向右的方向和竖直向上的方向分别为x轴和y轴的正方向在观察中我们已经发现蜡块在玻璃管中是匀速上升的，所以我们设蜡块匀速上升的速度为vy，玻璃管向右匀速运动的速度为vx，从蜡块开始运动的时刻开始计时，我们就可以得到蜡块在t时刻的位置P(x，y)，我们该如何得到点p的两个坐标呢?生：蜡块在两个方向上做的都是匀速直线运动，所以x、y可以通过匀速直线运动的位移公式x=vt获得，即 x=vxt y=vyt师：这样我们就确定了蜡块运动过程中任意时刻的位置，然而要知道蜻块做的究竟是什么运动这还不够，我们还要知道蜡块的运动轨迹是什么样的下面我们就来操究这个问题二、蜡块的运动轨迹师：我们在数学课上就已经学过了怎样在坐标中表示一条直线或曲线在数学上。关于x、y两个变量的方程就可以代表一条直线或曲线现在我们要找的蜡块运动的轨迹，实际上我们只要找到表示蜡块运动轨迹的方程就可以了观察我们刚才得到的关于蜡块位置的两个方程发现在这两个关系式中除了x、y之外还有一个变量“那我们应该如何来得到蜡块的轨迹方程呢?生：根据数学上的消元法我们可以从这两个关系式中消去变量t，就可以得到关于x，y两个变量的方程了实际上我们前面得到的两个关系式就相当于我们在数学上学到的参数方程，消t的过程实际上就是消参数的过程。师：那消参数的过程和结果应该是怎样的呢?生：我们可以先从公式(1)中解出tt=x/vx y=vy x/vx师：现在我们对公式进行数学分析，看看它究竟代表的是一条什么样的曲线呢?生：由于蜡块在x、y两个方向上做的都是匀速直线运动，所以vy 、vx都是常量所以vy /vx也是常量，可见公式表示的是一条过原点的倾斜直线师：在物理上这代表什么意思呢?生：这也就是说，蜡块相对于黑板的运动轨迹是直线，即蜡块做的是直线运动师：既然这个方程所表示的直线就是蜡块的运动轨迹，那如果我们要找靖块在任意时刻的位移，是不是就可以通过这条直线来实现呢?下面我们就来看今天的第三个问题三、蜡块的位移师：在直线运动中我们要确定物体运动的位移，我们只要知道物体的初末位置就可以了对于曲线运动也是一样的在前面建立坐标系的时候我们已经说过了，物体开始运动的位置为坐标原点，现在我们要找任意时刻的位移，只要再找出任意时刻t物体所在的位置就可以了实际上这个问题我们已经解决了，前面我们已经找出物体在任意时刻的位置P(x，y)，请同学们想一下在坐标中物体位移应该是怎么表示的呢?生：在坐标系中，线段OP的长度就代表了物体位移的大小师：现在我找一位同学来计算一下这个长度生：师：我们在前面的学习中已经知道位移是矢量，所以我们要计算物体的位移仅仅知道位移的大小是不够的，我们还要再计算位移的方向这应该怎样来求呢?生：因为坐标系中的曲线就代表了物体运动的轨迹，所以我们只要求出该直线与x轴的夹角就可以了要求我们只要求出它的正切就可以了 tan=vy /vx 这样就可以求出，从而得知位移的方向 师：现在我们已经知道了蜡块做的是直线运动，并且求出了蜡块在任意时刻的位移但我们还不知道蜡块做的是什么样的直线运动，要解决这个问题，我们还需要求出蜡块的速度交流与探究现在我们探讨了蜡块在玻璃管中的运动，请大家考虑实际生活中我们遇到的哪些物体的运动过程与蜡块相似?