新課標下平拋運動的教學設計的創新策略論文

近年來,在國家新課標思想的指導下,我校上下實行導學式、探究式教學模式,注重學生自主探究、自主求學的教學過程,人人從互相討論、互相探究中發掘問題、進行猜想、推測、實驗、論證等一系列手段,其目的是促進教學工作的進一步開展,以求達到教學相長,全面提高學生的自主創新能力和實踐能力,爲全面培養新一代具有創新能力的人才而打下堅實的基礎,下面就以平拋運動的教學爲例談一下自己的教學設計:

1 平拋運動的教學設計

1.1 平拋運動的定義

把物體以一定的初速度v0水平拋出,在忽略空氣阻力的情況下,物體所做的運動叫平拋運動.(教師舉例,學生點評)

1.2 規律探究

(1)理論探究:(學生自主探究)

學生討論:

學生甲:物體做曲線運動,水平勻加速,豎着勻加速.

學生乙:物體做曲線運動,水平勻速,豎着勻速.

教師總結:從力的角度分析,物體在水平方向不受力,運動狀態不改變,則物體做勻速直線運動;豎直方向物體只受重力,且初速度爲零,物體做自由落體運動.

(2)實驗探究(學生分組實驗)

甲組同學:利用頻閃照片分析規律:

如圖1所示:同學們動手用米尺測量豎直距離和水平距離,從測量的數據中不難發現:在水平方向上,小球在各個位置的水平位移是相等的`,即水平方向物體做勻速直線運動;在豎直方向上,透過所測量的位移進行比較,我們會發現:小球在豎直方向上相等時間內的位移之比爲:1∶3∶5….

即在豎直方向上物體做自由落體運動.

乙組同學:利用平拋運動演示儀分析規律:

在如圖2所示實驗中,透過小錘敲擊豎直擋板發現,A、B球同時落地,即二者運動時間相同,A球在豎直方向上與B球運動規律相同,做自由落體運動,A球水平方向運動的判斷可結合頻閃照片分析判斷.

丙組同學:利用現代科技手段,進行視頻動畫分析演示,水平方向相等時間發生的位移相等,豎直方向發生的位移逐漸增大.(圖略)

教師總結:透過以上幾個方面對平拋運動的研究,我們可以得出結論:平拋運動水平方向做勻速直線運動,豎直直方向做自由路體運動.這樣做我們既拓寬了學生的知識面,又提高了學生處理問題的能力,起到了很好的效果.

1.3 利用以上研究成果求平拋運動的v、s

如圖3,甲組同學:根據平拋運動的規律,我們可以得出:

(1)水平方向[JZ]vx=v0,[HJ1.1mm]

豎直方向[JZ]vy=gt,

合速度大小

[JZ]v=[KF(]v2x+v2y[KF)]=[KF(]v20+(gt)2[KF)],

速度方向[JZ]tanθ=[SX(]vy[]vx[SX)]=[SX(]gt[]v0[SX)],

乙組同學:

(2)水平位移[JZ]x=v0t,

豎直方向位移[JZ]y=[SX(]1[]2[SX)]gt2,

合位移大小 s=[KF(]x2+y2[KF)]=[KF(](v0t)2+([SX(]1[]2[SX)]gt2)2[KF)],

位移方向[JZ]tan=[SX(]y[]x[SX)]=[SX(][SX(]1[]2[SX)]gt2[]v0t[SX)]=[SX(]gt[]2v0[SX)].

教師總結:本節內容同學們能夠很好地利用實驗平臺,進行平拋運動規律的討論和探究,提出了許多實驗驗證平拋運動規律的方案,值得表揚,特別在利用規律的基礎上,同學們會自覺地推導速度方程和位移方程,這一點值得我們發揚和推廣.

1.4 在討論、探究中發現平拋運動的幾個小結論

[,Y#]

(1)在平拋運動中,在任意相等時間內的速度的變化相等.即:Δv=gt,如圖4所示.

分析[HT] 平拋運動中,水平方向速度不變,即水平方向速度變化量爲零;在豎直方向上物體做自由落體運動,變化只發生在豎着方向上,則在豎直方向上相等時間內速度的變化量相等,即Δv=gt.

(2)平拋運動的軌跡方程爲拋物線,軌跡方程爲

[JZ]y=[SX(]g[]2v20[SX)]x2.

分析[HT] 平拋運動中水平位移方程爲x=v0t,

豎直位移方程爲[JZ]y=[SX(]1[]2[SX)]gt2.

兩方程組合,去掉時間t,即可得出軌跡方程y=[SX(]g[]2v20[SX)]x2.

(3)平拋運動物體經過某一位置時,速度方向的反向延長線必經過水平位移的中點.

分析[HT] 利用速度方向角的正切求水平位移,利用位移方向和水平方向的夾角的正切值求水平位移,二者進行比較,即可得出結論.

(4)平拋運動物體在某一位置時的速度方向角的正切值是位移方向角正切值的二倍.

[JZ]tanθ=2tan.

分析[HT] 分別求出速度方向角的正切值和位移方向角的正切值,即可得出結論.

2 平拋運動中常見的處理問題的方法

(1)從平拋運動中的規律(水平,豎直)入手是處理問題的根本.

(2)從斜面外物體向斜面拋出時,在解決問題時從速度方向與斜面所成角度和斜面底角上下手,比較更好處理問題.

例1 如圖5所示,在傾角θ=37°的斜面底端的正上方H處,平拋一個物體,該物體落到斜面上的速度方向正好與斜面垂直,求物體拋出時的初速度.

