学年新教材高中物理第5章抛体运动3实验探究平抛运动的特点学案新人教版必修第二册.docx

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学年新教材高中物理第5章抛体运动3实验探究平抛运动的特点学案新人教版必修第二册

3　实验：

探究平抛运动的特点

[学习目标]　

1.知道什么是抛体运动、平抛运动.2.会用运动分解的方法分析两个分运动.3.会设计实验探究平抛运动两个分运动的特点，会描绘平抛运动的轨迹.

一、抛体运动和平抛运动

1.抛体运动：

以一定的速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受重力作用的运动.

2.平抛运动：

初速度沿水平方向的抛体运动.

3.平抛运动的特点：

（1）初速度沿水平方向；

（2）只受重力作用.

二、实验：

探究平抛运动的特点

（一）实验思路：

（1）基本思路：

根据运动的分解，把平抛运动分解为不同方向上两个相对简单的直线运动，分别研究物体在这两个方向的运动特点.

（2）平抛运动的分解：

可以尝试将平抛运动分解为水平方向的分运动和竖直方向的分运动.

（二）进行实验：

方案一：

频闪照相（或录制视频）的方法

（1）通过频闪照相（或视频录制），获得小球做平抛运动时的频闪照片（如图1所示）；

图1

（2）以抛出点为原点，建立直角坐标系；

（3）通过频闪照片描出物体经过相等时间间隔所到达的位置；

（4）测量出经过T,2T,3T，…时间内小球做平抛运动的水平位移和竖直位移，并填入表格；

（5）分析数据得出小球水平分运动和竖直分运动的特点.

抛出时间

T

2T

3T

4T

5T

水平位移

竖直位移

结论

水平分运动特点

竖直分运动特点

方案二：

分别研究水平和竖直方向分运动规律

步骤1：

探究平抛运动竖直分运动的特点

图2

（1）如图2所示，用小锤击打弹性金属片后，A球做________运动；同时B球被释放，做__________运动.观察两球的运动轨迹，听它们落地的声音.

（2）改变小球距地面的高度和小锤击打的力度，即改变A球的初速度，发现两球____________，说明平抛运动在竖直方向的分运动为______________.

步骤2：

探究平抛运动水平分运动的特点

1.装置和实验

（1）如图3所示，安装实验装置，使斜槽M末端水平，使固定的背板竖直，并将一张白纸和复写纸固定在背板上，N为水平装置的可上下调节的向背板倾斜的挡板.

图3

（2）让钢球从斜槽上某一高度滚下，从末端飞出后做平抛运动，使小球的轨迹与背板平行.钢球落到倾斜的挡板N上，挤压复写纸，在白纸上留下印迹.

（3）上下调节挡板N，进行多次实验，每次使钢球从斜槽上同一（选填“同一”或“不同”）位置由静止滚下，在白纸上记录钢球所经过的多个位置.

（4）以斜槽水平末端端口处小球球心在木板上的投影点为坐标原点O，过O点画出竖直的y轴和水平的x轴.

（5）取下坐标纸，用平滑的曲线把这些印迹连接起来，得到钢球做平抛运动的轨迹.

（6）根据钢球在竖直方向是自由落体运动的特点，在轨迹上取竖直位移为y、4y、9y…的点，即各点之间的时间间隔相等，测量这些点之间的水平位移，确定水平方向分运动特点.

（7）结论：

平抛运动在相等时间内水平方向位移相等，平抛运动水平方向为匀速直线运动.

2.注意事项：

（1）实验中必须调整斜槽末端的切线水平（将小球放在斜槽末端水平部分，若小球静止，则斜槽末端水平）.

（2）背板必须处于竖直面内，固定时要用铅垂线检查坐标纸竖线是否竖直.

（3）小球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放.

（4）坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时钢球球心在木板上的投影点.

（5）小球开始滚下的位置高度要适中，以使小球做平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜.

一、原理与方法

在探究平抛运动的特点时，可以选用图4中两种装置进行研究.

