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一、实验在教材中所处的地位和作用
《平抛运动》是高一物理必修2第五章的内容。课程标准的内容为:会用运动合成与分解的方法分析抛体运动。运动合成与分解方法是一种重要的物理方法,是本章的重点。平抛运动是该方法的实例应用,是学生学习运动由直线到曲线的一个转折点。本节课通过实验让学生真正理解平抛运动。
二、实验原型及不足之处
1、实验原型:在新教材中,平抛运动实验提供了如下三种案例:斜面小槽配合竖直白纸法、水柱法、数码摄像机法。
参考案例
(1)利用实验室的斜面小槽等器材装配图5.4-2所示的装置。钢球从斜槽上滚下,冲过水平槽飞出后做平抛运动。每次都使钢球在斜槽上同一位置滚下,钢球在空中做平抛运动的轨迹就是一定的。设法用铅笔描出小球经过的位置,通过多次实验在竖直白纸上记录钢球所经过的多个位置,连起来就得到钢球做平抛运动的轨迹。
可以把笔尖放在小球可能经过的位置,如果小球能够碰到笔尖,就说明位置找对了。
(2)如图5.4-3,倒置的饮料瓶内装着水,瓶塞内插着两根两端开口的细管,其中一根弯曲成水平,且水平端加接一段更细的硬管作为喷嘴。
水从喷嘴中射出,在空中形成弯曲的细水柱,它显示了平抛运动的轨迹,设法把它描在背后的纸上就能进行分析处理了。
插入瓶中的另一根细管的作用,是保持从喷嘴射出水流的速度,使其不随瓶内水面的下降而减小,这是因为该管上端与空气相通。A处的水的压强始终等于大气压,不受瓶内水面高低的影响。因此在水面降到A处以前的很长一段时间内,都可以得到稳定的细水柱。
用数码照相机或数码摄像机记录平抛运动的轨迹。
数码照相机大多具有摄像功能,每秒拍摄约15张照片,可以用它拍摄水球从水平桌面飞出后做平抛运动的几张连续照片。如果用数学课上画函数的方格黑板做背景就可以根据照片上小球的位置在方格纸上画出小球的轨迹。
2、原实验的不足之处:(1)斜面小槽配合竖直白纸法不易确定小球平抛运动的位置,实验误差很大,时间很长。(2)水柱法的轨迹受空气阻力影响大而且不稳定。(3)这两种方法都没探究两分运动的性质。(4)数码摄像机法成本太高不易推广。
三、实验创新与改进之处
我对斜面小槽配合竖直白纸法进行了创新与改进
创新之一:可探究平抛运动竖直方向和水平方向两分运动的性质。
创新之二:探究平抛运动的轨迹实验时将横向竖直放置的描迹板改为纵向正对斜槽的活动板。
创新之三:将“找”小球平抛运动的位置改为让小球“打”出平抛运动的位置。
四、实验器材
自制平抛运动探究仪、学生电源、刻度尺、白纸 、复写纸 、小钢球等。
五、实验原理及装置说明(包括实验装置平面图)
1、实验原理:平抛运动可分解为竖直方向的自由落体运动和水平方向的匀速直线运动。竖直方向运用:y=1/2gt2。水平方向运用:x=v0t
2、装置说明:斜槽、水平槽、重垂线、电磁铁、开关、斜槽中心线在底座板上的投影线、垂直水平方向的平行的插槽(第一条插槽离斜槽末端水平距离等于小球的半径)、槽间距5cm(描迹板大小不同间距不同,使小球运动轨迹由左上角到右下角)
3、实验装置平面图。
六、实验过程