分析[HT] 小球垂着打在斜面上,把速度分解在豎直方向上和水平方向上,水平方向上速度爲v0,豎着方向速度爲gt,則可以利用底角的正切值即可求出時間.

(3)從斜面頂端向斜面平拋物體時,物體落在斜面上時,求其飛行時間?應從水平位移和豎直位移所成角度處理問題較好.

分析[HT] 如圖6所示,水平方向位移爲x=v0t,豎着方向位移爲y=[SX(]1[]2[SX)]gt2,利用底角的正切值即可求出時間.

(4)從斜面頂端向斜面平拋物體時,求物體距斜面距離最大時的飛行時間.

方法一[HT] 距斜面距離最大時,速度方向與斜面平行,然後利用三角關係進行求解.

分析[HT] 如圖7所示,小球在空中飛行時,要是物體距斜面的距離最大,則在該處速度方向與斜面平行,分別標出此處的水平速度和豎着速度,利用三角函數知識即可求解.

方法二[HT] 用分解速度的方法和加速度的方法,求距離最大時的飛行時間.

[,BP#]

分析[HT] 如圖8所示,在拋出點建立直角座標系,x軸平行於斜面,y軸和斜面垂直,分別對斜面分解速度和加速度,在y軸上物體做勻減速運動,距斜面距離最大是速度爲零,利用速度公式即可求解.

(5)從斜面頂端拋出物體時,最後落在斜面上,求物體距斜面最大距離.(如圖8)

方法一[HT] 建座標,分解速度和加速度,求最大距離(方法同上)

方法二[HT] 用幾何知識求解.

分析[HT] 求出從拋出點到落地點的水平位移,做出最高點到斜面的垂直距離,即可求解.

[,YX#]

方法三[HT] 可以利用函數關係求解,先列出直線運動方程和拋物線方程,然後聯合求解的方法得出結論.

(6)[JP3]求平拋物體的拋出點的座標位置[JP]

如圖9示,拋出點O是否爲拋出點,可以利用結論法判斷.在Oy方向上是否sOA∶sAB∶sBC∶…=1∶3∶5∶….如果滿足上式,則O爲拋出點,如果不滿足,則不是.也可以用平均速度法判斷.

[JZ]vn=[SX(]xn+xn+1[]2T[SX)],

在豎直方向上 vA=[SX(]sOA+sAB[]2T[SX)],

[JZ]vB=[SX(]sAB+sBC[]2T[SX)],

則[JZ]vA=[SX(]vO+vB[]2[SX)],

即[JZ]vO=2vA-vB,

若vO爲零,則爲拋出點,若不爲零,即不是拋出點.假設v0不爲零,則v0=gt1,t1=[SX(]v0[]g[SX)],(t1爲拋出點到O點的時間)水平位移x=vOt1=[SX(]v2O[]g[SX)],豎直位移爲y=[SX(]1[]2[SX)]gt21=[SX(]v2O[]2g[SX)],則座標位置爲([SX(]v2O[]g[SX)],[SX(]v2O[]2g[SX)]).

3 平拋運動的拓展

對於平拋運動的知識和結論,在物體做類平拋運動中,處理問題的方法也是一樣的.

(1)在重力場中的應用

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sp; 例2 如圖10所示,一小球m在a點以平行於ab方向水平拋出,斜面光滑,斜邊長爲L,斜面傾角爲30°求小球落在cd邊上的時間.

分析[HT] 對於這一問題,我們對小球進行受力分析,小球在斜面上重力的分力與支援力平衡,重力的另一分力平行於斜面,沿斜面向下,在小球運動方向上不受力,即小球在斜面上做類平拋運動,加速度爲a=gsin30°,處理方法和平拋運動一樣.

[,BP#]

(2)在電場中的應用

例3 一帶點的基本粒子a,所帶電量爲q,在加速電場中,以初速度爲零自由釋放,加速電壓爲U1,粒子從加速電場中出來後,以速度v1垂直於偏轉電場,從中間射入,偏轉電壓U2,極板長爲L,間距爲d,求粒子飛出偏轉電場時的側向位移(極板間距是足夠大的),如圖11.

分析[HT] 粒子在加速電場中加速進入偏轉電場中,由於水平不受力,豎直方向受電場力,即物體水平勻速直線運動,豎直加速運動,物體做類平拋運動,可利用前面的平拋知識求解.

(3)在複合場中的應用

[,Y#]

例4 如圖12所示,在一個寬度爲L的勻強電場中,一個帶正電爲q,質量爲M的小球在電場左側邊緣處處於靜止狀態,一個質量爲m的子彈以速度v0擊中帶點小球,並未從小球穿出,子彈射入小球后,小球的電量和電性均未改變,求小球射出電場的時間?(g=10 m/s)

分析[HT] 小球處在電場和重力場中靜止,說明一開始電場力和重力平衡,當子彈射入瞬間子彈和小球在水平方向動量守恆,即Mv0=(M+m)v,子彈和小球在水平方向不受力,做勻速直線運動,在豎直方向重力大於電場力,即

(M+m)g-qE=(M+m)a[JY](1)

Mg=qE[JY](2)

由(1)+(2)得[JZ]mg=(M+m)a,

由此求出加速度,即小球在豎直方向做勻加速運動,由此,可以求出小球飛出複合場的時間和位移.[BP(]

總之,在高中階段的物理學習中,要求學生在掌握好原始模型的基礎上,進行知識的拓展和遷移,這樣對知識的鞏固,能力的提高是大有幫助的,這就要求我們老師在日常的教學中,應以引導爲主,進行啓發式教學,只要我們持之以恆地不斷努力,相信同學們一定會在物理領域中會大有發展的