一、使用教材
鲁科版·高中物理必修二第三章第一节《运动的合成与分解》
二、教材和学情分析
本节课是直线运动与曲线运动的桥梁，升级为二维运动后，对学生的物理思维能力和数学应用能力的要求有了进一步的提升。鲁科版和沪科版教材以“小船渡河”为例，直接将合运动分解为互成直角的分运动，强行的分解方式缺乏说服力，不利于学生对抽象概念的理解。人教版中以“蜡块运动”作为实例分析，无法独立演示合运动与分运动，学生对二者的独立性、等时性和等效行的理解不够透彻。集成电路版图设计
其中，J21049运动合成与分解演示器（如图1）属于中学必备仪器，然而教材和教师用书中均未提及，实践发现其存在诸多不足，首先，仅通过磁性笔的运动轨迹，无法获得合速度与分速度大小，直接把学生“引导”到运动的合成遵循平行四边形定则，结论说服力不足；其次，利用橡胶皮带转动，易打滑，无始末限位，很难得到较为理想的轨迹；最后，装置功能单一，只能演示互成直角的两匀速直线运动的合成。
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图1 J21049运动的合成与分解演示仪
通过大量实践调查发现，55%的学生数学基础薄弱，对于矢量的运算和分析能力不足，无法灵活运矢量运算解决曲线运动。96%的教师选择“照本宣科”，没有使用J21049仪器，更无进行定量探究，造成学生对运动的合成与分解的感性认识过于浅薄。所以，仍有68%的学生不能较好区分合运动与分运动，对二者间独立性、等时性和等效性仍存在疑问。但学生
已掌握了力的合成与分解的研究方法，会测量和计算合运动与分运动中的基本物理量，这对本创新实验教学做了良好的铺垫。
三、实验器材
自制运动的合成与分解演示仪（如图2，包含：X、Y铝合金双轨、轨道夹角调节器、涂有UVC感光变粉的透明有机玻璃板、STM32控制电路、步进电机驱动器、电机控制软件、定时继电器、滑块、激光笔等）
图2 自制教具-运动的合成与分解演示仪
四、实验创新要点
我们重新设计了装置，改进后的装置有以下创新点：：
（1）利用定时继电器的定时打点，以此来模拟打点计时器的功能，可用记号笔粗描点迹，直接在坐标板上测量位移，根据v=x/t可快速获得合运动、分运动的速度大小。
（2）通过手动调节轨道调节器，可改变两个轨道的夹角，可探究任意角度的分运动的合成。
（3）利用上位机控制驱动电机，使X、Y轨的步进电机以某以速度可以独立或者同步运行，可独立演示合运动或分运动。
（4）利用步进电机梯形加速原理，可手动设置电机速度，让驱动电机做匀加速运动，
使分运动的速度大小多样化，可模拟多种速度在任意角度的运动的合成，如：演示互成直角的初速度为零的匀加速直线运动的合成、任意角度下匀速直线运动与匀加速直线运动的合成等。
股骨头仪（5）坐标板是背面涂有UVC感光变粉的透明有机玻璃板，将紫外激光笔头固定在滑块上，紫外激光笔照射下透明变粉立即变为深蓝，一段时间后便可恢复，能重复使用，节能且环保。
五、实验设计思路
利用自制教具，独立演示合运动和分运动，通过粗描点迹的方式，获得较为理想的轨迹，且能快速获得合运动和分运动中位移和速度的大小。利用轨道调节器和电机控制软件，可以探究在任意角度、多种运动状态下的运动的合成，有效地突破了本节课难点。
六、实验教学目标
依据新课程标准，结合以上的创新教具设计，基于培养学生主动构建“探究-实践-运-思考”的智慧学习体系，设计了以下的实验教学目标。
1.物理观念：
（1）建立合运动、分运动的概念，知道何为合运动，何为分运动；
（2）理解合运动与分运动的独立性、等时性、可逆性和等效替代性。
2.科学思维：
（1）理解运动的合成与分解是研究复杂运动的一种方法；
（2）明确问题研究的方法，学会将曲线运动分解为直线运动；
（3）学会运用平行四边形定则来处理简单的矢量运算问题。
3.科学探究：
蝽卵（1）通过实验探究，明确具体问题中对于合运动与分运动的判定；
（2）通过实验探究，理解合运动的效果与几个分运动的效果相同；
（3）通过实验探究，体会运动的合成与分解符合平行四边形定则
静压主轴
4.科学态度与价值观：
（1）体会与感受运动的合成与分解的总结过程，培养学生分析与数学应用能力；
（2）利用小组合作探究，培养学生勇于表达的能力和科学语言严谨表达的能力。
七、实验教学内容
1．装置的原理以及操作方法的介绍
2．学生分组实验：（学生自主设置参数）
可探究：互成任意角度的匀速直线运动的合成、互成任意角度的初速度为零的匀加速直线运动的合成、互成任意角度的匀速直线运动与匀加速直线运动的合成
八、实验教学过程
1.创设物理情景，建立物理概念
通过观看趣味视频“乌龟在跑步机上跑”。引导学生利用一维坐标进行处理，即乌龟的实际运动是由两个运动在同一直线上的合成，一是静止在跑步机的运动，二是参与了跑步机的运动，进而引出合运动、分运动等概念。
2.抛问激趣激疑，拓思维习新法
播放电影《湄公河行动》和《战争中的世界》，引导学生思考警察在救援的过程中参与的运动是何种运动和飞机投弹时，怎样才能精准无误的集中目标。围绕问题，展开小组交流，同时讨论这些物体的运动与之前所学的运动有何异同之处，并进行发言。
3.刨析问题特征，设计实验方案
当一维坐标已经不能满足问题解决的需求时，引导学生利用二维坐标来研究合运动与分运动的关系，并向学生简要介绍电机控制软件（如图3）的使用方法，让学生自主设置速度和加速时间参数，进行分组实验探究。
图3 电运行控制软件界面
4.利用创新仪器，分组实验探究
小组一：互成直角的两个匀速直线运动的合成（如图4）
1.组装好设备并打开软件，调整好速度，X轨做匀速直线运动，独立运行，采集数据
2.Y轨做匀速直线运动，独立运行，采集数据
3.X、Y轨同时运行，采集数据
4.直接在坐标板上进行数据处理
小组实验处理数据
图4 第一小组实验过程
小组二：互成任意角度的两个匀速直线运动的合成（如图5）
1.组装好设备并打开软件，调整好速度，使X、Y轨成任意角度，先让X轨做匀速直线运动，独立运行，采集数据
2.Y轨做匀速直线运动，独立运行，采集数据隧道定位
3.X、Y轨同时运行，采集数据
4.直接在坐标板上进行数据处理
小组实验处理数据
图5 第二小组实验过程
小组三：探究初速度为零的匀加速直线运动的合成（如图6）
1.设置对数让X、Y轨电机做初速度为O的匀加速直线运动，首先让滑块独立沿X轨做初速度为O的匀加速直线运动，采集数据
2.让滑块独立沿Y轨做初速度的匀加速直线运动，采集数据
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