《高中物理新课标人教版必修2优秀教案： 文本式教学设计 质点在平面内的运动》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理新课标人教版必修2优秀教案： 文本式教学设计 质点在平面内的运动（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、读 万 卷 书 行 万 里 路2 质点在平面内的运动文本式教学设计整体设计 本节提供了一种解决复杂运动的基本方法，即运动的合成与分解.通过运动的合成与分解，我们可以把复杂运动看成是几个简单运动的合运动，通过研究分运动的性质和轨迹来确定合运动的性质和轨迹，通过研究简单的直线运动的规律，来进一步研究曲线运动的规律.例如：平抛运动、机械振动.这一方法，不仅在力学中广泛应用，而且在电磁学中也有广泛应用.例如，带电粒子在电场、磁场中的运动，带电粒子以一定角度射入匀强磁场中的螺旋运动，就需要运用运动的合成与分解方法来分析解决. 通过本节的学习，进一步巩固了矢量合成的一般法则平行四边形定则，进一步强化了矢量
2、运算的可逆性原理和等效思想. 教学重点1.理解运动的合成与分解的概念.2.掌握运动的合成与分解的方法. 教学难点1.在具体问题中，判断合运动和分运动.2.理解两个直线运动的合运动可以是直线运动，也可以是曲线运动.课时安排 2课时三维目标知识与技能1.在具体情景中，知道合运动、分运动分别是什么，知道其同时性和独立性.2.知道运动的合成与分解，理解运动的合成与分解遵循平行四边形定则.3.会用作图和计算的方法，求解位移和速度的合成与分解问题.过程与方法1.通过对抛体运动的观察和思考，了解一个运动可以与几个不同的运动效果相同，体会等效替代的方法.2.通过观察和思考演示实验，知道运动的独立性,学习化繁为
3、简的研究方法.3.掌握用平行四边形定则处理简单的矢量运算问题的方法.情感态度与价值观 通过讨论与交流，培养勇于表达的习惯和用科学语言严谨表达的能力.课前准备教具准备：多媒体课件、小球、演示红蜡烛运动的装置.知识准备：力的合成与分解知识.教学过程导入新课演示导入教师演示： 对于演示中的直线运动，不管是匀速直线运动还是匀加速直线运动，都可以建立一维坐标，据它们各自的运动规律，可以确定任意时刻质点的位置，进而知道它的运动轨迹.如果研究上面的抛体等较复杂的运动，该怎么办呢？ 本节课我们就来学习质点在平面内的运动.复习导入上节课我们学习了曲线运动的定义、性质及物体做曲线运动的条件，回顾一下这几个问题：1
4、.什么是曲线运动?2.怎样确定做曲线运动的物体在某一时刻的速度方向? 3.物体在什么情况下做曲线运动?学生就问题回忆作答：1.运动轨迹是曲线的运动是曲线运动.2.质点在某一点的速度方向沿曲线在这一点的切线方向.3.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.对曲线运动,我们有了一个大概的认识，但我们还没有对曲线运动进行深入的研究.要研究曲线运动需要什么样的方法呢?这节课我们就来研究这个问题.推进新课合作与交流：我们是怎样研究直线运动的？ 可以沿着物体或质点运动的轨迹建立直线坐标系，通过物体或质点坐标的变化可以确定其位移，从而达到研究物体运动过程的目的.一个物体以初速度v
5、0、加速度a0做匀加速直线运动，经过时间t，物体的位移x=v0t+,物体的速度为v=v0+at，这是同学们熟知的规律.这里我们可以把物体的位移x看成x=x1+x2的形式，其中x1=v0tx2=可以把物体的速度v看成v=v1+v2的形式，其中v1=v0,v2=a0t.可以将物体的加速度a看成a=a1+a2的形式，其中a1=0,a2=a0.问题1：对于x1、v1、a1所代表的运动属于哪种形式？问题2：对于x2、v2、a2所代表的运动属于哪种形式？明确：1.对于前者，质点的运动轨迹是直线，位移均匀增大，速度不变，加速度为零，故这种运动为匀速直线运动.2.对于后者，质点运动轨迹是直线，位移增大得越来越