典型事例：小船过河对小船在水里的运动加以讨论参考解答：小船过河时的运动情况和蜡块在玻璃管中的运动基本是相同的首先小船过河时它会有一个自己的运动速度，当它开始行走的时候，同时由于水流的作用，它要顾着水流获得一个与水的运动速度相同的速度小船自己的速度一般是与河岸成一定角度的，而水流给小船的速度却是沿着河岸的所以小船实际的运动路径是这两个运动合成的结果而合速度的大小取决于这两个建度的大小和方向而小船渡河的时间仅与小船自身的速度有关，与水流的速度是没有关系的四、蜡块的速度师：根据我们前面学过的速度的定义，物体在某过程中的速度等于该过程的位移除以发生这段位移所需要的时间，即前面我们已经求出了蜡块在任意时刻的位移的大小所以我们可以直接计算蜡块的位移直接套入速度公式我们可以得到什么样的速度表达式? 生：带人公式可得师：分析这个公式我们可以得到什么样的结论?生：vy /vx都是常量，也是常量也就是说蜡块的速度是不发生变化的，即蜡块做的是匀速运动师：结合我们前面得出的结论，我们可以概括起来总结蜡块的运动，它做的应该是个什么运动?生：蜡块做的是匀速直线运动师：在这个实验中，我们看到的蜡块实际的运动是相对于黑板向右上方运动的，而这个运动并不是直接发生的，它是由向上和向右的两个运动来构成的，在这种情况中，我们把蜡块沿玻璃管向上的运动和它随着玻璃管向右的运动，都叫做分运动；而蜡块相对于黑板向右上方的运动叫做合运动明确了合运动和分运动的概念之后，我们就可以得出运动合成与分解的概念了：由分运动求合运动的过程叫做运动的合成；由合运动求分运动的过程叫做运动的分解思考与讨论如果物体在一个方向上的分运动是匀速直线运动，在与它垂直方向的分运动是匀加速直线运动合运动的轨迹是什么样的?参考提示：匀速运动的速度V1和匀速运动的初速度的合速度应如图623所示，而加速度a与v2同向，则a与v合必有夹角，因此轨迹为曲线(实验探究运动的独立性)在如图624所示的装置中，两个相同的弧形轨道M、N，分别用于发射小铁球P、Q；两轨道上端分别装有电磁铁C、D；调节电磁铁C、D的高度，使AC=BD，从而保证小铁球P、Q在轨道出口处的水平初速度v0相等现将小铁球p、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小铁球能以相同的初速度V0同时分别从轨道M、N的下端射出实验结果是两小球同时到达E处，发生碰撞增大或者减小轨道M的高度，只改变小铁球P到达桌面时速度的竖直方向分量的大小，再进行实验，结果两小铁球总是发生碰撞实验结果显示，改变小球P的高度两个小球仍然会发生碰撞说明沿竖直方向距离的变化虽然改变了两球相遇时小球P沿竖直方向速度分量的大小但并不改变小球P沿水平方向的速度分量大小因此，两个小球一旦处于同一水平面，就会发生碰撞这说明小球在竖直方向上的运动并不影响它在水平方向上运动下面我们来看一个通过运动的合成与分解解决实际问题的例子师；我们现在来总结一下运动的合成与分解先来回想一下，对蜡块运动的分解有几个方面的内容?生：包括对运动速度的合成与分解对位移的合成与分解师：对实际上关于运动的合成与分解不仅包含这两方面的内容，还包括对加速度的合成与分解，我们这节课中没有牵扯到这个问题，在以后的学习中我们会遇到这样的情况的 现在请大家再来想一下在运动的合成与分解的过程中，合运动和各个分运动之间有什么关系?生：合运动和分运动总是同时开始同时结束，没有合运动也就没有分运动，反之也成立，即没有分运动也就没有合运动师：很好，对于运动的合成与分解过程的这个特点，我们把它称为运动的合成与分解的等时性原理也就是说，在物体的运动过程中，合运动持续的时间和各分运动所持续的时间是致的这是合运动与分运动之间的关系现在大家再来考虑各个分运动之间有什么关系?