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

1、3.2 豎直方向上的拋體運(yùn)動(dòng)在直線運(yùn)動(dòng)中，勻速運(yùn)動(dòng)與初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，是兩種最簡單的運(yùn)動(dòng)形態(tài).其他的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)都可以看作是這兩種簡單運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng).從運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系看，做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體所受力的合力為零，做勻加速直線運(yùn)動(dòng)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(jì)空氣阻力的影響時(shí)，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(dòng)可歸結(jié)為兩個(gè)模型（或稱兩種過程）.第一個(gè)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(dòng)；第二個(gè)模型把它看作是豎直向上、速度為v0的勻速直線運(yùn)動(dòng)與豎直向下的自由落體運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng).對豎直下拋

2、運(yùn)動(dòng)，也有兩個(gè)模型，第一個(gè)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(dòng)；第二個(gè)模型則把它看作是豎直向下的勻速直線運(yùn)動(dòng)與自由落體運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng).如考慮空氣阻力的作用，則物體在運(yùn)動(dòng)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(dòng)中的物體有兩個(gè)獨(dú)立的加速度：一個(gè)是重力引起的豎直向下的重力加速度，另一個(gè)是空氣阻力引起的，其方向與運(yùn)動(dòng)方向相反.所以，在考慮空氣阻力作用時(shí)，豎直方向上的拋體運(yùn)動(dòng)，用運(yùn)動(dòng)合成的模型來看，它是三個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)：第一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)是豎直向上或豎直向下的勻速直線運(yùn)動(dòng)；第二個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)是豎直向下的自由落體運(yùn)動(dòng)；第三個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)是初速度為零的勻變速直線運(yùn)動(dòng)，其加速度大小由空氣阻

3、力的大小決定，方向總與運(yùn)動(dòng)方向相反.用運(yùn)動(dòng)合成的觀點(diǎn)（模型）分析復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，是把復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)分解為簡單的運(yùn)動(dòng)，認(rèn)為復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)是簡單運(yùn)動(dòng)的合成，這既是認(rèn)識(shí)的深化，也是研究問題的方法，是認(rèn)識(shí)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(dòng)的兩個(gè)模型，是對同一個(gè)具體問題的兩種認(rèn)識(shí)，也可以說是從兩個(gè)不同角度研究同一個(gè)物理過程.就整體而言，豎直方向上拋體的運(yùn)動(dòng)是一種勻變速運(yùn)動(dòng)，因此我們統(tǒng)一用勻變速運(yùn)動(dòng)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(dòng)；2.豎直上拋運(yùn)動(dòng).教學(xué)難點(diǎn) 豎直上拋運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的分析.教具準(zhǔn)備 多媒體設(shè)備.課時(shí)安排1課時(shí)三維目標(biāo)一、知識(shí)與技能1.知道什么是豎直下拋運(yùn)動(dòng)

4、，能從運(yùn)動(dòng)的合成角度，知道豎直下拋運(yùn)動(dòng)可以看成在同一直線上哪兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng);2.知道什么是豎直上拋運(yùn)動(dòng)，能從運(yùn)動(dòng)的合成角度，知道豎直上拋運(yùn)動(dòng)可以看成在同一直線上哪兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng);3.理解處理上拋運(yùn)動(dòng)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(dòng)的研究，提高學(xué)生用合成思想分析運(yùn)動(dòng)的能力.三、情感態(tài)度與價(jià)值觀使學(xué)生會(huì)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(huì)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(gè)

5、物理問題：此時(shí)如果從氣球上落下一個(gè)物體，那么，該物體將做怎樣的運(yùn)動(dòng)呢？你能否描述一下這個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)過程？關(guān)于這個(gè)問題就是我們今天要研究的課題豎直方向的拋體運(yùn)動(dòng).推進(jìn)新課【教師精講】豎直下拋運(yùn)動(dòng)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(dòng)叫做豎直下拋運(yùn)動(dòng).豎直下拋物體的運(yùn)動(dòng)可看成是由速度為v0的勻速直線運(yùn)動(dòng)和自由落體運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng).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(dòng).它的速度公式和位移公式為(ag) vv0+gt，.學(xué)生活動(dòng):比較物體所做的豎直下拋運(yùn)動(dòng)和自由落體運(yùn)動(dòng)，并討論得出異同.【教師精講】豎直上拋運(yùn)動(dòng)物體以一定初速度沿

