《物理（医药卫生类）》教案 高职 3.4抛体运动

3.4抛体运动医药卫生类教学目标：1.知道抛体运动和平抛运动的概念，知道抛体运动的受力特点，会用运动的合成与分解的方法对抛体运动进行理论分析，建立运动与力之间的关系，培养相互作用观念，知道抛体运动是匀变速曲线运动。（物理观念与应用）2.认识平抛模型是在不计空气阻力的前提下，物体以一定的初速度沿水平方向抛出，只在重力作用下所做的运动模型。理解平抛运动的规律，能在熟悉情境中运用平抛运动模型解决问题。能利用已知的直线运动的规律来研究复杂的曲线运动，渗透“化曲为直”、“化繁为简”、“等效替换”等重要的物理思想。（科学思维与创新）3.学习科学探究的基本步骤，能根据实验现象总结平抛运动特点，进一步归纳分析出平抛运动的规律。通过实例分析，体会平抛运动的规律。（科学探究与实践）4.通过用平抛运动的知识解决和解释自然、生活和生产中的现象，体会物理学的应用价值，体验物理与生活的紧密联系，增强学习物理的兴趣。通过对抛体运动问题的分析与计算，提升逻辑思维，培养严谨认真、实事求是的科学态度。（科学态度与责任）教学重点：1.通过对实验与生活现象的观察，引导学生总结平抛运动的特点。2.通过对平抛运动的理论分析，引导学生建构平抛运动的物理模型，掌握平抛运动的一般规律。教学难点：在熟悉的情景中，能运用平抛运动的模型解决问题，体会“化曲为直”、“化繁为简”、“等效替换”等的科学思想。教学方法：讲授法、讨论法教学准备：实验器材：乒乓球多媒体材料：课程PPT（内含情景视频与图片等）教学过程：新课导入不考虑空气阻力等其他因素的影响，观察以下图片中荡树枝飞起猴子、从崖边跳水的小狗、跳跃过山崖的羚羊的运动有那些共同特点？物体运动的初始状态速度如何？（都具有初速度）受力情况如何？（只受到重力的作用）教师演示：准备一个乒乓球，教师分别进行竖直上抛、竖直下抛、平抛和斜抛的抛球演示，引导学生思考在忽略空气阻力等因素的影响下，以不同形式抛出的乒乓球运动有那些共同特点？（乒乓球运动的初始状态速度如何、受力情况如何、运动轨迹如何？）抛体运动的定义：以一定的初速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，仅在重力作用下物体所做的运动叫做抛体运动。抛体运动又分为竖直上抛运动、竖直下抛运动、平抛运动和斜抛运动。物体做竖直上抛运动和竖直下抛运动时，初速度方向与重力方向在同一条直线上，物体做直线运动，运动轨迹为直线。而当物体的初速度沿水平方向或与水平方向成一定角度时，称物体做平抛运动或斜抛运动。平抛运动或斜抛运动初速度方向与重力方向不在同一条直线上，物体做曲线运动，运动轨迹为曲线。本节课的主要学习内容为平抛运动。新课讲授情境引入：在实际生活中有很多抛体运动的例子。例如，飞机水平飞行时投弹，投下的炸弹做平抛运动。要使炸弹命中目标，飞机应该在离目标有一定距离时投弹，这个距离是多少呢？3.4.1平抛运动1.平抛运动规律（1）平抛物体的运动特点在上一节“探究平抛运动的特点”实验中，我们通过实验探究了平抛运动的特点，如图所示，在忽略空气阻力条件下，物体只受到重力的作用，初速度方向与重力方向垂直，即初速度方向沿水平方向。本节我们将从理论分析的角度，对平抛运动的规律作进一步分析。由运动的合成与分解及运动的独立性分析可知，将平抛运动分解为两个方向的直线运动（化曲为直思想），即水平方向的匀速直线运动和竖直方向的初速度为0的匀加速直线运动。利用这个规律，我们也可以研究飞机投弹精准命中目标的问题。2.平抛运动的规律问题1：炸弹从沿水平方向飞行的飞机上竖直掷出后，炸弹做平抛运动，其运动的速度如何随时间变化？可以将炸弹的运动简化为具有一定质量的质点。在研究物体的运动时，建立合适的坐标系很重要。在研究直线运动时，我们最好沿着这条直线建立一维坐标系，在研究物体在平面内的运动时，选择平面直角坐标系。