湯守平 謝玉榮

(江蘇省天一中學(xué) 江蘇 無錫 214101)

根據(jù)上一節(jié)的學(xué)習(xí)，我們知道：平拋運(yùn)動可分解為水平方向勻速直線運(yùn)動和豎直方向的自由落體運(yùn)動．它們真的按照這樣的規(guī)律運(yùn)動嗎？你能否通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)呢？

1 探究平拋運(yùn)動在豎直方向的運(yùn)動規(guī)律

研究問題：平拋運(yùn)動在豎直方向是什么運(yùn)動？

設(shè)計(jì)驗(yàn)證：引導(dǎo)性提問“你能否設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證？”

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：學(xué)生提出、交流方案；集體討論、修改完善，確定最佳設(shè)計(jì)；與現(xiàn)成儀器對比，借鑒優(yōu)良設(shè)計(jì)．

分析結(jié)論：讓兩個(gè)物體同時(shí)開始運(yùn)動，一個(gè)做自由落體運(yùn)動，一個(gè)做平拋運(yùn)動，看它們是否同時(shí)著地；同時(shí)落地則證實(shí)猜想．

生成性問題：如何判斷兩個(gè)小球是否同時(shí)落地？

分析討論：學(xué)生有可能提出的方法(直接看；耳朵聽；利用數(shù)碼相機(jī)拍頻閃照片.討論采用哪種方法？課堂上聽的方式最簡單易行，所以用聽的方式)

實(shí)驗(yàn)操作：學(xué)生代表利用平拋運(yùn)動和自由落體運(yùn)動對比演示儀驗(yàn)證猜想，如圖1所示．

圖1 平拋和自由落體運(yùn)動演示儀

說明：驗(yàn)證平拋運(yùn)動在豎直方向是自由落體運(yùn)動的教學(xué)過程中，讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、儀器選擇的探究過程，激發(fā)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的動機(jī)和創(chuàng)造性思維的火花，培養(yǎng)了學(xué)生的設(shè)計(jì)探究能力和創(chuàng)新能力．

探究結(jié)論：平拋運(yùn)動在豎直方向應(yīng)是自由落體運(yùn)動；采用方法為對比法．

2 探究平拋運(yùn)動在水平方向的運(yùn)動規(guī)律

研究問題：平拋運(yùn)動在水平方向是勻速直線運(yùn)動嗎？如何研究證實(shí)？

討論研究方向確定實(shí)驗(yàn)方案：學(xué)生討論．(通過前面對比研究法的啟發(fā)，加之教師引導(dǎo)，學(xué)生有可能討論出：上述現(xiàn)象也可以通過對比實(shí)驗(yàn)或定量測量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證)

2.1 對比實(shí)驗(yàn)

即讓兩個(gè)小球同時(shí)以相同的速度開始運(yùn)動，一個(gè)平拋，一個(gè)在水平面上勻速運(yùn)動，看相同的時(shí)間內(nèi)，水平方向位移是否相等；相等則證實(shí)猜想．

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：學(xué)生提出、交流方案；集體討論、修改完善，確定最佳設(shè)計(jì).

方案：對比實(shí)驗(yàn)，將兩個(gè)斜槽水平對齊，上下放置，如圖2所示.用電磁鐵控制兩個(gè)小球同時(shí)開始運(yùn)動，它們以相同大小的速度同時(shí)離開斜槽，上面的小球做平拋運(yùn)動，下面的小球在水平軌道上做勻速直線運(yùn)動，如圖3所示.若它們在水平軌道上相碰，則驗(yàn)證猜想．

圖2 小球離開兩斜槽中 圖3 定量測量實(shí)驗(yàn)

的平拋運(yùn)動

選擇實(shí)驗(yàn)器材并實(shí)驗(yàn):

兩個(gè)完全相同的斜槽，其中一個(gè)與規(guī)格相同的水平槽相接，兩個(gè)小球，兩個(gè)電磁鐵(含導(dǎo)線和電源).

2.2 定量測量實(shí)驗(yàn)

師：讓兩個(gè)小球以相同的速度開始運(yùn)動，如圖3所示.在操作上有一定的困難，有沒有其他辦法來研究呢？

討論分析：如果平拋運(yùn)動水平方向是勻速的，那么它們水平位置應(yīng)該是等距離間隔，所以可測出做平拋運(yùn)動的物體在幾段相等時(shí)間內(nèi)的水平位移，依據(jù)水平位移是否相等來判斷猜想是否正確．假設(shè)能畫出平拋運(yùn)動的軌跡，按照對水平方向規(guī)律的猜想，O，A，B，C點(diǎn)之間是等時(shí)間間隔，即運(yùn)動的等時(shí)性．如圖4.

