2024年10期
注重理论联系实际 提升物理学科素养
【关键词】 ；
【正文】 笔者以物理必修2第五章“抛体运动”习题为例，分析习题的作用及学业水平等级。
一、“实验：探究平抛运动的特点”练习与应用共4道习题
基本实验技能的考查，引导学生重视基本实验学习，激发学习实验兴趣，提升实验技能。
1．某同学设计了一个探究平抛运动特点的家庭实验装置，如图所示。在水平桌面上放置一个斜面，每次都让钢球从斜面上的同一位置滚下，滚过桌边后钢球便做平抛运动。在钢球抛出后经过的地方水平放置一块木板（还有一个用来调节木板高度的支架，图中未画），木板上放一张白纸，白纸上有复写纸，这样便能记录钢球在白纸上的落点。已知平抛运动在竖直方向上的运动规律与自由落体运动相同，在此前提下，怎样探究钢球水平分速度的特点？请指出需要的器材，说明实验步骤。
已知平抛运动在竖直方向上的运动规律与自由落体运动相同基础上，探究钢球水平分速度的特点。本题给出探究思路，要求学生制定探究方案，选择实验器材进行实验；要求能获取和处理数据，得出实验结论。即将竖直高度N等份，将木板按1：3：5：7…向下移动，获得小球相应的水平位移的数据，通过对数据分析发现小球水平分运动的特点。考查“科学探究”中问题、证据等要素，且要求学生能运用运动与相互作用的观念对实验结论作出解释。学业水平2。
2．某同学为了省去图中的水平木板，把第1题中的实验方案做了改变。他把桌子搬到墙的附近，使从水平桌面上滚下的钢球能打在墙上，把白纸和复写纸附在墙上，记录钢球的落点。改变桌子和墙的距离，就可以得到多组数据。如果采用这种方案，应该收集哪些数据并如何处理这些数据？
此题是对课本和习题1关于探究平抛运动方案的补充，能让学生进一步思考和对比这些方案的异同，拓展学生的发散思维，培养和提高学生的科学思维和科学探究能力。学业水平2。
3．某同学目测桌子高度大约为0.8m，他使小球沿课桌面水平飞出，用数码照相机拍摄小球做平抛运动的录像（每秒25帧）。如果这位同学用逐帧分析的办法，保存并打印各帧的画面。他大约可以得到几帧小球正在空中运动的照片？
本题取材于用频闪照相（录像）探究平抛运动特点的实验方案。该方案通过记录做平抛运动的物体经过相等的时间间隔所达到的位置，获得水平方向和竖直方向的位移随时间变化的具体数据，从而可以独立分析水平方向和竖直方向的运动规律。要求用平抛模型推理出“得到几帧小球正在空中运动的照片”，即考查学生获取处理信息的能力。学业水平2
4．小刚同学通过实验，得到了某物体在oxy平面上运动的一条运动轨迹，如平面直角坐标系中OP曲线所示。他根据物体运动轨迹的特点做出了猜想：如果物体在y方向做匀速直线运动，那么物体在x方向必定做匀加速直线运动。小刚同学的猜想是否成立？作图并给出你的分析过程。
此题考查学生对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。解决一个问题之后要对结论进行分析，如果与已有的知识或日常经验不一致，则要认真考虑，看看是否出现了错误，这就是我们所说的评估。此题将运动与相互作用观念、构建模型融入到科学探究的要素中，提升学生反思能力，也培养了学生的科学态度与责任。学业水平2。
二、“抛体运动的规律”
【课本例题1】将一个物体以10m/s的速度从10m的高度水平抛出，落地时它的速度方向与水平地面的夹角θ是多少？不计空气阻力，g取10m/s2
【考核目标】以物体水平抛出为情境，考查抛体运动速度。学业水平2
【任务描述】以抛出时物体的位置为原点建立直角坐标系，x轴沿初速度方向，y轴竖直向下；构建平抛运动模型，利用平抛运动的规律求出质点落地时竖直方向和水平方向的速度大小；用平行四边形运算模型求解。
