《什么是抛体运动》教案1.docx
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《什么是抛体运动》教案1
什么是抛体运动
三维目标
1.知识与技能：
（1）知道什么是抛体运动；了解抛体运动的特征。
（2）知道曲线运动中某点的瞬时速度的方向是在曲线的该点的切线方向上，能正确画出各种曲线运动中的某点的运动方向。
（3）了解曲线运动是一种变速运动。
（4）了解质点做直线或曲线运动的条件。
（5）会用牛顿第二定律分析曲线运动的条件。
2.过程与方法：
（1）日常生活中的各种抛体运动，通过比较、分析，归纳概括抛体运动的特征以及物体做直线运动和曲线运动的条件。
认识从简单到复杂、从特殊到一般的研究方法。
（2）研究物体做曲线运动的条件，经历探究的主要环节，通过实验设计、观察实验现象、记录实验结果，分析比较、理论分析与论证，得到并理解直线运动和曲线运动的条件。
（3）通过交流与讨论，展现学生思维过程，认识比较、分析，归纳等逻辑思维方法。
3.情感、态度与价值观：
（1）经历观察、实验及探究等学习活动，培养学生尊重客观事实、实事求是的科学态度，培养科学探究精神，形成科学探究习惯，感受到身边处处有物理。
（2）经历交流与讨论，培养学生团结协作的学习态度。
（3）通过实验探究、归纳总结，得出直线运动和曲线运动的条件，使学生获得成功的体验，激发学生学习物理的兴趣，提高学习的自信心。
教学重点：
曲线运动的特征及物体做曲线运动的条件。
教学难点：
探究物体做曲线运动的条件过程。
教学方法：
实验、讲解、归纳、推理法
教具：
小球、小铁球、细绳。
斜槽、条形磁铁、铁球、投影仪、计算机
课时安排：
1课时
教学过程
抛体运动（projectilemotion）
一、定义：
将物体以一定的初速度向空中抛出，仅在重力作用下物体所做的运动叫做抛体运动.
二、物体做抛体运动的条件
1.有一定的初速度，v0≠0.
2.只受重力.
三、抛体运动的种类
按抛出时初速度方向不同可分为：
竖直上抛运动（初速度v0竖直向上）；
竖直下抛运动（初速度v0竖直向下）；
斜抛运动（初速度v0既不在水平方向也不在竖直方向）；
平抛运动（初速度v0方向沿水平方向）.
抛体运动的速度方向
一、曲线运动的方向
在曲线运动中，质点在某一时刻（或某一位置）的速度方向是在曲线上这一点的切线方向.
如果将物体沿竖直方向抛出，则运动轨迹为直线，运动方向在竖直方向.
如果将物体斜抛（或平抛），则运动轨迹为曲线，运动方向就是轨迹的切线方向.
“逼近法”确定曲线运动速度方向
如图1－1－1所示：
分析曲线运动中一段时间内的平均速度，当时间段取得越来越小，平均速度方向（由A指向B）逐渐向曲线在该点的切线方向逼近，当时间足够小时，割线的方向就等同于切线方向，此时平均速度方向就等同于该点的速度方向，即质点在某一点（A）或某一时刻的瞬时速度方向就在该点（A）的切线上.
图1－1－1
二、曲线运动的方向特点
由于曲线运动中各点的切线方向不同，所以，曲线运动的速度方向时刻都在改变.
三、曲线运动的特点
质点在曲线运动中速度的方向时刻在改变，所以曲线运动一定是变速运动.
抛体做直线或曲线运动的条件
一、物体轨迹的研究
1.实例分析：
课本第4页图1－1－5中，（a）图是竖直向上抛出小球，（b）图是竖直向下抛出小球，（c）图是水平抛出小球，（d）图是斜向上抛出小球.
（1）受力分析：
4幅图中所示的情况，若不考虑空气阻力，小球始终只受重力作用.
（2）运动分析：
（a）图中小球在上升阶段速度方向竖直向上（与重力方向相反）；下落阶段速度方向竖直向下（与重力方向相同）.（b）图中小球的速度方向竖直向下（与重力方向相同）.（c）图、（d）图中速度不断变化.在图1－1－2中标出了几个不同位置的速度方向.
图1－1－2
2.结论归纳
以不同方向抛出的小球，当初速度与重力方向相同或相反（在同一直线上）时，小球做直线运动；当初速度与重力方向成一定角度时，小球做曲线运动.
二、实践与拓展
1.实验再现
将圆弧形轨道放置在平滑桌面上，使其底端出口与桌面相切.从小球出口处沿切线方向画一条直线.
