2019-2020年高中物理 3-2 《豎直方向上的拋體運(yùn)動》 教案 魯科版必修2.doc

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2019-2020年高中物理 3-2 《豎直方向上的拋體運(yùn)動》 教案 魯科版必修2 在直線運(yùn)動中，勻速運(yùn)動與初速度為零的勻加速直線運(yùn)動，是兩種最簡單的運(yùn)動形態(tài).其他的復(fù)雜運(yùn)動都可以看作是這兩種簡單運(yùn)動的合運(yùn)動. 從運(yùn)動和力的關(guān)系看，做勻速直線運(yùn)動的物體所受力的合力為零，做勻加速直線運(yùn)動的物體所受外力的合力為恒力. 豎直方向上的拋體，有豎直向上或豎直向下的初速度v0.在不計空氣阻力的影響時，物體拋出后受恒定的重力作用，有豎直向下的恒定加速度g.因此，豎直上拋運(yùn)動可歸結(jié)為兩個模型（或稱兩種過程）.第一個模型把它看作是初速度為v0、加速度為-g的勻減速直線運(yùn)動；第二個模型把它看作是豎直向上、速度為v0的勻速直線運(yùn)動與豎直向下的自由落體運(yùn)動的合運(yùn)動.對豎直下拋運(yùn)動，也有兩個模型，第一個模型把它看作是初速度為v0、加速度為g的勻加速直線運(yùn)動；第二個模型則把它看作是豎直向下的勻速直線運(yùn)動與自由落體運(yùn)動的合運(yùn)動. 如考慮空氣阻力的作用，則物體在運(yùn)動中受重力和空氣阻力的作用.根據(jù)力的獨(dú)立作用原理，運(yùn)動中的物體有兩個獨(dú)立的加速度：一個是重力引起的豎直向下的重力加速度，另一個是空氣阻力引起的，其方向與運(yùn)動方向相反.所以，在考慮空氣阻力作用時，豎直方向上的拋體運(yùn)動，用運(yùn)動合成的模型來看，它是三個獨(dú)立運(yùn)動的合運(yùn)動：第一個獨(dú)立運(yùn)動是豎直向上或豎直向下的勻速直線運(yùn)動；第二個獨(dú)立運(yùn)動是豎直向下的自由落體運(yùn)動；第三個獨(dú)立運(yùn)動是初速度為零的勻變速直線運(yùn)動，其加速度大小由空氣阻力的大小決定，方向總與運(yùn)動方向相反. 用運(yùn)動合成的觀點(diǎn)（模型）分析復(fù)雜的運(yùn)動，是把復(fù)雜的運(yùn)動分解為簡單的運(yùn)動，認(rèn)為復(fù)雜的運(yùn)動是簡單運(yùn)動的合成，這既是認(rèn)識的深化，也是研究問題的方法，是認(rèn)識論與方法論的統(tǒng)一. 上述分析、解決豎直方向上拋體運(yùn)動的兩個模型，是對同一個具體問題的兩種認(rèn)識，也可以說是從兩個不同角度研究同一個物理過程.就整體而言，豎直方向上拋體的運(yùn)動是一種勻變速運(yùn)動，因此我們統(tǒng)一用勻變速運(yùn)動的公式分析、研究豎直方向上的拋體問題. 教學(xué)重點(diǎn) 1.豎直下拋運(yùn)動； 2.豎直上拋運(yùn)動. 教學(xué)難點(diǎn) 豎直上拋運(yùn)動運(yùn)動特點(diǎn)的分析. 教具準(zhǔn)備 多媒體設(shè)備. 課時安排1課時 三維目標(biāo) 一、知識與技能 1.知道什么是豎直下拋運(yùn)動，能從運(yùn)動的合成角度，知道豎直下拋運(yùn)動可以看成在同一直線上哪兩個分運(yùn)動的合運(yùn)動; 2.