高中物理第五章曲线运动3实验：研究平抛运动教学案新人教版必修2

我带领班子成员及全体职工，积极参加县委、政府和农牧局组织的政治理论学习，同时认真学习业务知识，全面提高了自身素质，增强职工工作积极性，杜绝了纪律松散3实验：研究平抛运动学习目标 1.学会用实验的方法描绘平抛运动的轨迹.2.会判断平抛运动的轨迹是不是抛物线.3.会根据平抛运动的轨迹计算平抛运动的初速度.4.掌握描迹法、频闪照相法等探究实验的常用方法.一、描绘平抛运动的轨迹1.实验原理用描迹法(或喷水法或频闪照相法)得到物体平抛运动的轨迹.2.实验器材斜槽、小球、方木板、图钉、刻度尺、铅垂线、铅笔、白纸、铁架台.3.实验步骤(1)按图1甲所示安装实验装置，使斜槽末端水平(小球在斜槽末端点恰好静止).图1(2)以水平槽末端端口上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.(3)使小球从斜槽上同一位置由静止滚下，把笔尖放在小球可能经过的位置上，如果小球运动中碰到笔尖，就用铅笔在该位置画上一点.用同样方法，在小球运动路线上描下若干点.(4)将白纸从木板上取下，从O点开始通过画出的若干点描出一条平滑的曲线，如图乙所示.4.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)方木板必须处于竖直平面内，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白纸的左上角一直到达右下角为宜.二、数据处理1.判断平抛运动的轨迹是不是抛物线方法一公式法(1)原理：若平抛运动的轨迹是抛物线，则当以抛出点为坐标原点，建立直角坐标系后，轨迹上各点的坐标应具有yax2的关系，而且同一轨迹a是一个特定的值.(2)验证方法用刻度尺测量几个点的x、y两个坐标，分别代入yax2中求出常量a，看计算得到的a值在误差允许的范围内是否是一个常数.方法二图象法建立yx2坐标系，根据所测量的各个点的x、y坐标值分别计算出对应的y值和x2值，在yx2坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，并求出该直线的斜率即为a值.2.计算初速度在小球平抛运动轨迹上任取一点，用刻度尺(三角板)测出它们的坐标(x，y)，利用公式ygt2和xv0t，求出小球做平抛运动的初速度v0(g已知)，多求几个点然后求出v0的平均值.一、平抛运动实验的原理与实验操作例1在“研究平抛运动”实验中.(1)图2是横挡条卡住平抛小球，用铅笔标注小球最高点，确定平抛运动轨迹的方法，坐标原点应选小球在斜槽末端点时的_.图2A.球心B.球的上端C.球的下端在此实验中，下列说法正确的是_.A.斜槽轨道必须光滑B.记录的点应适当多一些C.用光滑曲线把所有的点连接起来D.y轴的方向根据重锤线确定(2)图3是利用图2装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片，由照片可判断实验操作错误的是_.图3A.释放小球时初速度不为0B.释放小球的初始位置不同C.斜槽末端切线不水平(3)下图是利用稳定的细水柱显示平抛运动轨迹的装置，其中正确的是()答案(1)BBD(2)C(3)B1.为保证小球做平抛运动，必须使斜槽的末端水平.2.为保证小球每次平抛的初速度相同，必须让小球从同一位置由静止释放.二、计算平抛运动的初速度计算平抛运动的初速度可以分为两种情况1.平抛轨迹完整(即含有抛出点)在轨迹上任取一点，测出该点离坐标原点的水平位移x及竖直位移y，就可求出初速度v0.因xv0t，ygt2，故v0x .2.平抛轨迹残缺(即无抛出点)在轨迹上任取三点A、B、C(如图4所示)，使A、B间及B、C间的水平距离相等，由平抛运图4动的规律可知A、B间与B、C间所用时间相等，设为t，则hhBChABgt2所以t 所以初速度v0x .例2如图5所示是某同学根据实验画出的平抛小球的运动轨迹，O为平抛的起点，在轨迹上任取三点A、B、C，测得A、B两点竖直坐标y1为5.0 cm，y2为45.0 cm，A、B两点水平间距x为40.0 cm，则平抛小球的初速度v0为_m/s，若C点的竖直坐标y3为60.0 cm，则小球在C点的速度vC为_m/s(结果保留两位有效数字，g取10 m/s2).