【课本例题2】如图，某同学利用无人机玩“投弹”游戏。无人机以2m/s的速度水平向右匀速飞行，在某时刻释放了一个小球。此时无人机到水平地面的高度20m，空气阻力忽略不计，g取10m/s2。
（1）求小球下落的时间。
（2）求小球释放点与落地点之间的水平距离。
【考核目标】用“无人机投弹”游戏为情境，考查合运动与分运动的关系。学业水平2。
【任务描述】忽略空气阻力，小球脱离无人机后做平抛运动，它在竖直方向的分运动是自由落体，根据自由落体运动的特点可以求出下落的时间，根据匀速直线运动的规律可以求出小球释放点与落地点之间的水平距离。
练习与应用共4道题
1．用m、v0、h分别表示平抛运动物体的质量、初速度和抛出点离水平地面的高度，不考虑空气阻力，以下物理量是由上述哪个或哪几个物理量决定的？为什么？
（1）物体在空中运动的时间
（2）物体在空中运动的水平位移
（3）物体落地时瞬时速度大小
（4）物体落地时瞬时速度的方向
选择题很难出现在课本习题中，为什么？
该题要求学生运用平抛运模型，推导出平抛运动的时间、水平位移、落地速度的大小及方向的表达式，从而找出这些物理量与平抛运动物体的质量、初速度和抛出点离水平地面的高度关系。本题旨在加深学生对平抛运动模型的理解。学业水平2
2．如图，在水平桌面上用硬练习本做成一个斜面，使小钢球从斜面上某一位置滚下，钢球沿桌面飞出后做平抛运动。怎样用一把刻度尺测量钢球离开水平桌面时速度的大小？说明测量步骤，写出用所测的物理量表达速度的关系式。
本题是一道有一定探究味的设计性实验题，要求学生能使用所提供的实验器材，制定实验方案，进行实验并得出结论。同时让学生通过实验了解间接测量量的思路和重要性，培养学生学物理的兴趣。学业水平2。
3．某卡车在限速60km/h的公路上与路旁障碍物相撞。处理事故的警察在泥地中发现一个小的金属物体，可以判断，它是车顶上一个松脱的零件，事故发生时被抛出而陷在泥里。警察测得这个零件在事故发生时原位置与陷落点的水平距离为17.3m，车顶距泥地的高度为2.45m。请你根据这些数据为该车是否超速提供证据。
本题是一个以卡车司机超速行驶而肇事为情境的平抛运动问题，尽管从物理学的角度看，这是一个已知平抛运动的抛出高度和水平位移求平抛初速度的常规问题，但是由于赋予了实践的背景，物理知识被活化了。可以想象，如果在教学中让一名学生扮演检察官，陈述卡车行驶时超速的物理学根据，另一名学生扮演肇事司机的律师，从物理学的角度对检察官的陈述提出质疑。让学生自告奋勇地选择角色上台辩论，场面是热烈的，这时候，学生跟物理学的距离便一下子拉近了许多。本题也培养学生科学态度与责任。学业水平2
4．某个质量为m的物体在从静止开始下落的过程中，除了重力之外还受到水平方向大小、方向都不变的力F的作用。
求它在时刻t的水平分速度和竖直分速度
建立适当的坐标系，写出这个坐标系中代表物体运动轨迹的关系式。这个物体运动轨迹是怎样的。
该题有一定的开放性。因水平恒力的存在，学生常误认为物体做曲线运动。
该题要求学生将“做匀加速直线运动的条件”与“做曲线运动的条件”进行对比，从而推导出物体做斜向下的匀加速直线运功，促进运动与相互作用观念的形成。在建构匀加速直线运动模型基础上，运用运动的合成与分解的知识进行科学推理，得出结论。学业水平2
新课本习题注重理论联系实际，引导学生运用科学方法分析问题，解决问题，引导学生在学习过程中重视科学方法的理解和运用，并将其内化为自身的思维方式，提升学生解决问题的能力。