知道什么是豎直上拋運(yùn)動，能從運(yùn)動的合成角度，知道豎直上拋運(yùn)動可以看成在同一直線上哪兩個分運(yùn)動的合運(yùn)動; 3.理解處理上拋運(yùn)動的兩種思路和方法. 二、過程與方法 通過對物體做豎直上拋和豎直下拋運(yùn)動的研究，提高學(xué)生用合成思想分析運(yùn)動的能力. 三、情感態(tài)度與價值觀 使學(xué)生會在日常生活中善于總結(jié)和發(fā)現(xiàn)問題. 教學(xué)過程 導(dǎo)入新課 乘坐氣球或飛艇在空中遨游是一件非常愉快的事，盡管實(shí)際上很少有機(jī)會享受這一樂趣，不過，同學(xué)們?nèi)匀豢梢韵胂竽愠俗谝恢徽谘刂Q直方向上升或下降的氣球上的情景.但是現(xiàn)在希望你稍稍“收一下心”，讓我們來思考如下的一個物理問題：此時如果從氣球上落下一個物體，那么，該物體將做怎樣的運(yùn)動呢？你能否描述一下這個物體的運(yùn)動過程？關(guān)于這個問題就是我們今天要研究的課題——豎直方向的拋體運(yùn)動. 推進(jìn)新課 【教師精講】 豎直下拋運(yùn)動——物體以一定初速度沿著豎直方向向下拋出，僅在重力作用下物體所做的運(yùn)動叫做豎直下拋運(yùn)動.豎直下拋物體的運(yùn)動可看成是由速度為v0的勻速直線運(yùn)動和自由落體運(yùn)動的合運(yùn)動.不過，現(xiàn)在重力加速度g的方向與v0的方向相同，所以它是一種初速度不為零的勻加速直線運(yùn)動. 它的速度公式和位移公式為(a＝g) v＝v0+gt，. 學(xué)生活動:比較物體所做的豎直下拋運(yùn)動和自由落體運(yùn)動，并討論得出異同. 【教師精講】 豎直上拋運(yùn)動——物體以一定初速度沿著豎直方向向上拋出，僅在重力作用下物體所做的運(yùn)動叫做豎直上拋運(yùn)動. 豎直上拋物體的運(yùn)動可以看成是速度為v0的勻速直線運(yùn)動和自由落體運(yùn)動的合運(yùn)動.由于重力加速度g的方向與v0的方向相反，它是一種初速度不為零的勻減速直線運(yùn)動.由公式可直接得到描述豎直上拋物體運(yùn)動規(guī)律的速度公式和位移公式(a＝-g) v＝v0-gt， 在豎直上拋運(yùn)動中，當(dāng)物體的速度v＝0時，它便達(dá)到最大高度hm.豎直上拋運(yùn)動物體達(dá)到最大高度的時間tm可由下式得到 v0-gtm＝0, 所以, 將此結(jié)果代入，有. 因此，確定物體豎直上拋?zhàn)畲蟾叨鹊墓娇杀硎緸? 當(dāng)豎直上拋物體達(dá)到最高點(diǎn)后，通常要自由落下.因此，豎直上拋物體運(yùn)動的全過程通?？煞譃閮啥危荷蠏佭\(yùn)動段與自由落體運(yùn)動段，前者是初速度不為零的勻減速直線運(yùn)動過程；后者是初速度為零的自由落體運(yùn)動過程.上拋物體達(dá)到的最高點(diǎn)就是這兩個運(yùn)動的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，在轉(zhuǎn)折點(diǎn)處物體的速度為零. 【例題剖析】 高度100 m處有兩只氣球甲和乙正在以同一速度5 m/s分別勻速上升和勻速下降.此時，在這兩只氣球上各落下一物體.問：這兩個物體落到地面時它們的速度差、時間差，以及所經(jīng)過的路程差各是多少?