6、著豎直方向向上拋出，僅在重力作用下物體所做的運(yùn)動(dòng)叫做豎直上拋運(yùn)動(dòng).豎直上拋物體的運(yùn)動(dòng)可以看成是速度為v0的勻速直線運(yùn)動(dòng)和自由落體運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng).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(dòng).由公式可直接得到描述豎直上拋物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的速度公式和位移公式(a-g)vv0-gt，在豎直上拋運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)物體的速度v0時(shí)，它便達(dá)到最大高度hm.豎直上拋運(yùn)動(dòng)物體達(dá)到最大高度的時(shí)間tm可由下式得到v0-gtm0,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(dòng)的全過程通?？煞譃閮啥危荷蠏佭\(yùn)動(dòng)段

7、與自由落體運(yùn)動(dòng)段，前者是初速度不為零的勻減速直線運(yùn)動(dòng)過程；后者是初速度為零的自由落體運(yùn)動(dòng)過程.上拋物體達(dá)到的最高點(diǎn)就是這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)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(shí)，在這兩只氣球上各落下一物體.問：這兩個(gè)物體落到地面時(shí)它們的速度差、時(shí)間差，以及所經(jīng)過的路程差各是多少?(取g10 m/s2)【教師精講】(1)對于物體A：以脫離點(diǎn)(h0100 m)為參考點(diǎn)，物體A上拋的最大高度及所需時(shí)間分別為因此，物體A落到地面時(shí)所經(jīng)過的路程為sA2hm+h021.25m+100 m102.5 m.由自由落體運(yùn)動(dòng)公式可

8、知，物體從最高點(diǎn)落到地面時(shí)的速度為.tA5s.(2)對于物體B：物體B做初速度為vOB5m/s的豎直下拋運(yùn)動(dòng)，它到達(dá)地面時(shí)所經(jīng)過的路程為sBh0100 m速度為vB45m/s時(shí)間為tB4s.因此，物體A和B落到地面時(shí)，它們的路程差、速度差、時(shí)間差分別為ssA-sB2.5 mvvA-vB0ttA-tB1s.【知識(shí)拓展】(1)上述結(jié)果中，物體A和B落到地面時(shí)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(shí)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(dòng)，且初速度相同，它們到達(dá)地面時(shí)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(shí)間與其后自

9、由落下回到原上拋點(diǎn)處的時(shí)間相等，因此物體A和B落到地面所需時(shí)間之差也可計(jì)算如下：t2tm20.5 s1 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g10 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) m15m4s末：y2(204-1042) m05 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hm20 m，達(dá)到此高度所需時(shí)間為tm2s，所以s1y

10、115m，s22hm40m，s32hm+(-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(gè)物體從氣球上掉落下來，問該物體經(jīng)多長時(shí)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(dòng).經(jīng)時(shí)間t1，速度減少到零，時(shí)間在這t1=1s的時(shí)間里，物體上升的高度即當(dāng)物體速度為零時(shí)，它離地面的

11、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(shí)間為t2，由,可得.可見，物體從氣球上掉下，到落到地面共用時(shí)間：t=t1+t23.45 s.方法二：物體脫離氣球時(shí)高度h=25m；瞬時(shí)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(dòng).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(shí)，它的位移為-h，這個(gè)位移所用時(shí)間為t，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的公式可得：代入已知量，可以得到關(guān)于時(shí)間t的一元二次方程：5t2-10t-25=0舍去負(fù)根，得t3.45 s.2一只皮球在離地面h1=4.5 m高的地方，以速度v1=12m/

12、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(dòng)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(dòng)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(dòng)，到達(dá)地面時(shí)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

13、球從地面彈跳起來的速度為：v0=0.8v2=12m/s皮球向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(gè)熱氣球停在空中某一高度h處，某時(shí)刻甲物體從熱氣球下的吊籃中自由落下，經(jīng)時(shí)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(shí)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(shí)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

14、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(shí)各拋出一個(gè)物體，試求這兩個(gè)物體之間的距離與時(shí)間的關(guān)系.【教師精講】設(shè)物體拋出時(shí)開始計(jì)時(shí)，拋出后t秒，這兩個(gè)物體相對于拋出點(diǎn)向上和向下的位移分別為：時(shí)刻t，這兩個(gè)物體相距：s=s1+s2=2v0t即v0一定時(shí)，兩物體間的距離與時(shí)間成正比.課堂小結(jié)1.豎直下拋運(yùn)動(dòng)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(dòng)叫做豎直下拋運(yùn)動(dòng).2.豎直上拋運(yùn)動(dòng)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(dòng)叫做豎直上拋運(yùn)動(dòng).布置作業(yè)課本P52作業(yè)2、3、4、5.板書設(shè)計(jì)1.豎直下拋運(yùn)動(dòng)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(dòng)叫做豎直下拋運(yùn)動(dòng).vv0+gt.2.豎直上拋運(yùn)動(dòng)物體以一定初速度沿著豎直方向向上拋出，僅在