生成問題：實(shí)驗(yàn)中物體平拋運(yùn)動時(shí)間很短，如何測時(shí)間確定O，A，B，C點(diǎn)的位置呢？

生：前面我們已經(jīng)得出了平拋運(yùn)動的豎直分運(yùn)動為自由落體運(yùn)動，根據(jù)等時(shí)性原理我們知道，水平分運(yùn)動和豎直分運(yùn)動是同時(shí)發(fā)生的，所以可以通過豎直方向來找相等的時(shí)間間隔．

師：具體步驟如何?

圖4 用于分析運(yùn)動的圖表

師：那么怎么描繪出軌跡呢？

選擇實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案:(投影出以下器材，用以下器材設(shè)計(jì)一個(gè)或多個(gè)實(shí)驗(yàn)來得到平拋運(yùn)動的軌跡，給出足夠的時(shí)間，分小組設(shè)計(jì))斜面小槽，小鋼球，粘了方格紙的木板，鉛筆，數(shù)碼照相機(jī)，帶水平噴嘴的瓶子，玻璃板．

交流設(shè)計(jì)方案：設(shè)計(jì)同學(xué)介紹方案，其他同學(xué)進(jìn)行質(zhì)疑或提出改進(jìn)建議．

說明：在討論過程中，教師通過提問方式引導(dǎo)教學(xué)進(jìn)程，學(xué)生則通過思考、發(fā)表見解來發(fā)揮其主體作用．

方案一：讓小球從斜槽上滑下，從末端水平拋出，用數(shù)碼相機(jī)拍攝頻閃照片．用頻閃照片記錄小球所經(jīng)過的多個(gè)位置，連起來就能得到小球做平拋運(yùn)動的軌跡(圖5)．

圖5 用數(shù)碼相機(jī)拍攝頻閃照片

方案二：讓水平噴出的細(xì)水流來顯示平拋的運(yùn)動軌跡，在水流后面豎直放置一塊玻璃板，用彩筆描出水流的軌跡(圖6)．

圖6 水平噴出的細(xì)水流顯示平拋運(yùn)動

方案三：讓小球每次從斜槽上同一高度滑下，從末端水平拋出，用鉛筆描出小球經(jīng)過的位置，通過多次實(shí)驗(yàn)，在豎直的背景方格紙上記錄了小球所經(jīng)過的多個(gè)位置，連起來就得到小球做平拋運(yùn)動的軌跡．如圖7所示．

圖7 用鉛筆和方格紙記錄小球作平拋運(yùn)動經(jīng)歷的位置

說明：學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)給定儀器，目的是為了設(shè)計(jì)方向更加明確，降低難度；方案三可以很好地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，所以可以由教師引導(dǎo)學(xué)生提出．學(xué)生可能還有其他方案，教師可以和學(xué)生一起進(jìn)行分析評價(jià)．

2.3 分組實(shí)驗(yàn)

每小組選擇方案(也可統(tǒng)一做方案三)，拿出事先準(zhǔn)備好的儀器，學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．

說明：學(xué)生常出現(xiàn)的問題是背景板放置不夠豎直；槽口末端沒調(diào)水平；沒有確定好拋出點(diǎn)；沒有及時(shí)確定y軸等．實(shí)驗(yàn)操作前沒有提醒學(xué)生，目的是增強(qiáng)學(xué)生的體驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力．出現(xiàn)失誤的同學(xué)可以課后再做．

實(shí)驗(yàn)后投影以下問題，學(xué)生討論回答：

(1)如何確保小球水平拋出？(小球在水平軌道的任一位置都能靜止)

(2)懸掛在槽口的重錘線起什么作用？ ( 調(diào)整木板豎直；確定y軸)

(3)在斜槽上無初速釋放小球的高度有什么要求？(適中；每次從同一位置釋放)

(4)如何確定坐標(biāo)原點(diǎn)O點(diǎn)(拋出點(diǎn))？ (小球在槽口時(shí)球心在木板上的水平投影點(diǎn))

(5)如何描點(diǎn)？

數(shù)據(jù)處理：

(1)描軌跡確定A，B，C的位置，判斷水平方向是否是勻速運(yùn)動？

師：獲得了平拋運(yùn)動的軌跡圖像，現(xiàn)在我們從得到的幾條軌跡中選出一條來進(jìn)行研究．

學(xué)生根據(jù)事先確定的方法進(jìn)行處理．在豎直坐標(biāo)軸y軸上，從原點(diǎn)開始向下任取一個(gè)坐標(biāo)為h的點(diǎn)，則在時(shí)間t,2t,3t內(nèi)下落的高度分別為h,4h,9h，再找到坐標(biāo)為h，4h，9h的點(diǎn)．在物體運(yùn)動過程中，縱坐標(biāo)從其中一個(gè)位置運(yùn)動到下一個(gè)位置所用的時(shí)間都是相等的．過這些點(diǎn)作水平線與軌跡相交，交點(diǎn)就是每經(jīng)相等時(shí)間物體所到達(dá)的位置．