如图所示，以炸弹从沿水平方向飞行的飞机上竖直掷出后瞬间的位置为坐标原点O，设炸弹被击飞出的瞬间初速度为v0（方向：水平向右），炸弹离开飞机后只受到重力的作用（方向：竖直向下），因以水平向右的方向和竖直向下的方向分别为x轴和y轴的正方向，建立平面直角坐标系。炸弹在重力作用下做平抛运动，且平抛运动是一个匀变速曲线运动。炸弹在水平与竖直两个方向上受力及运动情况如下表。初速度受力情况加速度运动情况水平方向v不受力0匀速直线运动竖直方向0竖直向下的重力g匀加速直线运动（自由落体）水平方向物体做匀速直线运动，也就是速度始终不变vx=v0。竖直方向物体做自由落体运动，初速度为0，末速度就是vy=gt。如图所示，根据矢量运算法则，速度矢量v和它的两个分矢量vx、vy的三个有向线段正好构成一个矩形的对角线和一对邻边。应用勾股定理，可以求出速度的大小v=vx2结论1：平抛运动物体的速度随时间变化关系为水平方向上:v竖直方向上:v合速度大小：v=vx2速度是一个矢量，有大小和方向，假设某时刻平抛运动中速度方向与水平方向的夹角为θ。可以通过求出∠θ的正切值求得此时速度方向。结论2：平抛运动物体在某时刻的速度方向tan问题2：炸弹从沿水平方向飞行的飞机上竖直掷出后，炸弹做平抛运动，炸弹的位移如何随时间变化？炸弹从沿水平方向飞行的飞机上竖直掷出后，炸弹被掷出后相对于飞出点（坐标原点）的位移大小、方向都在变化。这种情况下我们就要分别研究它在水平和竖直两个方向上的分位移x和y。如图所示，水平方向物体不受力的作用，因此做匀速直线运动，也就是速度始终不变vx=v0。根据物体做匀速直运动位移与时间的关系可知，水平分位移与时间的关系是x=竖直方向物体受重力作用，做自由落体运动，因此竖直分位移与时间的关系是y=12gt2。根据矢量运算法则，位移矢量S和它的两个分矢量x、y构成一个矩形的对角线和一对邻边。应用勾股定理，s=结论1：平抛运动物体的位移大小随时间的变化关系水平方向上：x=v0t竖直方向上：y=合位移大小：s=x结论2：平抛运动的位移方向位移是矢量，即有大小还有方向，假设平抛运动中位移方向与水平方向的夹角为α，如图所示，可以通过求出∠α的正切值求得位移的方向与x轴的夹角，即tanα=问题3：炸弹从沿水平方向飞行的飞机上竖直掷出后，炸弹做平抛运动，运动的轨迹如何？在平面直角坐标系中如何表示其运动的轨迹方程？水平方向上：x=v0t；竖直方向上：y=12g结论：平抛运动的轨迹方程平抛运动竖直位移y和水平位移x的关系，是一个二次函数。根据初中数学知识可知平抛运动的轨迹是一条抛物线。问题4：物体做平抛运动的速度方向的正切值和位移方向的正切值有怎样的数量关系呢？这个关系有着怎样的含义呢？由于tanθ=v可以直接得到两者的数量关系：tanθ=2tanα。由图可知，速度的反向延长线交于水平位移的中点。（二）例题讲解例题1：桌面上一只盘子由于滑得太快，以至于滑出了桌子边缘。桌面高1.05m,盘子滑出桌子边缘时的速度0.74m/s。那么该盘子在空中的运动时间是多少？它落地时离开桌子边缘的距离是多少？（g取9.8m/s2）

分析：盘子滑出桌子边缘后做初速度为0.74m/s的平抛运动。以盘子从桌子边缘滑出的点为坐标原点，取盘子的水平速度方向为x轴正方向，取竖直向下的方向为y轴正方向。由平抛运动规律可求解盘子在空中的运动时间及盘子离开桌子边缘的距离.解：分别考虑竖直方向和水平方向的运动。在竖直方向上h=12t=2ℎg=在水平方向上x=v0t，可求出盘子落地时离开桌子边缘的距离，即x=v0t=0.74×0.46≈0.34m反思与拓展：当人在同一位置以不同的初速度水平抛出物体时，物体的落地点不同，但每个物体的落地时间相同。请你说说这是为什么？分析：这里位置相同意味着物体做平抛运动的高度相同，由y=12gt例题2：飞机水平飞行时投弹，投下的炸弹做平抛运动。假设飞机在距地面810m的高空以60m/s匀速飞行，要使炸弹命中目标，飞机应该在离目标有一定距离时投弹，这个距离是多少呢？（g=10m/s；忽略空气阻力）分析：从飞机上投放的物资在离开飞机的瞬间具有与飞机相同的水平初速度。在忽略空气阻力的情況下，炸弹在下落过程中只受重力作用，所以离开飞机后的炸弹做平抛运动，根据平抛运动的规律可求解飞行员应在距目标水平距离多远处投放炸弹的问题。