生：就蜡块的运动来说，当玻璃管上下颠倒后静止时，在竖直方向上蜡块做的是匀速直线运动，当玻璃管上下颠倒后增加了一个向右的匀速直线运动后，蜡块竖直方向的运动仍然为匀速直线运动，也就是说，蜡块在竖直方向上的分运动并不会受到其他分运动的影响师：实际上不仅仅蜡块竖直方向上的分运动不受其他分运动的影响，在运动的过程中，虽然体现出来的是合运动的运动效果，但各个分运动仍然保持各自的独立性，并不会因为参与了运动合成而改变自己的状态，在运动的合成的过程中，各个分运动是互不影响的我们把这个特点称为运动的合成与分解的独立性原理现在再来考虑我们在对蜡块的速度、位移进行分解与合成的时候是采用的什么方法?或者说是在合成与分解的过程中合速度与分速度、合位移与分位移之间存在着什么样的联系?生：合速度是两个分速度通过平行四边形定则求出来的也就是它们之间是进行的矢量加减合位移与分位移之间也存在这种关系师：也就是说在运动的合成与分解的过程中，统一的遵守着平行四边形定则之所以会出现这种规律，其根本在于我们在运动的合成与分解中所合成与分解的各个物理量都是矢量，而矢量的加减是遵循平行四边形定则的在这节课的学习中，我们遇到的都是相互垂直的两个方向上的运动的合成与分解实际上对于互成任意角度的两个方向上的运动同样可以根据平行四边形定则进行合成与分解实验与探究1让玻璃管倾斜一个适当的角度，沿水平方向匀速运动，同时让红色的蜡块沿玻璃管匀速运动，如图626所示，请大家思考如何确定红蜡块的位置、运动轨迹以及红蜡块的速度2在你的铅笔盒里取一块橡皮，用一根细线拴住，把线的另一端用图钉固定在竖直放置的图板上按627所示的方法，用铅笔靠着线的左侧，沿直尺向右匀速移动再向左移动，来回做几次仔细观察橡皮的运动轨迹 结合实验现象，讨论以下问题 (1)橡皮的运动是由哪两个运动合成的? (2)合运动的位移与分运动的位移之间有什么关系? (3)合运动的速度V与分运动的速度V1、V2，有什么关系?课堂训练1关于运动的合成，下列说法中正确的是( ) A.合运动的速度一定比每一个分运动的速度大 B两个匀速直线运动的合运动，一定是匀速直线运动 C.两个分运动是直线运动的合运动，一定是直线运动 D两个分运动的时间，一定与它们的合运动的时间相等2如果两个分运动的速度大小相等且为定值，则以下说法中正确的是( ) A. 两个分运动夹角为零，合速度最大 B两个分运动夹角为90，合速度大小与分速度大小相等 C. 合速度大小随分运动的夹角的增大而减小 D两个分运动夹角大于120，合速度的大小等于分速度3小船在静水中的速度是v，今小船要渡过一河流，渡河时小船朝对岸垂直划行，若航行至中心时，水流速度突然增大，则渡河时间将( ) A增大 B减小 C不变 D无法确定 小结 这节课我们学习的主要内容是探究曲线运动的基本方法运动的合成与分解这种方法在应用过程中遵循平行四边形定则在实际的解题过程中，通常选择实际看到的运动为合运动，其他的运动为分运动运动的合成与分解包括以下几方面的内容： (1)速度的合成与分解； (2)位移的合成与分解； (3)加速度的合成与分解 合运动与分运动之间还存在如下的特点： (1)独立性原理：各个分运动之间相互独立，互不影响(2)等时性原理，合运动与分运动总是同时开始，同时结束，它们所经历的时间是相等的6.3 探究平抛运动的规律教学目标1知识与技能 1知道平抛运动的特点是初速度方向水平只有竖直方向受重力作用，运动轨迹是抛物线 2知道平抛运动形成的条件 3理解平抛运动是匀变速运动其加速度为g 4会用平抛运动规律解答有关问题2过程与方法 1在知识教学中应同时进行科学研究过程教育，本节课以研究平抛物体运动规律为中心所展开的课堂教学，应突出一条研究物理科学的一般思想方法的主线： 