(取g＝10 m/s2) 【教師精講】 (1)對于物體A：以脫離點(diǎn)(h0＝100 m)為參考點(diǎn)，物體A上拋的最大高度及所需時間分別為 因此，物體A落到地面時所經(jīng)過的路程為sA＝2hm+h0＝21.25m+100 m＝102.5 m. 由自由落體運(yùn)動公式可知，物體從最高點(diǎn)落到地面時的速度為. tA＝5s. (2)對于物體B：物體B做初速度為vOB＝5m/s的豎直下拋運(yùn)動，它到達(dá)地面時所經(jīng)過的路程為sB＝h0＝100 m 速度為vB＝45m/s 時間為tB＝4s. 因此，物體A和B落到地面時，它們的路程差、速度差、時間差分別為Δs＝sA-sB＝2.5 m Δv＝vA-vB＝0 Δt＝tA-tB＝1s. 【知識拓展】 (1)上述結(jié)果中，物體A和B落到地面時的速度差為零并非偶然.上拋物體到達(dá)最高點(diǎn)后自由落下，回至原上拋點(diǎn)處時的速度與該物體的初速度大小相等.因此，回落至上拋點(diǎn)后，物體A同物體B一樣做豎直下拋運(yùn)動，且初速度相同，它們到達(dá)地面時的末速度當(dāng)然也相同. (2)上拋物體到達(dá)最高點(diǎn)所需時間與其后自由落下回到原上拋點(diǎn)處的時間相等，因此物體A和B落到地面所需時間之差也可計算如下：Δt＝2tm＝20.5 s＝1 s. 【例題剖析】 從高樓上以20 m/s的初速度豎直向上拋出一物體(如圖).問：在1 s、4 s、5 s末該物體的位移及路程各是多少?(取g＝10 m/s2）. 【教師精講】 設(shè)坐標(biāo)系y軸沿豎直方向，指向向上；原點(diǎn)取在拋出點(diǎn).(1)求位移y： 利用公式：，可得1 s末：y1＝(201-1012) m＝15m 4s末：y2＝(204-1042) m＝0 5 s末：y3＝(205-1052)m＝-25m. (2)求所經(jīng)過的路程s： 因?yàn)樯蠏伒淖畲蟾叨?以拋出點(diǎn)為參考點(diǎn))為hm＝20 m，達(dá)到此高度所需時間為tm＝2s，所以s1＝y(tǒng)1＝15m， s2＝2hm＝40m， s3＝2hm+(-y3)＝65m， 其中(-y3)為y3的絕對值. 【鞏固練習(xí)】 1．一只氣球從地面由靜止開始勻加速豎直上升，加速度a=2 m/s2，5s末有一個物體從氣球上掉落下來，問該物體經(jīng)多長時間落到地面？ 【教師精講】 方法一：研究對象是從氣球上掉落下來的物體，當(dāng)它從氣球上掉下來的那一瞬間，它與氣球具有相同的、豎直向上的速度：v0=at=10 m/s；這一瞬間， 物體的高度. 物體從氣球上掉下以后，只受重力作用，有豎直向下的重力加速度.由于有初速度v0，物體豎直向上做勻減速運(yùn)動.經(jīng)時間t1，速度減少到零，時間 在這t1=1s的時間里，物體上升的高度 即當(dāng)物體速度為零時，它離地面的高度H=h+h′=30 m；隨后，物體將從H=30 m的高度自由下落，自由下落的時間為t2， 由,可得. 可見，物體從氣球上掉下，到落到地面共用時間： t=t1+t2≈3.45 s. 方法二：物體脫離氣球時高度h=25m；瞬時速度v0=10m/s，豎直向上.物體脫離氣球以后，做初速度為v0、加速度為-g的勻減速運(yùn)動.取豎直向上的方向（也就是v0的方向）為正方向，當(dāng)物體落到地面時，它的位移為-h，這個位移所用時間為t，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的公式可得： 代入已知量，可以得到關(guān)于時間t的一元二次方程： 5t2-10t-25=0 舍去負(fù)根，得t≈3.45 s. 2．