师:上节课我们通过实验探究了平抛运动的特点,本节我们将从理论分析的角度,对抛体运动的规律作进一步分析。
师:在研究直线运动时,我们已经认识到,为了得到物体的速度与时间的关系,要先分析物体受到的力,由合力求出物体的加速度,进而得到物体的速度与时间的关系。关于平抛运动,我们仍然可以遵循这样的思路,可以怎么样呀?
生:只是要在相互垂直的两个方向上分别研究。
师:很对啊,以速度沿水平方向抛出一物体,物体做平抛运动。首先我们来研究初速度为
的平抛运动的位置随时间变化的规律。用手把小球水平抛出,小球从离开手的瞬间(此时速度为
,方向水平)开始,做平抛运动。我们以小球离开手的位置为坐标原点,以水平抛出的方向为
轴的方向,竖直向下的方向为
轴的方向,建立坐标系,并从这一瞬间开始计时。
师:在抛出后的运动过程中,小球受力情况如何?
生:小球只受重力,重力的方向竖直向下,水平方向不受力。
师:那么,小球在水平方向有加速度吗?它将怎样运动?
生:小球在水平方向没有加速度,水平方向的分速度将保持不变,做匀速直线运动。
师:我们用函数表示小球的水平速度随时间变化的规律将如何表示?
生:
。
师:在竖直方向小球有加速度吗?若有,是多大?它做什么运动?它在竖直方向有初速度吗?
生:在竖直方向,根据牛顿第二定律,小球在重力作用下产生加速度。
,所
,即物体在竖直方向的加速度等于自由落体加速度。
师:那根据运动学规律,请大家说出小球在竖直方向的速度随时间变化的规律。
生:
。
师:根据矢量运算法则,代表速度矢量
和它的两个分矢量
,
的三个有向线段能构成一个怎样得图形?
生:构成一个矩形的对角线和一对邻边。
师:那它们之间有怎样得关系?
生:由勾股定理可知
。
师:由此式可知,物体在下落过程中速度将怎么样?
生:越来越大。
师:那速度不仅有大小还有方向,合速度方向如何表示呢?
生:速度的方向可以由图中的夹角来表示。
师:对,在图中,是三个速度矢量组成直角三角形,那咱们选取一个合速度与水平初速度的夹角
,它的正切等于对边与邻边之比,我们可以如何表示呢?
生:
。
师:由上式可知,随着物体的下落,夹角将如何变化?
生:角越来越大。
师:也就是说,物体运动的方向越来越接哪个方向?
生:竖直向下的方向。