图4

（1）图甲的实验现象是__________.该现象说明平抛运动的__________.

（2）图乙是实验室内研究平抛运动的装置.为了保证钢球每次抛出后在空中做平抛运动的轨迹是一定的，每次释放时都使钢球在弧形槽上________位置由________滚下.

答案　

（1）两小球总是同时落地　竖直分运动是自由落体运动　

（2）同一　静止

解析　

（1）题图甲装置用来研究平抛物体在竖直方向的运动规律，观察实验发现两小球总是同时落地，可知做平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动.

（2）题图乙是实验室内研究平抛运动的装置.为了保证钢球每次抛出后在空中做平抛运动的轨迹是一定的，每次释放时都应使钢球在弧形槽上同一位置由静止滚下，保证其做平抛运动的初速度相同，从而保证轨迹是一定的.

如图5所示是采用频闪照相的方法拍摄到的“小球做平抛运动”的照片.背景标尺每小格边长均为L＝5cm，则：

图5

（1）由图可知，小球在水平方向做________运动，理由是__________________________.

（2）拍摄时每_______s曝光一次，平抛运动的初速度为_______m/s.（取重力加速度g＝10m/s2）

答案　

（1）匀速直线　在水平方向上相等时间内通过相等的位移　

（2）0.1　1

解析　设每次曝光时间间隔为T，在竖直方向，根据公式Δx＝aT2，可知2L＝gT2，则T＝

＝0.1s；小球在水平方向做匀速直线运动，则v0＝

＝

＝1m/s.

二、创新实验设计

（2019·定远育才学校下学期期末）在做“探究平抛运动的特点”的实验中，为了确定小球不同时刻在空中所通过的位置，实验时用了如图6所示的装置.先将斜槽轨道的末端调整水平，在一块平整的木板表面钉上白纸和复写纸.将该木板竖直立于水平地面上，使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞到木板并在白纸上留下痕迹A；将木板向远离槽口平移距离x，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞在木板上得到痕迹B；将木板再向远离槽口平移距离x，小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，得到痕迹C.若测得木板每次移动距离x＝10.00cm，A、B间距离y1＝5.02cm，B、C间距离y2＝14.82cm.请回答以下问题：

（g＝9.80m/s2）

图6

（1）为什么每次都要使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放？

________________________

（2）每次把木板移动相同的水平距离，原因是：

____________________________________

________________________________________________________________________.

（3）根据以上直接测量的物理量求得小球初速度的表达式为v0＝_______.（用题中所给字母表示）

（4）小球初速度的值为v0＝________m/s.

答案　见解析

解析　

（1）为了确保小球每次抛出的轨迹相同，应该使抛出时的初速度相同，因此每次都应使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放；

（2）因为小球水平方向做匀速直线运动，由x＝v0t知，若x相同，则时间t相等.

（3）在竖直方向上：

Δy＝y2－y1＝gt2，t＝

水平方向上：

x＝v0t，初速度：

v0＝

＝x

；

（4）代入数据解得：

v0＝1.00m/s.

1.（2019·枣庄八中期中）

（1）在做“探究平抛运动的特点”的实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出小球做平抛运动的轨迹，为了能较准确地描绘运动轨迹，下面列出了一些操作要求，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上________.

A.通过调节使斜槽的末端保持水平

B.每次释放小球的位置必须不同

C.每次必须由静止释放小球

D.记录小球位置用的木条（或凹槽）每次必须严格地等距离下降

E.小球运动时不应与木板上的白纸（或方格纸）相接触

F.将小球的位置记录在纸上后，取下纸，用直尺将点连成折线

（2）在“研究平抛运动”的实验中，让小球多次从斜槽上滚下，在白纸上依次记下小球的位置，同学甲和同学乙得到的记录纸分别如图7甲、乙所示，从图中明显看出甲的实验错误是__________________________，乙的实验错误是____________________.