观察现象初步分析猜测实验研究得出规律重复实验鉴别结论追求统一 2利用已知的直线运动的规律来研究复杂的曲线运动，渗透物理学“化曲为直”“化繁为简”的方法及“等效代换”正交分解”的思想方法 3在实验教学中，进行控制的思想方法的教育：从实验的设计、装置、操作到数据处理，所有环节都应进行多方面实验思想的教育“实验的精髓在于控制”的思想，在乎抛物体实验中非常突出如装置中斜槽末端应保持水平的控制；木板要竖直放置的控制；操作上强调小球每次都从斜槽同一高度处由静止开始释放的控制；在测量小球位置时对实验误差的控制等3情感、态度与价值观 1通过重复多次实验，进行共性分析、归纳分类，达到鉴别结论的教育目的，同时还能进行理论联系实际的教育2在理解平抛物体运动规律是受恒力的匀变速曲线运动时应注意到“力与物体运动的关系”这方面的问题，我国东汉的王充(公元2797年)历尽心血三十年写成论衡一书，全书三十卷八十五篇约三十万字，已有精辟论述以此渗透爱国主义教育和刻苦学习、勤奋工作精神的美德教育教学重点 1平抛运动的特点和规律 2学习和借鉴本节课的研究方法教学难点：平抛运动的规律教学活动新课导入 师：前面我们学习了曲线运动的相关知识以及研究曲线运动基本方法运动的合成与分解，在学习新课之前我们先来回顾一下 做曲线运动的物体其速度方向是怎样的? 生：质点在某一点的速度方向，沿曲线在这一点的切线方向 师：在什么情况下物体会做曲线运动? 生：当物体所受的合力的方向跟它的速度方向不在同一条直线上时，物体做曲线运动 师：运动的合成与分解包含哪几个方面的内容? 生：包括速度的合成与分解、位移的合成与分解、加速度的合成与分解 师：在合成与分解的过程中遵循什么样的规律? 生：必须遵循平行四边形定则 师：合运动和分运动之间以及各个分运动之间存在什么关系呢? 生：合运动和分运动所经历的时间一定是相同的，这是等时性原理；各个分运动之间是相互独立、互不影响的，这是独立性原理师：说了这么多，我们也仅仅是从理论上了解了通过运动的合成与分解能够研究曲线运动的规律，但我们还没有把这一理论应用到实际的曲线运动中来检验一番，所以这节课我们就来完成这一项任务，通过运动的合成与分解来研究一种生活中常见的运动平抛运动新课教学一、抛体运动 演示实验 以任意角度向空中抛出一个粉笔头 师：请同学们观察粉笔头的运动轨迹判断它的运动性质 生：粉笔头的运动轨迹是曲线，它做的是曲线运动 师：分析它的受力情况 生：受到竖直向下的重力和与运动方向相反的空气阻力的作用 师：实际上在这种情况下，空气阻力非常小，一般情况下我们不考虑这里我们就认为粉笔头只受到重力的作用(如图63l所示)现在请大家考虑一下，生活中有哪些物体的运动与我们刚才实验中的粉笔头情况相似? 生：足球比赛中被球员踢起来在空中飞行的足球；乒乓球比赛中被球拍打出去的乒乓球；被运动员扔出去的铁饼、标枪、铅球等师：可以看出，生活中有许多这种运动的例子从这些例子中我们可以看出，所有这些物体都是以一定的初速度被抛出，忽略空气阻力，在只受重力的情况下做曲线运动，我们把这种运动称为抛体运动 在抛体运动中有一种特殊情况，即物体被抛出时的初速度方向沿水平方向，我们把这样的抛体运动称为平抛运动 根据抛体运动初速度的方向我们还可以对抛体运动进行如下分类： 初速度竖直向上，竖直上抛运动 初速度竖直向下：竖直下抛运动 初速度与水平面成正角：斜上抛运动 初速度与水平面成负角；斜下抛运动我们这节课的任务就是探究平抛运动的规律 二、平抛运动竖直方向的运动规律 演示实验 用平抛运动演示仪演示平抛运动 师：请大家注意观察平抛运动的轨迹，发现它是一条曲线由此我们可以得出这样一个结论；平抛运动在竖直方向上的分速度是越来越快的，但这个分速度到底是如何变化的我们还是不清楚现在请大家来分析做平抛运动的物体在竖直方向上的受力情况 生：在竖直方向上只受到重力的作用 师：想一下我们前面学过的运动形式有没有只在重力作用下实现的? 