解：以炸弹从飞机释放的位置为原点O，建立平面直角坐标系，x轴沿水平方向，y轴沿竖直方向。分别考虑竖直方向和水平方向的运动，列出已知量和未知量。水平方向：物资做匀速直线运动，已知初速度v0=60m/s。未知量：时间t、距离x应用y轴方向的运动方程y=1t=2yg=应用x方向的运动方程求出飞行员投放物资处距离目标的水平距离为x=v0t=60×92所以飞机应该在距目标水平距离为764m的地方开始投放物资。例3：某同学在砖墙前的某一高处以水平速度1m/s抛出一石头，石头在空中运动的部分轨迹照片如图所示.从照片可看出石头恰好垂直打在一倾角为37°的斜坡上的A点。求石头下落到斜面时的竖直方向的速度。（tan53°分析：将石头下落到斜面时的垂直斜面的的速度沿水平方向和竖直方向正交分解，设该速度方向与水平方向的夹角为θ，由于该速度方向与斜面方向垂直，得到θ=53°。因此可以得到：tanθ将tan53°≈1.327，vxvy≈3.4.2斜抛运动如下图所示，标枪和足球做所的运动就是斜抛运动。斜抛运动的定义：斜抛运动是指物体以一定的初速度斜向抛射出去，在空气阻力可以忽略的情况下，物体所做的运动。由于斜抛运动的加速度是重力加速度，且加速度与速度方向之间有夹角，因此，斜抛运动是匀变速曲线运动，它的运动轨迹是抛物线。斜抛运动的三要素射程、射高和飞行时间。如图所示，射程是指在一定的高度和初速度下，物体被抛出后所经过的水平距离；射高是指物体被抛出后所达到的最高点与抛出点之间的垂直距离；飞行时间是指物体从抛出点到落点的总时间。生活情景：任意球是一种在足球比赛中发生犯规后重新开始比赛的方法，一般对方球员在禁区外犯规时，就会判罚给本方一个任意球。任意球分两种：直接任意球（踢球队员可将球直接射入犯规队球门得分）及间接任意球（踢球队员不得直接射门得分，球在进入球门前必须被其他队员踢或触及）。在足球比赛中，当一方获得任意球机会时，球员通常会根据场上形势和防守方的站位来选择最佳的抛射角和初速度。这个选择直接决定了足球的飞行轨迹、射高和射程，进而影响到球是否能成功绕过防守球员并进入球门。实验及研究表明，当初速度与水平方向之间的夹角一定时，初速度越大，斜抛物体达到的射高和射程越大，当初速度大小一定，初速度方向与水平方向之间的夹角为45°时，射程最大。课堂小结知识梳理抛体运动以一定的初速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，仅在重力作用下物体所做的运动叫做抛体运动。2、平抛运动的速度水平方向上匀速直线运动:v竖直方向上初速度为0的匀加速直线运动:v合速度：v=vx2tan3、平抛运动的位移水平方向上：x=v0t竖直方向上：y=合位移：s=xtan斜抛运动斜抛运动是指物体以一定的初速度斜向抛射出去，在空气阻力可以忽略的情况下，物体所做的运动。重点强调：理解平抛运动模型的建构过程，掌握用平抛运动模型的规律，解决实际生活中的问题的科学方法。四、课堂练习及作业布置课堂练习：1.对平抛运动的物体，若g已知，再给出下列哪组条件，可确定其初速度大小()A．水平位移B．下落高度C．落地时速度大小和方向D．落地位移大小和方向答案： D2.某同学在篮球场地上做斜上抛运动实验，设抛出球的初速度为20m/s，抛射角分别为30°、45°、60°、75°，不计空气阻力，则关于球的射程，以下说法中正确的是()A．以30°角度抛射时，射程最大B．以45°角度抛射时，射程最大C．以60°角度抛射时，射程最大D．以75°角度抛射时，射程最大答案：B3.（多选）如图所示，一架战斗机在距地面高度一定的空中，由东向西沿水平方向匀速飞行，发现地面目标后，开始瞄准并投掷炸弹。若炸弹恰好击中目标P，假设投弹后飞机仍以原速度水平匀速飞行，空气阻力不计（）A.飞机投弹