過A，B，C等點(diǎn)作豎直線與橫軸相交．可得到各點(diǎn)的水平位移x1，x2，x3等．測量x1，x2，x3等的大?。?dāng)?shù)碼相機(jī)拍照的則直接根據(jù)頻閃間隔相等確定時(shí)間．

(2)通過測量值來判斷這條曲線是否真的是拋物線？學(xué)生閱讀課本第13頁討論思考問題．

(3)為了求得拋體的初速度，還需測量什么量？進(jìn)行怎樣的計(jì)算？

探究結(jié)論交流評價(jià)

小組匯報(bào)實(shí)驗(yàn)情況，其他小組可進(jìn)行補(bǔ)充．分析誤差原因．

3 小結(jié)提高

本節(jié)內(nèi)容重點(diǎn)應(yīng)落實(shí)在“探究”上而不是“規(guī)律”上，課堂教學(xué)過程應(yīng)以探究為主要線索；重視對學(xué)生方法的點(diǎn)撥．

本節(jié)課由于探究過程較多，與學(xué)生知識基礎(chǔ)和動手能力有較大關(guān)聯(lián)，課堂彈性較大，完成難度也比較大.教學(xué)過程中，教師要把握好節(jié)奏，創(chuàng)設(shè)情境、巧妙設(shè)問、恰當(dāng)啟發(fā)、適時(shí)引導(dǎo)，留給學(xué)生充分發(fā)揮想象的空間，對學(xué)生提出的研究方案，教師應(yīng)給予必要的肯定，并幫助學(xué)生完善方案．

4 作業(yè)設(shè)計(jì)

【例1】圖8為研究小球的平拋運(yùn)動時(shí)拍攝的頻閃照片的一部分，其背景是邊長為5 cm的小方格，重力加速度g取10 m/s2.由圖可知，小球從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)經(jīng)歷的時(shí)間______(填“小于”、“等于”或“大于”)從B點(diǎn)運(yùn)動到C點(diǎn)經(jīng)歷的時(shí)間；照相機(jī)的閃光頻率為______Hz；小球拋出時(shí)的初速度大小為______m/s.

圖8 平拋運(yùn)動頻閃照片(部分)

目的：改變數(shù)據(jù)條件(拋出點(diǎn)未知)來培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)處理方法，深化學(xué)生對描軌跡法研究平拋運(yùn)動的方法的理解．

(a) (b)

(1)實(shí)驗(yàn)前應(yīng)對實(shí)驗(yàn)裝置反復(fù)調(diào)節(jié)，直到________．每次讓小球從同一位置由靜止釋放，是為了____________．

(2)每次將B板向內(nèi)側(cè)平移距離d，是為了____________．

(3)在圖9(b)中繪出小球做平拋運(yùn)動的軌跡．

目的：改變實(shí)驗(yàn)方法，深化學(xué)生對平拋運(yùn)動運(yùn)動的理解．

【例3】在“探究平拋運(yùn)動的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)在建立直角坐標(biāo)系時(shí)，有一處失誤，假設(shè)他在安裝實(shí)驗(yàn)裝置和進(jìn)行其他操作時(shí)準(zhǔn)確無誤．

(1)觀察圖10可知，他的失誤之處是________.

圖10 某學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中建立的直角坐標(biāo)系

(2)他根據(jù)記錄建立坐標(biāo)系，運(yùn)用教學(xué)實(shí)驗(yàn)原理測得的平拋初速度值與其真實(shí)值相比________(選填“偏大”、“相等”或“偏小”)．

目的：加強(qiáng)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)操作步驟及注意事項(xiàng)的理解．

本節(jié)課直接由上一節(jié)理論分析入手，采用“問題驅(qū)動引導(dǎo)探究”模式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并利用現(xiàn)成的簡易實(shí)驗(yàn)探究，從而使學(xué)生能仔細(xì)觀察、認(rèn)真分析平拋運(yùn)動，得出其運(yùn)動的規(guī)律.

用該類模式教學(xué)，讓學(xué)生在獲取知識的同時(shí)，親身體驗(yàn)科學(xué)探究過程，了解科學(xué)研究的方法，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探究能力和交流協(xié)作能力.