生：做自由落体运动的物体只受重力的作用 师：既然竖直方向上只受重力的作用，与物体做自由落体运动的条件相同，根据我们上节课学的分运动的独立性原理知道，分运动在各自的方向上遵循各自的规律，我们能得出什么样的结论呢? 生：平抛运动竖直方向上的分运动有可能是自由落体运动 师：既然我们有了这样的猜想，为了验证它的正确性，我们来做下面这个实验 演示实验 如图632所示，用小锤打击弹簧金属片，金属片把A球沿水平方向抛出，同时月球被松开，自由下落A、B两球同时开始运动 师：先来分析两个小球做的分别是什么运动 生：A球在金属片的打击下获得水平初速度后只在重力作用下运动，所以做的是平抛运动B球被松开后没有任何初速度且只受到重力的作用，因此做的是自由落体运动 师：现在观察两球的运动情况，看两球是否同时落地 这个地方教给大家一个判断两球是否同时落地的小技巧那就是不要用眼睛看而是用耳朵听两个小球落地后会不止蹦一下，我们只听它们落地的第一声响如果我们只听到一声响，说明两个小球同时落地，如果听到两个落地声，说明两个小球先后落地在做实验之前我们先来听一下一个小球落地的声音 (拿一个和实验用的小球一样的球让其做自由落体运动，让学生仔细听其落地的声音以便判断实验中的落地声) 师：同学们听到几个落地声啊? 生：一个 师：A、B两个小球从同一高度同时开始运动，又同时落地，这说明了什么问题啊? 生：这说明了A球在竖直方向上的分运动的性质和B球的运动性质是一样的B球做的是自由落体运动 师：由这一次实验我们就能下这样的结论吗?有没有可能我们设置的这个高度是一个特殊的高度，它正好满足自由落体下落的时间和平抛运动时间相等呢?或者说因为我们打击力度的原因，使A球获得的初速度刚好满足这一条件呢? 生：有 师：那我们应该如何来解决呢? 生：多次改变小球下落的高度与打击的力度，重复这个实验 师：现在我们来改变高度和打击力度重新来做这个实验，来听落地的声音 生：两个小球仍然同时落地 师：这说明了什么问题? 生：平抛运动在竖直方向上的分运动就是自由落体运动 结论：平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动 三、平抛运动水平方向的运动规律 师：研究完竖直方向上的运动，我们再来看水平方向上的分运动先来分析做平抛运动的物体在水平方向上的受力情况 生：做平抛运动的物体只受重力作用，重力的方向是竖直向下的，所以物体在水平方向上不受力 师：根据运动的独立性我们知道水平方向上的运动不会受到竖直方向的运动影响再根据牛顿第一定律我们能得出什么样的结论啊? 生：根据牛顿第一定律我们知道，如果一个物体处于不受力或受力平衡状态，它将静止或做匀速直线运动在乎抛运动中，物体水平方向上不受力，并且水平方向上有一个初速度，所以物体在水平方向上应该是匀速直线运动 师：那我们应该怎样来验证这个猜想呢?大家可以从匀速直线运动的特点出发来考虑这个问题。 