2.实验操作：
（1）将小铁球从圆弧轨道上某处释放，观察到小球做直线运动.
（2）将一条形磁铁放在画出的直线上，再重复
（1），观察到小球仍做直线运动.
（3）将条形磁铁放在所画直线的一侧，再重复
（1），观察到小球做曲线运动.
（4）适当调整条形磁铁的位置，重复（3），小球仍做曲线运动.
3.实验结果及分析
小球在桌面上所受合外力（F）及方向
小球在桌面上时的速度方向（v）
合外力的方向和速度方向的关系
实验
结论
1
合外力等于零
沿直线
2
磁铁对铁球的吸引力，沿连线方向
沿直线
方向相同
3
沿连线方向指向磁铁
轨迹的切线
成一定夹角
4.结论归纳
当小球所受合外力方向与速度方向在一条直线上时，小球做直线运动.
当小球所受合外力方向与速度方向成一定夹角时，小球做曲线运动.
三、物体做曲线运动的条件
从运动学角度说，物体的加速度方向跟速度方向不在一条直线上时，物体就做曲线运动.从动力学的角度说，如果物体所受合外力的方向跟物体的速度方向不在一条直线上时，物体就做曲线运动.
一般情况下，这时的加速度不仅反映了速度大小的变化，还包含了速度方向的改变.
四、牛顿第二定律对曲线运动条件的解释
由以上知，物体做曲线运动还是直线运动，取决于力F与速度的关系.下面将力分解为两类进行辨析：
如图1－1－3所示，一物体所受外力为F跟初速度v0的方向不在同一条直线上（夹角为θ，且θ≠0°，θ≠180°）时做的运动，我们可沿切线方向和垂直切线方向分析F对运动的影响效果.将F沿这两个方向正交分解为F1和F2，可以明白，F1使物体速度大小发生改变（F1产生的加速度a1反映速度大小变化快慢，此时，a1与v0同向，运动速度变大，这一点犹如做直线运动中力F的作用）.F2的作用使物体速度方向发生改变（F2发生的加速度a2反映速度方向变化快慢），在此处F2使物体运动方向向左下方偏转，即物体在力F作用下必做曲线运动，可简记为：
θ=0°或180°时，F2=0，v方向不变，做直线运动.
θ=90°时，F1=0，v大小不变，F2≠0.v方向改变，物体做速度大小不变、方向改变的曲线运动.
0°＜θ＜90°或90°＜θ＜180°时，F的分力F1和F2均不为零，物体运动速度大小、方向都在改变，物体做速度大小、方向都时刻改变的曲线运动.
图1－1－3
思维拓展
抛体运动也是一种理想化模型——过程模型.若v0=0，就是自由落体运动.
全析提示
对运动的分类，描述的重点不同，则结果表述不同.
这里的运动方向实质就是运动轨迹上该点的切线方向.
要点提炼
抛体运动有的是直线运动，有的是曲线运动.
思维拓展
速度是矢量，只要大小变化或方向变化或大小方向都变化，就说速度是变化的.
受力分析和运动分析是解决动力学问题的思维基础.
要点提炼
抛体做直线或曲线运动取决于初速度方向.“抛体一出手，就知直与曲.”
全析提示
桌面尽可能平整光滑.圆弧槽可以用一本书做成一个“V”形槽替代.
磁铁放置时，两磁极连线与所画直线一致.
小球所受滑动摩擦力忽略不计.
思维拓展
从数据分析到归纳结论，就是比较几组不同数据的异、同点.
全析提示
物体做直线运动还是曲线运动，不取决于物体受到的力是恒力还是变力，而是取决于物体所受到的力的方向与运动方向是不是在一条直线上.
第一章 抛体运动
第一节 什么是抛体运动
[学习目标导航]
学习提示
1.知道什么是抛体运动.
2.知道曲线运动是一种变速运动.
3.知道曲线运动的方向.
4.理解物体做直线运动的条件.
5.理解物体做曲线运动的条件.
6.会应用物体做曲线运动的条件解决一些实际问题.
7.进一步体会力和运动的关系.
本节以最常见的抛体运动入手，归纳得出曲线运动的条件.本节学习重点是曲线运动的方向和做曲线运动的条件，也是本节的学习难点.学习中要充分重视实验.
[自主学习互动]
知识链接
1.物体运动按轨迹分为_______运动和_______运动.
答案：
直线 曲线
2.力是_______的原因.
答案：
改变物体运动状态
3.物体做曲线运动时，经过某点的瞬时速度方向就是_______.
答案：
运动轨迹上该点的切线方向
本节在研究物体做曲线运动的条件时，就是分析力和速度方向间的关系.