一只皮球在離地面h1=4.5 m高的地方，以速度v1=12m/s豎直向下拋出，與地面撞擊以后豎直向上彈跳起來，彈跳起來的速度是撞擊前速度的0.8倍.已知皮球運(yùn)動中受到的空氣阻力是其重力的0.1倍，試求皮球跳起的高度. 【教師精講】 皮球拋出后受重力與空氣阻力作用，重力使皮球有豎直向下的加速度，其大小為g=10 m/s2；空氣阻力與皮球的運(yùn)動方向相反，它使皮球產(chǎn)生豎直向上的加速度，大小為0.1g=1 m/s2；根據(jù)矢量合成原理，皮球拋出后的合加速度為a1=9 m/s2，方向豎直向下.可見皮球拋出后做初速度為v1=12m/s、加速度為a1=9 m/s2的勻加速運(yùn)動，到達(dá)地面時位移為h1=4.5 m，它與地面撞擊的速度v2可由公式v22-v12=2a1h1求得： 皮球從地面彈跳起來的速度為： v0=0.8v2=12m/s 皮球向上運(yùn)動時，受到豎直向下的重力和空氣阻力作用，合加速度豎直向下，大小為a2=11m/s2，由此可得皮球彈跳起的高度為： . 3．一個熱氣球停在空中某一高度h處，某時刻甲物體從熱氣球下的吊籃中自由落下，經(jīng)時間t0=3 s后，吊籃中的人以初速度v0=40m/s豎直向下拋出乙物體.試求：（1）乙物體經(jīng)多長時間與甲物體相遇？（2）如乙物體拋出后5 s落到地面上，求吊籃離地面的高度多大？ 【教師精講】 （1）設(shè)乙物體拋出后經(jīng)t s與甲物體相遇，這時甲物體與吊籃的距離： 乙物體與吊籃相距： 甲、乙相遇，則s1=s2，即 解得. （2）吊籃離地面的高度由乙物體5 s內(nèi)的位移大小決定： . 4．從空中足夠高的某點(diǎn)，以相等的速率v0豎直向上和豎直向下同時各拋出一個物體，試求這兩個物體之間的距離與時間的關(guān)系. 【教師精講】 設(shè)物體拋出時開始計時，拋出后t秒，這兩個物體相對于拋出點(diǎn)向上和向下的位移分別為： 時刻t，這兩個物體相距： s=s1+s2=2v0t 即v0一定時，兩物體間的距離與時間成正比. 課堂小結(jié) 1.豎直下拋運(yùn)動——物體以一定初速度沿著豎直方向向下拋出，僅在重力作用下物體所做的運(yùn)動叫做豎直下拋運(yùn)動. 2.豎直上拋運(yùn)動——物體以一定初速度沿著豎直方向向上拋出，僅在重力作用下物體所做的運(yùn)動叫做豎直上拋運(yùn)動. 布置作業(yè) 課本P52作業(yè)2、3、4、5. 板書設(shè)計 1.豎直下拋運(yùn)動——物體以一定初速度沿著豎直方向向下拋出，僅在重力作用下物體所做的運(yùn)動叫做豎直下拋運(yùn)動. v＝v0+gt . 2.豎直上拋運(yùn)動——物體以一定初速度沿著豎直方向向上拋出，僅在重力作用下物體所做的運(yùn)動叫做豎直上拋運(yùn)動. v＝v0-gt， . 活動與探究 1.用一只停表可以簡便地測出玩具手槍子彈射出的速度.讓子彈從槍口豎直向上射出，用停表測出子彈從射出槍口到落回原地經(jīng)過的時間，即可求出子彈射出的速度.你實(shí)際做一下，并求出結(jié)果來. 2.皮球自由落下后將與地面不斷地碰撞、反彈，最后趨于靜止.(1)從物理學(xué)上對該過程進(jìn)行描述；(2)考察皮球每次反彈的高度隨時間的變化關(guān)系；（3）對上述結(jié)果進(jìn)行討論，看看是否有某種規(guī)律性.