生：匀速直线运动的特点是速度大小不变，位移均匀地增加因此我们只要能证明在相等的时间内发生的水平位移相等就可以了 师：要进行这样的验证，我们首先面临的问题就是如何得到平抛运动的轨迹图象我们可以采用以下方案来获得： 1按照以下步骤准备实验装置(1)将平抛运动实验器置于桌面，装好乎抛轨道，使轨道的抛射端处于水平位置调节调平螺丝，观察重垂线或气泡水准，使面板处于竖直平面内，卡好定位板，装置如图633所示 (2)将描迹记录纸衬垫一张复写纸或打字蜡纸，紧贴记录面板用压纸板固定在面板上，使横坐标x轴在水平方向上，纵坐标y轴沿竖直方向向下(若用白纸，可事先用铅笔在纸上画出x、y坐标轴线)，并注意使坐标原点的位置在乎抛物体(钢球)的质心(即球心)离开轨道处(3)把接球挡板拉到最上方一格的位置。2将定位板定在某一位置固定好钢球紧靠定位板释放，球沿轨道向下运动，以一定的初速度由轨道的平直部分水平抛出3下落的钢球打在向面板倾斜的接球挡板上，同时在面板上留下一个印迹点4再将接球挡板向下拉一格，重复上述操作方法，打出第二个印迹点，如此继续下拉接球挡板，直至最低点，即可得到平抛的钢球下落时的一系列迹点5变更定位板的位置，即可改变钢球乎抛的初速度，按上述实验操作方法，便可打出另一系列迹点6取下记录纸，将各次实验所记录的点分别用平滑曲线连接起来，即可得到以不同的初速度做平抛运动的轨迹图线如图634所示注意： 1为了保证实验精度，必须保证记录面板处于竖直平面内，使平抛轨道的平面靠近板面 2安放记录纸时，要使坐标原点与抛体的抛出点重合，这样才能正确地确定抛体运动轨迹的起始点，从而确定轨迹上任意点的x、y坐标 师：获得了平抛运动的轨迹图象我们就可以从中知道平抛运动的水平位移现在我们从得到的几条轨迹中选出一条来进行研究我们现在所面临的问题是如何知道水平分运动所发生的时间这个问题我们可以通过运动的等时性来考虑 生：前面我们已经得出了平抛运动的竖直分运动为自由落体运动，根据等时性原理我们知道水平分运动和竖直分运动是同时发生的，所以可以通过竖直分速度来找相等的时间间隔师：具体如何来实现呢?生：根据自由落体运动的位移公式x=1/2gt2我们可以得出，在相邻相等的时间间隔内物体所发生的位移之比为1：3：5：(2n+1)，那么我们就可以从坐标系中的纵轴上选取长度分别为h、3h、5h的相邻的线段，即选取纵坐标分别为h、4h、9h的三个点例如选择5、20、45这几个点如图635所示，在平抛的轨迹上找出纵坐标与之相对应的点，这些点所对应的横坐标即为平抛运动的水平分运动在相邻相等的时间间隔里所达到的位置师：这样我们就找出了水平分运动在相邻相等的时间间隔内所发生的位移，观察这些水平分位移，可以得到什么规律?生：这些水平分位移都近似相等师：由此我们可以得出什么结论?生：平抛运动的水平分运动是匀速直线运动结论：平抛运动的水平分运动是匀速直线运动师：这样我们就通过运动的合成与分解探究出了平抛运动在水平和竖直方向上的运动规律，下面我们来看一个例题例题：一架老式飞机在高出地面0.81 km的高度，以2.5Xl02km几的速度水平飞行，为了使飞机上投下的炸弹落在指定的目标，应该在与轰炸目标的水平距离为多远的地方投弹?不计空气阻力分析：对于这道题我们可以从以下几个方面来考虑：(1)从水平飞行的飞机上投下的炸弹，做什么运动?为什么?(做的是平抛运动炸弹在没有脱离飞机时与飞机具有相同的水平速度脱离飞机后这一速度并不消失，这时炸弹只受重力作用且具有水平初速度，所以做平抛运动)(2)炸弹的这种运动可分解为哪两个什么样的分运动?(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)(3)要想使炸弹投到指定的目标处，你认为炸弹落地前在水平方向通过的距离与投弹时飞机离目标的水平距离之间有什么关系?