6、快，初速度为零，速度均匀增大，加速度保持不变，所以这种运动为初速度为零的匀加速直线运动.现在我们可以看到，我们已经把这个物体的运动分解成了两个运动：其一是速度为v0的匀速直线运动;其二是同方向的初速度为0、加速度为a0的匀加速直线运动.可以说这种方法可以将比较复杂的一个运动转化成两个或几个比较简单的运动.这种方法我们称为运动的分解.实际上运动的分解不仅能够应用在直线运动中，对于曲线运动它同样适用.下面我们就来探究一下怎样应用运动的合成与分解来研究曲线运动.实验与探究 如图所示，在一端封闭、长约1 m的玻璃管内注满清水.水中放一红蜡做的小圆柱体R，将玻璃管的开口端用胶塞塞紧.(图甲) 将这个玻璃
7、管倒置(图乙)，蜡块R就沿玻璃管上升.如果旁边放一把米尺，可以看到蜡块上升的速度大致不变，即蜡块做匀速直线运动. 再次将玻璃管上下颠倒，在蜡块上升的同时将玻璃管水平向右匀速移动，观察蜡块的运动.(图丙)问题：在黑板的背景前观察由甲到乙的过程,可以发现蜡块做的是匀速直线运动，而过程丙中蜡块做的是什么运动呢?注明：学生回答可能很多情况，教师要注意引导学生大胆猜测，但不能给出具体的答案，为下面的探索奠定基础.教师引导：对于直线运动，很明显，其运动轨迹就是直线，直接建立直线坐标系就可以解决问题，但如果是一个运动轨迹不确定的运动还能这样处理吗?很显然是不能的，这时候我们可以选择平面内的坐标系了.比如选择
8、我们最熟悉的平面直角坐标系.下面我们就来看一看怎样在平面直角坐标系中研究物体的运动.一、蜡块的位置 建立如图所示的平面直角坐标系：选蜡块开始运动的位置为原点，水平向右的方向和竖直向上的方向分别为x轴和y轴的正方向. 在观察中我们已经发现蜡块在玻璃管中是匀速上升的，所以我们设蜡块匀速上升的速度为vy，玻璃管向右匀速运动的速度为vx，从蜡块开始运动的时刻开始计时，我们就可以得到蜡块在t时刻的位置P(x，y).问题：我们该如何得到点P的两个坐标呢?学生讨论：蜡块在两个方向上做的都是匀速直线运动，所以x、y可以通过匀速直线运动的位移公式x=vt获得，即 x=vxt y=vyt 这样我们就确定了蜡块运动
9、过程中任意时刻的位置，然而要知道蜡块做的究竟是什么运动这还不够，我们还要知道蜡块的运动轨迹是什么样的.二、蜡块的运动轨迹 在数学上，关于x、y两个变量的方程可以代表一条直线或曲线.现在我们要找蜡块运动的轨迹，实际上我们只要找到表示蜡块运动轨迹的方程就可以了.问题：观察我们刚才得到的关于蜡块位置的两个方程，发现在这两个关系式中,除了x、y之外还有一个变量t,我们应该如何来得到蜡块的轨迹方程呢?讨论：根据数学上的消元法.我们可以从这两个关系式中消去变量t，就可以得到关于x、y两个变量的方程了.实际上我们前面得到的两个关系式就相当于我们在数学上学到的参数方程，消t的过程实际上就是消参数的过程.由蜡块
10、的位置坐标不难得到其轨迹方程：y=可见，该方程代表的是一条过原点的直线，即蜡块相对于黑板做直线运动.问题探究 假如我们不是以蜡块开始运动时的位置作为坐标原点，关于其运动轨迹的研究结论是否一致呢？ 如图所示，我们设蜡块开始运动时的位置P的坐标为（x0，y0），则时刻t时蜡块所处位置Q的坐标为x=x0+vxt，y=y0+vyt两式消去t，即得 y=x+(y0-x0) 由于vy、vx、x0、y0都是常量，该方程代表的还是一条倾斜直线.所以，坐标原点乃至坐标轴方向的选取都不会影响对物体运动轨迹特点的研究结论. 既然这个方程所表示的直线就是蜡块的运动轨迹，那如果我们要找出蜡块在任意时刻的位移，是不是就可