[典型例题探究]
【例1】如图1－1－4所示，物体在恒力F作用下沿曲线从A运动到B，这时突然使它受的力反向而大小不变（即由F变为－F）.在此力作用下，物体以后的运动情况，下列说法正确的是（ ）
A.物体可能沿曲线Ba运动
B.物体可能沿直线Bb运动
C.物体可能沿曲线Bc运动
D.物体可能沿原曲线由B返回A
图1－1－4
解析：
物体在A点的速度vA沿曲线AB在A点的切线方向，据物体做曲线运动的条件，它在恒力F作用下沿曲线AB运动，它位于A点时F不外乎附图所示的三种情况：
即F跟VA成锐角（如Ⅰ）、F跟vA成直角（如Ⅱ）或F跟vA成钝角（如Ⅲ）.当物体到达B点时，瞬时速度vB沿B点的切线方向，这时受力反向，如1－1－5图中Ⅰ′、Ⅱ′、Ⅲ′三种可能之一.由此可知，物体以后只可能沿曲线Bc运动，故正确选项为C.
答案：
C
图1－1－5
【例2】质量为m的物体受到一组共点恒略作用而处于平衡状态，当撤去某个恒力F1后，物体可能做（ ）
A.匀加速直线运动B.匀减速直线运动
C.匀变速曲线运动D.变加速曲线运动
解析：
物体做曲线运动的主要条件是：
运动物体所受的合外力方向跟它的速度方向不在同一直线上.
当撤去F1时，由平衡条件可知：
物体此时所受合外力大小等于F1，方向与F1反向，因此：
当m原来静止时，物体一定做与F1相反方向的匀加速直线运动.
当m原来做匀速直线运动或匀减速直线运动，若F1与v0在同一直线上，则可能做匀加速直线运动或匀减速直线运动；若F1与v0不在同一直线上，物体做匀变速曲线运动.
所以正确答案是A、B、C.
答案：
ABC
规律发现
物体做曲线运动时，其瞬时速度的方向沿轨道的切线方向.物体做曲线运动的条件是物体受的合外力方向和速度方向不在同一条直线上，而成一夹角.关于曲线运动的这些基础知识必须熟练掌握，这也是本题的考查宗旨.
运动的轨迹始终处在合外力方向与速度方向的夹角之中，并且合外力F的方向一定指向轨迹的凹向.
撤去一个力后，其余力是否恒定要根据题意判断，本题未提供实际的示意图，物体重力也属若干个力中的一个力.
第一节什么是抛体运动
●合作讨论
跳水运动是一项难度很大又极具观赏性的运动，我国运动员多次在国际跳水比赛上摘金夺银，被誉为跳水“梦之队”.图1－2是一位跳水队员从高台做“反身翻腾两周半”动作时头部的运动轨迹，最后运动员沿竖直方向以速度v入水.整个运动过程中，请同学们从曲线运动的条件讨论跳水队员是怎样实现“反身翻腾两周半”动作的曲线运动的.并说明运动员运动在哪几个位置头部的速度方向与入水时v的方向相同,在哪几个位置与v的方向相反.把这些位置在图中标出来.
图1－2
我的思路：
根据曲线运动的条件：
物体所受合力的方向与速度方向不在同一直线上时，物体便做曲线运动.运动员做能够实现“反身翻腾两周半”动作的曲线运动，我们可以从他起跳开始，然后在下落的过程中，分析运动员所受合力的情况以及根据惯性等方面的知识去考虑.运动员在哪几个位置头部运动的方向和入水的速度方向相同或相反，可以根据做曲线运动的物体在某一时刻的速度方向的判断方法来确定.
●思维过程
【例1】一个物体运动的速度方向如图1－3所示，从位置A开始，它受到向前但偏上（观察者沿着物体前进的方向看，下同）的合力.到达B时，这个合力突然改成与前进方向相同.达到C时，又突然改成向前但偏下的力.物体最终到达D.请你大致画出物体从A至D的运动轨迹，并在轨迹旁标出B点、C点和D点.
图1－3
思路：
根据物体做曲线运动的条件和曲线运动的方向的判定方法，如果合力的方向和物体运动方向相同，则物体做直线运动；如果物体所受合力的方向和运动的方向不在同一直线上，则物体做曲线运动，而且其运动轨迹向合力的方向靠拢.
解析：
如图1－4所示，物体先在向左的合力的作用下，向左做曲线运动；当合力改成与前进方向相同时，物体沿合力改变时运动轨迹的切线方向做匀加速直线运动；当合力突然改成向右时，物体又改变原来的运动方向向右做曲线运动.