(炸弹落地前在水平方向通过的距离与投弹时飞机离目标的水平距离应该相等)讨论与交流l 飞机在投递货物或实施轰炸的时候，应该在目标的什么位置开始投放货物或炸弹?小结：本节课我们学习的主要内容是： 1什么是平抛运动?初速度方向为水平方向的抛体运动叫做平抛运动 2平抛运动水平和竖直两个方向上的分运动分别是什么运动? 水平方向是匀速直线运动；竖直方向是自由落体运动3平抛运动的规律(1)x=v0t ，y=1/2at26.4抛体运动的规律教学目标1知识与技能 1理解平抛运动是匀变速运动，其加速度为g 2掌握抛体运动的位置与速度的关系2过程与方法 1掌握平抛运动的特点，能够运用平抛规律解决有关问题 2通过例题分析再次体会平抛运动的规律3情感、态度与价值观 1有参与实验总结规律的热情，从而能更方便地解决实际问题 2通过实践，巩固自己所学的知识教学重点：分析归纳抛体运动的规律教学难点：应用数学知识分析归纳抛体运动的规律教学活动新课导入 上一节我们已经通过实验探究出平抛运动在竖直方向和水平方向上的运动规律，对平抛运动的特点有了感性认识这一节我们将从理论上对抛体运动的规律作进一步分析，学习和体会在水平面上应用牛顿定律的方法，并通过应用此方法去分析没有感性认识的抛体运动的规律新课教学一、抛体的位置 我们以平抛运动为例来研究抛体运动所共同具有的性质 首先我们来研究初速度为。的平抛运动的位置随时间变化的规律用手把小球水平抛出，小球从离开手的瞬间(此时速度为v，方向水平)开始，做平抛运动我们以小球离开手的位置为坐标原点，以水平抛出的方向为x轴的方向，竖直向下的方向为y轴的方向，建立坐标系，并从这一瞬间开始计时 师：在抛出后的运动过程中，小球受力情况如何? 生：小球只受重力，重力的方向竖直向下，水平方向不受力 师：那么，小球在水平方向有加速度吗?它将怎样运动? 生：小球在水平方向没有加速度，水平方向的分速度将保持v不变，做匀速直线运动 师：我们用函数表示小球的水平坐标随时间变化的规律将如何表示? 生：x=vt 师：在竖直方向小球有加速度吗?若有，是多大?它做什么运动?它在竖直方向有初速度吗? 生：在竖直方向，根据牛顿第二定律，小球在重力作用下产生加速度g做自由落体运动，而在竖直方向上的初速度为0 师：那根据运动学规律，请大家说出小球在竖直方向的坐标随时间变化的规律 生：y1/2gt2 师：小球的位置能否用它的坐标(x，y)描述?能否确定小球在任意时刻t的位置? 生：可以师：那么，小球的运动就可以看成是水平和竖直两个方向上运动的合成t时间内小球合位移是多大?生：师：若设s与+x方向(即速度方向)的夹角为，如图641，则其正切值如何求?生： 例1一架飞机水平匀速飞行从飞机上海隔l s释放一个铁球，先后释放4个，若不计空气阻力，从地面上观察4个小球( ) A.在空中任何时刻总是捧成抛物线，它们的落地点是等间距的 B.在空中任何时刻总是排成抛物线，它们的落地点是不等间距的 C.在空中任何时刻总在飞机正下方，排成竖直的直线，它们的落地点是等间距的 D.在空中任何时刻总在飞机的正下方，捧成竖直的直线，它们的落地点是不等间距的。解析：因为铁球从飞机上释放后做平抛运动，在水平方向上有与飞机相同的速度不论铁球何时从飞机上释放，铁球与飞机在水平方向上都无相对运动铁球同时还做自由落体运动，它在竖直方向将离飞机越来越远所以4个球在落地前始终处于飞机的正下方，并排成一条直线，又因为从飞机上每隔1s释放1个球，而每个球在空中运动的时间又是相等的，所以这4个球落地的时间也依次相差1 s，它们的落地点必然是等间距的若以飞机为参考系观察4个铁球都做自由落体运动此题把曲线运动利用分解的方法“化曲为直”，使其成为我们所熟知的直线运动，则据运动的独立性，可以分别在这两个方向上用各自的运动规律研究其运动过程二、抛体的速度 师：由于运动的等时性，那么大家能否根据前面的结论得到物体做平抛运动的时间? 