图7

答案　

（1）ACE　

（2）斜槽末端不水平　每次由静止释放小球的位置不同

解析　

（1）通过调节使斜槽的末端保持水平，可以确保初速度水平，每次释放小球的位置必须相同且由静止释放，这样才能保证初速度相同，记录距离大致均匀，便于描轨迹即可，小球运动时不与木板上的白纸（或方格纸）相接触，防止影响运动轨迹，最后应将点用平滑的曲线相连，故选A、C、E.

（2）用平滑曲线描绘出小球的运动轨迹，不难看出题图甲中小球的初速度明显不沿水平方向，故可推知斜槽末端不水平.题图乙中描绘的点零乱，难以形成一条平滑曲线，可推知初速度不是每次都相同，即每次由静止释放小球的位置不同.

2.（2019·新乡市高一下学期期末）用如图8所示的装置探究平抛运动的特点，在一块竖直放置的背景板上固定两个弧形轨道A、B，用于发射小铁球，从轨道A射出的小铁球做平抛运动，从轨道B射出的小铁球做匀速直线运动.板上还装有三个电磁铁C、D、E，其中电磁铁C、D可分别沿轨道A、B移动.在轨道A出口处有一个碰撞开关S，用以控制电磁铁E的电源的通断，电磁铁E可以沿水平杆MN移动，当它吸上小铁球时，该小铁球的中心与从轨道A末端射出的小铁球的中心在同一水平线上.

图8

（1）实验中，轨道A末端的切线必须是水平的，这样做的目的是________；

A.保证小铁球飞出时，速度既不太大，也不太小

B.保证小铁球飞出时，初速度水平

C.保证小铁球在空中运动的时间每次都相等

D.保证小铁球运动的轨迹是一条抛物线

（2）若轨道A、B出口方向平行但略向下倾斜，将小铁球1从某高度静止释放，小铁球落在轨道B的P点，将电磁铁E移至P点正上方，将小铁球1和小铁球3同时释放，先到达P点的是________；

（3）若轨道A、B出口均水平，调节小铁球3的水平位置多次实验，发现小铁球1和小铁球3总是在空中相碰，则说明小铁球1在竖直方向上做________运动.

答案　

（1）B　

（2）小铁球1　（3）自由落体

解析　

（1）平抛运动的初速度沿水平方向，故为了保证小铁球飞出时初速度水平，实验中，轨道A末端的切线必须是水平的，B正确；

（2）由于轨道A出口向下倾斜，则射出后，小铁球1有竖直方向上的初速度，并且与小铁球3下降的高度相同，而小铁球3竖直方向上的初速度为零，故小铁球1先到达P点；

（3）发现小铁球1和小铁球3总是在空中相碰，说明两者在竖直方向上的运动性质相同，故说明小铁球1在竖直方向上做自由落体运动.

3.（2018·首师大附中期中）

（1）平抛物体的运动规律可以概括为两点：

①水平方向做匀速运动，②竖直方向做自由落体运动.为了研究平抛物体的运动，可做下面的实验：

如图9所示，用小锤打击弹性金属片，A球就水平飞出，同时B球被松开，做自由落体运动，两球同时落到地面，改变高度，重复实验，观察到相同现象，这个实验________.

图9

A.只能说明上述规律中的第①条

B.只能说明上述规律中的第②条

C.不能说明上述规律中的任何一条

D.能同时说明上述两条规律

（2）在做研究平抛运动的实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出小球平抛运动的轨迹.如图乙所示是用一张印有小方格的纸记录的轨迹，小方格的边长为L，小球在平抛运动途中的几个位置如图乙中的a、b、c、d所示，则由图乙可知小球从a运动到b和从b运动到c的时间是________（选填“相等”或“不相等”）的，小球从a运动到b的时间Δt＝________，小球做平抛运动的初速度为v0＝________（用L、g表示）.

答案　

（1）B　

（2）相等　

　2

解析　

（1）该实验中两小球是同时落地的，能说明A球在竖直方向的分运动与B球的运动完全相同，选项B正确.

（2）