高中新課標物理教材的拓展

【摘要】斜拋運動作為高中物理教學的重要組成部分，直接影響著學生運動學理論和知識的學習效果。本次研究過程中主要以斜拋運動實驗為基礎，對斜拋過程中角度和距離的關系進行探究，希望進一步研究不同角度下斜拋運動距離狀況，確定拋射角度對斜拋運動的影響，現(xiàn)研究結果如下。

【關鍵詞】斜拋運動 角度 距離 實驗分析

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）16-0149-02

前言

高中物理學習的過程中需要對物體運動規(guī)律進行全面把握，依照物體運動規(guī)律尋找其關鍵量之間的關系，這樣才能夠全面把握物體運動狀況，提升運動規(guī)律的學習效果。尤其是在斜拋運動研究時，要對拋射角度和拋射距離中的內在關聯(lián)進行全面挖掘，借助實驗進行數(shù)據(jù)分析和檢驗，以保證研究結果的科學性、準確性和有效性，從而全面提升學生對斜拋運動的認識。

1.實驗目的

斜拋運動是在運動的過程中以一定的角度拋出物體后產(chǎn)生的物體運動。在斜拋運動分析時需要對角度、速度等進行分析，依照運動軌跡確定不同運動量的數(shù)值狀況，準確把握斜拋運動過程中關鍵量在不同時間的變化規(guī)律。在本次研究的過程中主要分析高中物理新課標教材中斜拋運動的相關內容，對斜拋運動中的角度與距離的關系進行挖掘，確定角度與距離之間呈何種相關性，分析其影響效果。并在實驗拓展基礎上提升自身對斜拋運動的認識，以保證在今后問題處理過程中正確運用斜拋運動規(guī)律，快速解決斜拋運動問題。

2.實驗方法

2.1實驗材料。不同質量的小球（5g、10g、15g）、可調整角度的光滑軌道（35°、40°、45°、50°、55°）、量角器、直尺、細沙。

2.2實驗步驟。首先對可調整角度的光滑軌道進行固定，設置好尾部定高和首部定高，尾部定高需要高于首部定高，以保證小球在滑出過程中能夠獲得相同的初始速度；其次，在可調整角度的光滑軌道首部滑出位置下側鋪設細沙，以方便小球下落過程中位置的測量；再次，將不同質量的小球依次從可調整角度的光滑軌道尾部下放，記錄小球下落的水平距離，然后再調整光滑軌道的首部滑出角度，分別調整為35°、40°、45°、50°、55°，再依次進行實驗；最后，對不同小球在同一斜拋角度拋出后的水平距離進行對比分析，通過橫向對比和縱向對比確定角度與距離之間的關系。

3.實驗結果

從實驗結果中可以發(fā)現(xiàn)：當初始速度相同時，同一質量小球在以不同角度（35°、40°、45°、50°、55°）斜拋的過程中40°時拋射距離最遠。這主要是在實際拋射的過程中存在風的阻力及摩擦阻力的原因，造成實際拋射時水平距離與拋射角度之間的關系出現(xiàn)一定的誤差。

除此之外，對實驗結果進行縱向對比后還可以發(fā)現(xiàn)：當拋射角度相同時，小球質量越小，拋射的水平距離越遠。這主要是由于質量越小時，小球在空中運動過程中的拋射角度改變越慢，水平運動的距離也就越遠。

4.討論分析

斜拋運動主要指以一定角度拋出物體后形成的運動軌跡。該運動過程中拋出物體的質量、角度、初始速度等均會對水平距離產(chǎn)生影響。在研究的過程中需要把握好上述關鍵量之間的關系，依照其實際運動狀況分析質量、角度、初始速度等與水平距離之間的關系，這樣才能夠全面把握斜拋運動的本質，快速、準確地求解斜拋問題。

在對斜拋問題進行處理的過程中，我們往往將斜拋運動視為平拋運動和上拋運動的整合，分析時可以借助上述特征將斜拋運動簡化為平拋和上拋問題進行處理，形成線性分析模型，對不同時刻的運動狀態(tài)進行把握，以全面提升斜拋運動的分析效果。利用力的合成和分解模型對斜拋問題進行處理后，具體狀況見圖1。

斜拋的過程中產(chǎn)生水平運動速度和垂直運動速度，水平運動速度決定水平運動距離，垂直運動速度影響斜拋時間，當運動過程中t=0時，x=0，y=0時，此時物體剛剛拋出，其運動過程中的速度變化為：

v0x=v0cosθ，v0y=v0sinθ

即運動過程中水平和垂直運動速度分別為：vx=v0cosθvy=v0sinθ-gt

依照上述運動狀況，則水平運動和垂直運動距離分別為：

x=v0tcosθy=v0tsinθ-gt2

從上述計算結果中可以發(fā)現(xiàn)：在拋射角小于45°范圍內，隨著拋射角的增大，水平位移逐漸變遠；當拋射角等于45°時，水平距離最大；當拋射角超過45°，隨著拋射角的增大，水平距離逐漸減?。划敀伾浣堑扔?0°時，水平距離為0。而垂直位移方面，隨著拋射角度的增加，垂直位移逐漸增大。

但在本次實驗過程中筆者通過實驗操作后發(fā)現(xiàn)初始速度相同的過程中，小球在40°左右時實際的水平運動距離最遠，達到最大水平距離，這與理論計算中存在一定的差異。對上述因素進行深入分析后筆者發(fā)現(xiàn)，這主要是由于空氣阻力的影響導致。在小球實際運動的過程中，由于空氣阻力的影響往往無法真正實現(xiàn)理論狀態(tài)下的斜拋運動。尤其是水平方向的空氣阻力分量，直接會造成小球的運動速度發(fā)生變化，而垂直方向的空氣阻力分量，導致小球的落地時間發(fā)生變化，所以無法達到45°時水平位移距離最遠的理論狀態(tài)。對存在空氣阻力下的斜拋運動進行分析可以發(fā)現(xiàn)：

當空氣阻力與運動速度呈現(xiàn)一次正相關時，在該阻力下的水平運動距離為：x=（1-e），此時空氣阻力會導致運動的水平位移減小，且角度在43°左右時水平運動距離受空氣阻力的影響最小；當空氣阻力與運動速度呈現(xiàn)二次正相關時，在該阻力下的水平運動距離為：x=ln1+v0xt，其中vx=v0cosθe，vx=v'0xe。則在上述運動過程中角度在40°左右時水平運動距離受空氣阻力的影響最小。從實際運動角度而言，在斜拋運動過程中存在一定的空氣阻力，該阻力會造成斜拋運動曲線發(fā)生轉變，空氣阻力大小不同時，斜拋運動曲線的變化也不盡相同，水平位移也會隨之改變。

由此觀之，在對斜拋運動實驗開展的過程中需要最大限度降低外部環(huán)境（空氣阻力、摩擦阻力、操作失誤等）對實驗的影響，做好關鍵要素的控制，形成最為理想的實驗環(huán)境，這樣才能夠準確把握斜拋運動過程中的各項關鍵量與運動狀況之間的關系，最大限度減少實驗過程中的數(shù)據(jù)誤差，提升實驗的有效性、規(guī)范性和有效性。

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作者簡介：

李雨青（2000.4.5-），女，江蘇淮安人，現(xiàn)就讀于江蘇省淮陰中學，高三在讀理科生。