生：由y1/2gt2得到，运动时间 师：这说明了什么问题? 生：这说明了做平抛运动的物体在空中运动的时间仅取决于下落的高度，与初速度无关 师：那么落地的水平距离是多大? 生：落地的水平距离师：这说明了什么问题?生：这说明了平抛运动的水平位移不仅与初速度有关系，还与物体的下落高度有关师：利用运动合成的知识，结合图642，求物体落地速度是多大?结论如何?生：落地速度，即落地速度也只与初速度v和下落高度h有关师：平抛运动的速度与水平方向的夹角为a，一般称为平抛运动的偏角实际上，常称为平抛运动的偏角公式，在一些问答题中可以直接应用此结论分析解答例2一个物体以l0 ms的速度从10 m的水平高度抛出，落地时速度与地面的夹角是多少(不计空气阻力)?例3在5 m高的地方以6 ms的初速度水平抛出一个质量是10 kg的物体，则物体落地的速度是多大?从抛出点到落地点发生的位移是多大?(忽略空气阻力，取g=10ms2)交流与讨论应用运动的合成与分解的方法我们探究了做平抛运动的物体的位移和速度请大家根据我们探究的结果研究一下平抛运动的物体位移和速度之间存在什么关系参考解答：根据前面的探究结果我们知道，物体的位移，与x轴的夹角的正切值为tan=gt/2v物体的速度，与x轴的夹角的正切值为tan=gt/v可以看到位移和速度的大小没有太直接的关系，但它们的方向与x轴夹角的正切是2倍关系利用这个关系我们就可以很方便地计算物体速度或位移的方向了师：在(2)中，与匀变速直线运动公式vt2=v02+2as，形式上一致的，其物理意义相同吗?生：物理意义并不相同，在中的h，并不是平抛运动的位移，而是竖直方向上的位移，在中的s就是表示匀速直线运动的位移对于平抛运动的位移，是由竖直位移和水平位移合成而得的师：平抛运动的轨迹是曲线(抛物线)，某一时刻的速度方向即为曲线上物体所在位置的切线方向设物体运动的时间为t，则这一时刻的速度与竖直方向夹角的正切值tan=v0/gt，而物体下落的高度为h=1/2gt2如图643图中的A点为速度的切线与抛出点的水平线的交点，C点为物体所在位置的竖直线与水平线的交点，从图中可以看出A为水平线段OC的中点平抛运动的这一重要特征，对我们分析类平抛运动，特别是带电粒子在电场中偏转是很有帮助的 平抛运动常分解成水平方向和竖直方向的两个分运动来处理，由于竖直分运动是初速度为零的匀加速直线运动，所以初速度为零的匀加速直线运动的公式和特点均可以在此应用另外，有时候根据具体情况也可以将平抛运动沿其他方向分解.三、斜抛运动师：如果物体抛出时的速度不是沿水平方向，而是斜向上方或斜向下方的(这种情况称为斜抛)，它的受力情况是什么样的?加速度又如何?生：它的受力情况与平抛完全相同，即在水平方向仍不受力，加速度仍是0；在竖直方向仍只受重力，加速度仍为g 师：实际上物体以初速度v沿斜向上或斜向下方抛出，物体只在重力作用下的运动，如何表示?与平抛是否相同?生：斜抛运动沿水平方向和竖直方向初速度与平抛不同，分别是vx=vcos和vy=sin.由于物体运动过程中只受重力，所以水平方向速度vx=vcos保持不变，做匀速直线运动；而竖直方向上因受重力作用，有竖直向下的重力加速度J，同时有竖直向上的初速度vy=sin，因此做匀减速运动(是竖直上抛运动，当初速度向