图1－4
点评：
本题考查学生对曲线运动的条件及方向判定的理解.
●新题解答
【例2】“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”，这是物体做曲线运动的条件.请你通过一个事例来说明并且设计一个实验来验证这个结论.
解析：
（1）实例：
运动员掷链球时，链球在运动员的牵引下做曲线运动，显然牵引力和链球自身重力的合力与链球运动方向不在同一直线上；一旦放手，链球即刻飞出，在飞出的过程中，若忽略空气阻力，链球只受重力作用，重力方向和链球运动的方向也不在一条直线上，所以也做曲线运动.
（2）可以利用一个钢球和一块磁铁来进行实验.先让钢球在光滑的水平桌面上做直线运动，这时钢球只受重力和支持力这一对平衡力的作用.然后重复上次实验，并在钢球运动时让一块磁铁靠近，观察此时钢球的运动状态发生了变化，向磁铁这边做曲线运动，这说明钢球受到与其运动方向不在同一直线上的磁力的作用时（重力和支持力平衡）做曲线运动.
点评：
本题属于开放性题目，让学生主动去寻找身边做曲线运动物体的例子，增加对曲线运动的感性认识；或者通过亲自设计实验来进行验证，虽然实验的器材简单，但是能说明问题.这样既加深了学生对物体做曲线运动条件的理解，又提高了动手的能力，体现了新课程标准三维目标中对学生学习过程与方法的课程目标的培养.
第一章抛体运动
●研究学习
广东省河源市有一座亚洲最高的音乐喷泉，位于市区河源大桥与珠河大桥之间的新丰江中心，集声、光、水、色于一体，由主喷和群喷两部分组成（如图1－1）.主喷喷高169m，水柱直冲云霄，气势雄伟，蔚然壮观，显示出欲与天公试比高的气派.一到夜晚，伴随着悦耳的音乐和精心设计的灯光，那喷泉五光十色，让游人爽心悦目，流连忘返.其实，在其他城市的公园或广场也有不少大大小小、形形色色的喷泉，同学们肯定大多亲眼见过.但是同学们可曾想过这些喷泉为什么可以喷得那么高、那么远？
其中蕴含了什么物理方面的知识？
请同学们不妨进行一次调查研究.研究的内容可以参照下面的思路或方法进行.
图1－1
1.注意观察不同喷口、不同角度喷出的水的射高和射程有什么不同？
2.对不同喷口、不同的角度喷出水的射高和射程的差异，你能否定性发现其中的规律？
以水为研究对象，对其中的差异进行大胆的猜测.
3.你能否设计一个实验方案,探究水喷出喷口时的速度大小？
（1）将问题转化成物理模型（把喷泉理想化成抛体的运动）；
（2）选择有代表性的喷泉（包括斜喷和竖喷），采用可行的方法（如数学中的几何知识测高度和长度）、选用合适的测量工具来测量喷泉的射高和射程.
（3）利用测量的数据，根据运动的合成与分解的知识，计算水喷出喷口时的速度.
4.你能否估测喷泉喷口处水的压强？
5.你的研究成果还可以应用到哪些生产和生活实际中？
（如浇花时采用高压喷水；石油勘探时，可以观察到刚打开的油井喷出的石油等）
同学们，通过上面的研究你对抛体运动的知识有一定的了解了吗？
相信通过亲身的研究，你一定对抛体运动的规律有了更加深刻的理解，同时你的解决实际问题的能力也一定有了较大的提高.
●变式练习
1.做曲线运动的物体，在运动过程中一定变化的物理量是
A.速度B.加速度
C.速率D.合外力
答案：
A
2.下列关于物体做曲线运动的说法，正确的是
A.曲线运动一定是变速运动
B.有些曲线运动也可能是匀速运动
C.变速运动一定是曲线运动
D.做曲线运动的质点的速度方向就是质点在曲线上这点的切线方向
答案：
AD
3.汽车以恒定的速率绕圆形广场一周用时1min，每行驶半周，速度方向改变多少度？
汽车每行驶5s，速度方向改变多少度？
画出汽车在相隔5s的两个位置速度矢量的示意图.
答案：
180°30°图略
●规律总结
1.物体做曲线运动的条件：
物体所受合外力F合的方向与它的速度v的方向不在同一直线上时，物体将做曲线运动.
2.曲线运动的方向：
曲线运动中速度的大小可能不变，但速度的方向是一定改变的.速度是矢量，方向发生变化，速度大小和方向可能都变化，所以曲线运动一定是变速运动.曲线运动中，质点在某一时刻（或某一位置）的速度方向是在曲线上这一点的切线方向.
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