图5答案2.04.0解析竖直方向：y1gt，y2gt，可得v02.0 m/s；运动到C点时的竖直分速度vy，vC4.0 m/s.例3如图6所示为一小球做平抛运动的闪光照片的一部分，图中背景方格的边长约为5 cm.如果取g10 m/s2，那么：图6(1)闪光频率是多少？(2)小球运动中水平分速度多大？(3)小球经过B点时的速度多大？答案(1)10 Hz(2)1.5 m/s(3)2.5 m/s解析(1)A、B、C三点水平间隔相等，故相邻各点的时间间隔相等，设为T.在竖直方向：hgT2，即(53)0.05 mgT2，得T0.1 s，则频率为f10 Hz.(2)水平方向：30.05 mv0T，得v01.5 m/s.(3)竖直方向：B点的竖直分速度vBy2 m/s，又由vB，得vB2.5m/s.1.(实验操作)在做“研究平抛运动”的实验时，坐标纸应当固定在竖直的木板上，下列图中所示坐标纸的固定情况与斜槽末端的关系正确的是()答案C2.(探究平抛运动的特点)两个同学根据不同的实验条件，进行了“研究平抛运动”的实验：图7(1)甲同学采用如图7甲所示的装置.用小锤击打弹性金属片，使A球沿水平方向弹出，同时B球被松开，自由下落，观察到两球同时落地，改变小锤击打的力度，即改变A球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明_ _.(2)乙同学采用如图乙所示的装置.两个相同的弧形轨道M、N，分别用于发射小铁球P、Q，其中N的末端可看做与光滑的水平板相切，两轨道上端分别装有电磁铁C、D；调节电磁铁C、D的高度使ACBD，从而保证小铁球P、Q在轨道出口处的水平初速度v0相等，现将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小球同时以相同的初速度v0分别从轨道M、N的末端射出.实验可观察到的现象应是_.仅仅改变弧形轨道M的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，这说明_ _.答案(1)做平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动(2)P球击中Q球做平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动解析(1)通过对照实验，说明两球具有等时性，由此说明做平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动.(2)两球在水平轨道上相遇，水平方向运动情况相同，说明平抛运动的水平分运动是匀速直线运动.3.(实验操作及速度的计算)如图8所示，在“研究平抛运动”的实验中，可以描绘出小球平抛运动的轨迹，实验简要步骤如下：图8A.让小球多次从_释放，在一张印有小方格的纸上记下小球经过的一系列位置，如图中a、b、c、d所示.B.安装好器材，注意_，记下平抛初位置O点和过O点的水平线与竖直线.C.取下方格纸，以O为原点，以水平线为x轴，竖直线为y轴建立坐标系，用平滑曲线画出小球平抛运动的轨迹.(1)完成上述步骤，将正确的答案填在横线上.(2)上述实验步骤的合理顺序是_.(3)已知图中小方格的边长L1.25 cm，则小球平抛的初速度为v0_(用L、g表示)，其值是_.(取g9.8 m/s2)(4)b点的速度vb_.(用L、g表示)答案(1)同一位置静止斜槽末端切线水平(2)BAC(3)20.7 m/s(4)解析(1)这种方法，需让小球重复同一个平抛运动多次，才能记录出小球的一系列位置，故必须让小球每次由同一位置静止释放.斜槽末端切线水平，小球才会做平抛运动.(3)由yaT2得两点之间的时间间隔T，所以小球的初速度v02，代入数据得v00.7 m/s.(4)vby，由vb得vb .课时作业一、选择题(14为单项选择题，5为多项选择题)1.利用如图1所示的装置研究平抛运动的特点，让小球多次沿同一轨迹运动，通过描点法画小球做平抛运动的轨迹，为了能较准确地描绘运动轨迹，下面说法不正确的是()图1A.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.