一、“实验：探究平抛运动的特点”练习与应用共4道习题
基本实验技能的考查，引导学生重视基本实验学习，激发学习实验兴趣，提升实验技能。
1．某同学设计了一个探究平抛运动特点的家庭实验装置，如图所示。在水平桌面上放置一个斜面，每次都让钢球从斜面上的同一位置滚下，滚过桌边后钢球便做平抛运动。在钢球抛出后经过的地方水平放置一块木板（还有一个用来调节木板高度的支架，图中未画），木板上放一张白纸，白纸上有复写纸，这样便能记录钢球在白纸上的落点。已知平抛运动在竖直方向上的运动规律与自由落体运动相同，在此前提下，怎样探究钢球水平分速度的特点？请指出需要的器材，说明实验步骤。
已知平抛运动在竖直方向上的运动规律与自由落体运动相同基础上，探究钢球水平分速度的特点。本题给出探究思路，要求学生制定探究方案，选择实验器材进行实验；要求能获取和处理数据，得出实验结论。即将竖直高度N等份，将木板按1：3：5：7…向下移动，获得小球相应的水平位移的数据，通过对数据分析发现小球水平分运动的特点。考查“科学探究”中问题、证据等要素，且要求学生能运用运动与相互作用的观念对实验结论作出解释。学业水平2。
2．某同学为了省去图中的水平木板，把第1题中的实验方案做了改变。他把桌子搬到墙的附近，使从水平桌面上滚下的钢球能打在墙上，把白纸和复写纸附在墙上，记录钢球的落点。改变桌子和墙的距离，就可以得到多组数据。如果采用这种方案，应该收集哪些数据并如何处理这些数据？
此题是对课本和习题1关于探究平抛运动方案的补充，能让学生进一步思考和对比这些方案的异同，拓展学生的发散思维，培养和提高学生的科学思维和科学探究能力。学业水平2。
3．某同学目测桌子高度大约为0.8m，他使小球沿课桌面水平飞出，用数码照相机拍摄小球做平抛运动的录像（每秒25帧）。如果这位同学用逐帧分析的办法，保存并打印各帧的画面。他大约可以得到几帧小球正在空中运动的照片？
本题取材于用频闪照相（录像）探究平抛运动特点的实验方案。该方案通过记录做平抛运动的物体经过相等的时间间隔所达到的位置，获得水平方向和竖直方向的位移随时间变化的具体数据，从而可以独立分析水平方向和竖直方向的运动规律。要求用平抛模型推理出“得到几帧小球正在空中运动的照片”，即考查学生获取处理信息的能力。学业水平2
4．小刚同学通过实验，得到了某物体在oxy平面上运动的一条运动轨迹，如平面直角坐标系中OP曲线所示。他根据物体运动轨迹的特点做出了猜想：如果物体在y方向做匀速直线运动，那么物体在x方向必定做匀加速直线运动。小刚同学的猜想是否成立？作图并给出你的分析过程。
此题考查学生对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。解决一个问题之后要对结论进行分析，如果与已有的知识或日常经验不一致，则要认真考虑，看看是否出现了错误，这就是我们所说的评估。此题将运动与相互作用观念、构建模型融入到科学探究的要素中，提升学生反思能力，也培养了学生的科学态度与责任。学业水平2。
二、“抛体运动的规律”
【课本例题1】将一个物体以10m/s的速度从10m的高度水平抛出，落地时它的速度方向与水平地面的夹角θ是多少？不计空气阻力，g取10m/s2
【考核目标】以物体水平抛出为情境，考查抛体运动速度。学业水平2
【任务描述】以抛出时物体的位置为原点建立直角坐标系，x轴沿初速度方向，y轴竖直向下；构建平抛运动模型，利用平抛运动的规律求出质点落地时竖直方向和水平方向的速度大小；用平行四边形运算模型求解。