1、探究平抛运动两分运动的性质:(1)探究平抛运动水平方向是匀速直线运动的实验:取两个一样的小球(A、C),一个放在装置左上角斜槽离水平末段端某一高度用电磁铁吸住,另一个放在装置左下角相同斜槽离水平末段相同的高度用电磁铁吸住。用一个开关控制让两个小球同时运动,一个做平抛运动,一个做近似匀速直线运动,可以看出他们在运动的整个过程中几乎都在同一竖直线上,最后相碰撞。启发学生分析并让学生自己总结出平抛运动在水平方向是匀速直线运动。(2)探究平抛运动竖直方向是自由落体运动的实验:取两个一样的小球(A、B),一个放在装置左上角斜槽(较光滑)的某一高度用电磁铁吸住,另一个放在装置右角相同的高度用电磁铁吸住。用开关自动控制:A球离开斜槽末端瞬间做平抛运动,B球同时下落做自由落体运动,可以看出他们在下落的整个过程中几乎同时落地。启发学生分析并让学生自己总结出平抛运动在竖直方向是自由落体运动。
2、探究平抛运动的轨迹:(1)取出描迹板,在上面贴上白纸、复写纸。(2)将描迹板插入第一条插槽并使第一条竖直线对准斜槽的中心线。(3)让小球从斜槽的某一高度自由滚下,与描迹板碰撞,在描迹板的白纸上记下小球平抛的初位置1(即坐标原点)。(4)然后将描迹板横向平移插入后一槽中并同时将描迹板纵向向内移动一个槽间距使描迹板上的第二条竖直线对准斜槽的中心线,让小球从斜槽的同一高度自由滚下,与描迹板碰撞,在描迹板的白纸上记下小球平抛的位置2。(5)按照同样的方法,记录小球平抛位置3、4、5、6。(6)掀开复写纸,根据描迹板白纸上的痕迹点,用平滑曲线把点连接起来,就是平抛运动的轨迹。(7)对比实验: 让小球从斜槽的同一高度自由滚下,观察小球平抛运动轨迹跟描出的轨迹是否重合。
七、实验效果
改进后的实验装置,提高了实验的精确度,缩短了实验时间。实验操作简单,物理思想突出。使用本仪器可以快速、准确地记录小球平抛运动的位置,描出平抛运动的轨迹。利用得到的点迹进一步研究平抛运动的规律。
《平抛运动》是高一物理必修2第五章的内容。课程标准的内容为:会用运动合成与分解的方法分析抛体运动。运动合成与分解方法是一种重要的物理方法,是本章的重点。平抛运动是该方法的实例应用,是学生学习运动由直线到曲线的一个转折点。本节课通过实验让学生真正理解平抛运动。
二、实验原型及不足之处
1、实验原型:在新教材中,平抛运动实验提供了如下三种案例:斜面小槽配合竖直白纸法、水柱法、数码摄像机法。
参考案例
(1)利用实验室的斜面小槽等器材装配图5.4-2所示的装置。钢球从斜槽上滚下,冲过水平槽飞出后做平抛运动。每次都使钢球在斜槽上同一位置滚下,钢球在空中做平抛运动的轨迹就是一定的。设法用铅笔描出小球经过的位置,通过多次实验在竖直白纸上记录钢球所经过的多个位置,连起来就得到钢球做平抛运动的轨迹。
可以把笔尖放在小球可能经过的位置,如果小球能够碰到笔尖,就说明位置找对了。
(2)如图5.4-3,倒置的饮料瓶内装着水,瓶塞内插着两根两端开口的细管,其中一根弯曲成水平,且水平端加接一段更细的硬管作为喷嘴。
水从喷嘴中射出,在空中形成弯曲的细水柱,它显示了平抛运动的轨迹,设法把它描在背后的纸上就能进行分析处理了。
插入瓶中的另一根细管的作用,是保持从喷嘴射出水流的速度,使其不随瓶内水面的下降而减小,这是因为该管上端与空气相通。A处的水的压强始终等于大气压,不受瓶内水面高低的影响。因此在水面降到A处以前的很长一段时间内,都可以得到稳定的细水柱。
用数码照相机或数码摄像机记录平抛运动的轨迹。