每次必须在斜槽上的同一位置由静止释放小球D.小球运动时不应与木板上的白纸(或坐标纸)相接触答案B解析要使小球做平抛运动，斜槽轨道末端必须水平，A正确.要使小球每次抛出的初速度相等，释放小球时必须在斜槽上同一位置由静止释放，B不正确，C正确.小球离开轨道后，仅受重力作用，不能有摩擦，D正确.2.在“研究平抛运动”的实验中，为了求小球做平抛运动的初速度，需直接测的数据有()小球开始滚下的高度小球在空中飞行的时间运动轨迹上某点P的水平坐标运动轨迹上某点P的竖直坐标A. B. C. D.答案C解析由平抛运动规律，竖直方向ygt2，水平方向xv0t，因此v0x，可见只要测得轨迹上某点P的水平坐标x和竖直坐标y，就可求出初速度v0，故C项正确.3.描述做平抛运动的物体在竖直方向上的速度vy(取向下为正)随时间变化的图象是图中的()答案D解析平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动，竖直方向上的速度随时间均匀增大，故选项D正确.4.如图2所示，在粗糙水平桌面上用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.用刻度尺测出下列哪一组数据可以求出钢球离开水平桌面时的速度()图2A.钢球在练习本上滚下的距离、钢球释放点离桌面的高度B.水平桌面的高度、钢球落地点与桌边的水平距离C.钢球释放点离桌面的高度、钢球在水平桌面上运动的距离D.钢球释放点离桌面的高度、钢球落地点与桌边的水平距离答案B解析钢球沿桌面飞出后做平抛运动，根据平抛运动规律得ygt2，xv0t，联立解得v0x，故要求出钢球离开水平桌面时的速度，需测量水平桌面的高度y、钢球落地点与桌边的水平距离x，B项正确.5.在做“研究平抛运动”实验时，下列说法正确的是()A.安装有斜槽的木板时，一定要注意检查斜槽末端切线是否水平B.安装有斜槽的木板时，只要注意小球不与木板发生摩擦即可C.每次实验都要把小球从同一位置由静止释放D.实验的目的是描出小球的运动轨迹，分析平抛运动水平分运动的规律答案ACD二、非选择题6.如图3甲是研究平抛运动的实验装置图，图乙是实验后在白纸上作的图.图3(1)在甲图上标出O点及Ox、Oy轴，并说明这两条坐标轴是如何作出的.(2)固定斜槽轨道时应注意使_.(3)实验过程中需经过多次释放小球才能描绘出小球平抛运动的轨迹，实验中应注意_.(4)计算小球平抛初速度的公式v0_，根据图乙给出的数据，可计算出v0_ m/s.(g取9.8 m/s2)答案(1)见解析(2)底端切线沿水平方向(3)使小球每次都从同一高度处无初速度滚下(4)x1.6解析(1)如图所示，在斜槽末端小球球心在白纸上的投影为O点，从O点开始作平行于重垂线向下的直线为Oy轴，再垂直于Oy作Ox轴.(2)为了保证小球离开斜槽时的速度沿水平方向，应调整斜槽使底端切线沿水平方向.(3)为了保证小球每次做平抛运动的轨迹一致，要求它的初速度相同，故每次都让小球从斜槽的同一高度处无初速度滚下.(4)由于xv0t，ygt2，故初速度v0x，根据图乙给出的数据，可计算出v01.6 m/s.7.甲同学在做“测量平抛运动的初速度”的课题研究时，得到如图4所示一小球做平抛运动的闪光照片的一部分，图中每个方格边长为5 cm，g取10 m/s2，则闪光频率是_ Hz，小球做平抛运动的初速度v0_ m/s.图4答案102解析因为xABxBC，所以tABtBC，在竖直方向上，由ygT2得(70.0550.05) m10T2，解得T0.1 s，故闪光频率为10 Hz.水平速度v0 m/s2 m/s.8.在做“研究平抛运动”的实验中，为了确定小球在不同时刻所通过的位置，实验时用如图5所示的装置，先将斜槽轨道的末端调成水平，在一块平木板表面钉上复写纸和白纸，并将该木板竖直立于紧靠槽口处.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.又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，再得到痕迹C.若测得木板每次移动距离x10.00 cm，A、B间距离y14.78 cm，B、C间距离y214.58 cm.g取9.8 m/s2.