【课本例题2】如图，某同学利用无人机玩“投弹”游戏。无人机以2m/s的速度水平向右匀速飞行，在某时刻释放了一个小球。此时无人机到水平地面的高度20m，空气阻力忽略不计，g取10m/s2。
（1）求小球下落的时间。
（2）求小球释放点与落地点之间的水平距离。
【考核目标】用“无人机投弹”游戏为情境，考查合运动与分运动的关系。学业水平2。
【任务描述】忽略空气阻力，小球脱离无人机后做平抛运动，它在竖直方向的分运动是自由落体，根据自由落体运动的特点可以求出下落的时间，根据匀速直线运动的规律可以求出小球释放点与落地点之间的水平距离。
练习与应用共4道题
1．用m、v0、h分别表示平抛运动物体的质量、初速度和抛出点离水平地面的高度，不考虑空气阻力，以下物理量是由上述哪个或哪几个物理量决定的？为什么？
（1）物体在空中运动的时间
（2）物体在空中运动的水平位移
（3）物体落地时瞬时速度大小
（4）物体落地时瞬时速度的方向
选择题很难出现在课本习题中，为什么？
该题要求学生运用平抛运模型，推导出平抛运动的时间、水平位移、落地速度的大小及方向的表达式，从而找出这些物理量与平抛运动物体的质量、初速度和抛出点离水平地面的高度关系。本题旨在加深学生对平抛运动模型的理解。学业水平2
2．如图，在水平桌面上用硬练习本做成一个斜面，使小钢球从斜面上某一位置滚下，钢球沿桌面飞出后做平抛运动。怎样用一把刻度尺测量钢球离开水平桌面时速度的大小？说明测量步骤，写出用所测的物理量表达速度的关系式。
本题是一道有一定探究味的设计性实验题，要求学生能使用所提供的实验器材，制定实验方案，进行实验并得出结论。同时让学生通过实验了解间接测量量的思路和重要性，培养学生学物理的兴趣。学业水平2。
3．某卡车在限速60km/h的公路上与路旁障碍物相撞。处理事故的警察在泥地中发现一个小的金属物体，可以判断，它是车顶上一个松脱的零件，事故发生时被抛出而陷在泥里。警察测得这个零件在事故发生时原位置与陷落点的水平距离为17.3m，车顶距泥地的高度为2.45m。请你根据这些数据为该车是否超速提供证据。
本题是一个以卡车司机超速行驶而肇事为情境的平抛运动问题，尽管从物理学的角度看，这是一个已知平抛运动的抛出高度和水平位移求平抛初速度的常规问题，但是由于赋予了实践的背景，物理知识被活化了。可以想象，如果在教学中让一名学生扮演检察官，陈述卡车行驶时超速的物理学根据，另一名学生扮演肇事司机的律师，从物理学的角度对检察官的陈述提出质疑。让学生自告奋勇地选择角色上台辩论，场面是热烈的，这时候，学生跟物理学的距离便一下子拉近了许多。本题也培养学生科学态度与责任。学业水平2
4．某个质量为m的物体在从静止开始下落的过程中，除了重力之外还受到水平方向大小、方向都不变的力F的作用。
求它在时刻t的水平分速度和竖直分速度
建立适当的坐标系，写出这个坐标系中代表物体运动轨迹的关系式。这个物体运动轨迹是怎样的。
该题有一定的开放性。因水平恒力的存在，学生常误认为物体做曲线运动。
该题要求学生将“做匀加速直线运动的条件”与“做曲线运动的条件”进行对比，从而推导出物体做斜向下的匀加速直线运功，促进运动与相互作用观念的形成。在建构匀加速直线运动模型基础上，运用运动的合成与分解的知识进行科学推理，得出结论。学业水平2
新课本习题注重理论联系实际，引导学生运用科学方法分析问题，解决问题，引导学生在学习过程中重视科学方法的理解和运用，并将其内化为自身的思维方式，提升学生解决问题的能力。
- 【发布时间】2021/8/2 15:40:23
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