数码照相机大多具有摄像功能,每秒拍摄约15张照片,可以用它拍摄水球从水平桌面飞出后做平抛运动的几张连续照片。如果用数学课上画函数的方格黑板做背景就可以根据照片上小球的位置在方格纸上画出小球的轨迹。
2、原实验的不足之处:(1)斜面小槽配合竖直白纸法不易确定小球平抛运动的位置,实验误差很大,时间很长。(2)水柱法的轨迹受空气阻力影响大而且不稳定。(3)这两种方法都没探究两分运动的性质。(4)数码摄像机法成本太高不易推广。
三、实验创新与改进之处
我对斜面小槽配合竖直白纸法进行了创新与改进
创新之一:可探究平抛运动竖直方向和水平方向两分运动的性质。
创新之二:探究平抛运动的轨迹实验时将横向竖直放置的描迹板改为纵向正对斜槽的活动板。
创新之三:将“找”小球平抛运动的位置改为让小球“打”出平抛运动的位置。
四、实验器材
自制平抛运动探究仪、学生电源、刻度尺、白纸 、复写纸 、小钢球等。
五、实验原理及装置说明(包括实验装置平面图)
1、实验原理:平抛运动可分解为竖直方向的自由落体运动和水平方向的匀速直线运动。竖直方向运用:y=1/2gt2。水平方向运用:x=v0t
2、装置说明:斜槽、水平槽、重垂线、电磁铁、开关、斜槽中心线在底座板上的投影线、垂直水平方向的平行的插槽(第一条插槽离斜槽末端水平距离等于小球的半径)、槽间距5cm(描迹板大小不同间距不同,使小球运动轨迹由左上角到右下角)
3、实验装置平面图。
六、实验过程
1、探究平抛运动两分运动的性质:(1)探究平抛运动水平方向是匀速直线运动的实验:取两个一样的小球(A、C),一个放在装置左上角斜槽离水平末段端某一高度用电磁铁吸住,另一个放在装置左下角相同斜槽离水平末段相同的高度用电磁铁吸住。用一个开关控制让两个小球同时运动,一个做平抛运动,一个做近似匀速直线运动,可以看出他们在运动的整个过程中几乎都在同一竖直线上,最后相碰撞。启发学生分析并让学生自己总结出平抛运动在水平方向是匀速直线运动。(2)探究平抛运动竖直方向是自由落体运动的实验:取两个一样的小球(A、B),一个放在装置左上角斜槽(较光滑)的某一高度用电磁铁吸住,另一个放在装置右角相同的高度用电磁铁吸住。用开关自动控制:A球离开斜槽末端瞬间做平抛运动,B球同时下落做自由落体运动,可以看出他们在下落的整个过程中几乎同时落地。启发学生分析并让学生自己总结出平抛运动在竖直方向是自由落体运动。
2、探究平抛运动的轨迹:(1)取出描迹板,在上面贴上白纸、复写纸。(2)将描迹板插入第一条插槽并使第一条竖直线对准斜槽的中心线。(3)让小球从斜槽的某一高度自由滚下,与描迹板碰撞,在描迹板的白纸上记下小球平抛的初位置1(即坐标原点)。(4)然后将描迹板横向平移插入后一槽中并同时将描迹板纵向向内移动一个槽间距使描迹板上的第二条竖直线对准斜槽的中心线,让小球从斜槽的同一高度自由滚下,与描迹板碰撞,在描迹板的白纸上记下小球平抛的位置2。(5)按照同样的方法,记录小球平抛位置3、4、5、6。(6)掀开复写纸,根据描迹板白纸上的痕迹点,用平滑曲线把点连接起来,就是平抛运动的轨迹。(7)对比实验: 让小球从斜槽的同一高度自由滚下,观察小球平抛运动轨迹跟描出的轨迹是否重合。
七、实验效果
改进后的实验装置,提高了实验的精确度,缩短了实验时间。实验操作简单,物理思想突出。使用本仪器可以快速、准确地记录小球平抛运动的位置,描出平抛运动的轨迹。利用得到的点迹进一步研究平抛运动的规律。