11、以通过这条直线来实现呢?三、蜡块的位移 蜡块开始运动时处于坐标原点O（0，0），经时间t运动至P（vxt,vyt），所以蜡块在此过程中的位移大小即线段OP的长度 sOP=.蜡块位移s的大小我们还可以这样求解：如图所示，在时间t内，蜡块在x方向发生的位移为sx=vxt，在y方向发生的位移为sy=vyt，蜡块实际发生的位移就是以sx、sy为邻边构成的矩形的对角线，显然有 s=图中的正切tan=.四、蜡块的速度 物体在某过程中的速度等于该过程的位移除以发生这段位移所需要的时间.前面我们已经求出了蜡块在任意时刻的位移的大小OP=,所以我们可以直接计算蜡块的速度.学生推导速度公式：v=.分析：vy、vx
12、都是常量，v=也是常量.也就是说蜡块的速度是不发生变化的，即蜡块做的是匀速直线运动. 在这个实验中，我们看到的蜡块实际的运动是相对于黑板向右上方的运动，它是由向上和向右的两个分运动来构成的，我们把蜡块沿玻璃管向上的运动和它随着玻璃管向右的运动，都叫做这个运动的两个分运动；而蜡块相对于黑板向右上方的运动叫做合运动.概念：由分运动求合运动的过程叫做运动的合成； 由合运动求分运动的过程叫做运动的分解.实验与探究 （flash演示，探究运动的独立性) 在下图装置中，两个相同的弧形轨道M、N，分别用于发射小铁球P、Q；两轨道上端分别装有电磁铁C、D；调节电磁铁C、D的高度，使AC=BD，从而保证小铁球P
13、、Q在轨道出口处的水平初速度v0相等.操作：将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小铁球能以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的下端射出；增大或者减小轨道M的高度，只改变小铁球P到达桌面时速度的竖直方向分量的大小，再进行实验.结果：两小球总是同时到达E处，发生碰撞.结论：实验结果显示，改变小球P的高度,两个小球仍然会发生碰撞.说明沿竖直方向距离的变化，虽然改变了两球相遇时小球P沿竖直方向速度分量的大小,但并不改变小球P沿水平方向的速度分量大小.因此，两个小球一旦处于同一水平面，就会发生碰撞.这说明小球在竖直方向上的运动并不影响它在水平方向上的运动.例1 如果在前面所做的实验
14、中玻璃管长90 cm，红蜡块由玻璃管的一端沿管匀速地竖直向上运动，同时匀速地向右水平移动玻璃管，当玻璃管水平移动了80 cm时，红蜡块到达玻璃管的另一端.整个运动过程所用的时间为20 s，求红蜡块运动的合速度.解答：竖直方向的分速度v1=0.045 m/s水平方向的分速度v2=0.04 m/s合速度:v=6.010-2 m/s合速度与合位移的方向相同，可以让学生用这种方法求合位移.交流与探究 现在我们探讨了蜡块在玻璃管中的运动，请大家考虑实际生活中我们遇到的哪些物体的运动过程与蜡块相似.典型事例：小船过河,对小船在水里的运动加以讨论.课件展示：（flash） 分别选择“船在静水”和“船在流水”
15、中按钮，演示船的运动情况，还可以利用课件改变船速和水流速度以及小船的运动方向，让学生感性理解运动的合成与分解.参考：小船过河时的运动情况和蜡块在玻璃管中的运动基本是相同的.首先小船过河时它会有一个自己的运动速度，当它开始行走的时候，同时由于水流的作用，它要顺着水流获得一个与水的运动速度相同的速度.小船自己的速度一般是与河岸成一定角度的，而水流给小船的速度却是沿着河岸的,所以小船实际的运动路径是这两个运动合成的结果,而合速度的大小取决于这两个速度的大小和方向.例2 已知某船在静水中的速率为v1=4 m/s，现让船渡过某条河，假设这条河的两岸是理想的平行线，河宽为d=100 m，河水的流动速度为v2=3 m/s，方向与河岸平行.试分析：(1)欲使船以最短时间渡过河去，航向怎样？最短时间是多少？到达对岸的位置怎样？船发生的位移是多大？(2)欲使船渡河过程中的航行距离最短，船的航向又应怎样？渡河所用时间是多少？分析：船同时参与了这样两个运动：一是船相对于水的运动，其速度就是船在静水中
