高中物理5.3实验研究平抛运动导学案新人教版.docx

第五章 曲线运动第3节 研究平抛运动【学习目标】 知识与技能1、知道常见的几种获取平抛运动轨迹的方法； 2、掌握判断平抛运动的轨迹是不是抛物线方法； 3、会根据平抛运动的轨迹计算平抛物体的初速度；过程与方法：1、会用运动合成与分解的方法分析抛体运动2、学会化曲线为直线的物理思想和方法3、能够根据物体初速度和受力确定物体的运动规律情感、态度与价值观1、培养学生合作与交流的精神，右将自己的见解与他人交流的愿望，养成在合作中既坚持原则又尊重他人的习惯2、通过动手实验，将感性认识和理性思维相结合，使学生获得成功的体验【重点、难点】重点：1、如何设计实验。2、如何处理实验数据。3、通过实验处理结果加深对平抛运动的理解难点: 1、实验设计及数据处理中的困难。2、 由实验理论分析探究平抛运动轨迹、初速度。预习案【自主学习】1、平抛运动的定义： ；2、条件： ；3、特点： ；实验原理平抛运动可以看作是两个分运动的和运动；一个水平方向的_ ，其速度等于平抛物体运动的_；另一个是竖直方向的_ ，通过实验确定作平抛运动的小球运动时的若干不同位置，然后描出运动轨迹，测出曲线上任一点的坐标，利用公式_ 和_ 就可求出小球的水平分速度，即平抛物体的速度v0=_ .实验器材：斜槽轨道、小球、木板、白纸、图钉、铅垂线、直尺、三角板、铅笔等.实验步骤 描绘平抛运动的轨迹，建立水平、竖直的直角坐标系，通过研究水平和竖直两个方向的位移时间关系，获得各分运动的确切情况。实验步骤：1.安装斜槽轨道，使其末端保持水平；检查斜槽末端部分是否水平的方法 。2.固定木板上的坐标纸，使木板保持竖直状态，小球的运动轨迹与板面平行，坐标纸方格横线呈水平方向；检验坐标纸是否竖直的方法： 。3.建立直角坐标系xoy：以小球做平抛运动的起点0为坐标原点，从坐标原点0画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴。确定坐标原点o的方法是： 4让小球由斜槽的某一固定位置自由滚下，由0点开始做平抛运动。先用眼睛粗略地估计小球在某一x值处(如x=1 cm或2 cm等)的y值，然后用铅笔尖指着这个位置，让小球从原释放处开始滚下，看是否与铅笔尖相碰，如此重复数次，较准确地确定小球通过的这个位置，并在坐标纸上记下这一点。 5依次改变x值，用与(4)同样的方法确定小球通过其他各点的位置。6取下坐标纸，用刻度尺过0点画出y轴和z轴当第(3)步未进行时，将(4)(5)中所描出的各点用平滑曲线连接起来，这就画出了小球做平抛运动的轨迹曲线(所画曲线可不通过个别偏差大的点，但必须保持曲线平滑，不允许出现凹陷处)。实验过程注意事项：（1）固定斜槽时，必须注意使通过斜槽末端点的切线保持水平，以使小球离开斜槽后做平抛运动。(2)木板必须处在竖直面内，与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，使小球的运动靠近图纸但不接触。(3)在斜槽上设定位卡板，使小球每次都从定位卡板所确定的同一位置由静止开始滚下，以保证重复实验时，小球做平抛运动的初速度相等。(4)应在斜槽上适当的高度处释放小球，使小球能以适当的水平速度抛出，其运动轨迹由图板左上角到右下角。这样可以充分利用坐标纸，减小测量误差。（5）由平抛运动方程求小球平抛的初速度时，应在平抛轨迹上选取离坐标原点0较远的点的坐标数据来进行计算，这样既便于测量又减小了误差。六、数据处理1，思考如何判断平抛运动的轨迹是不是抛物线；2、如何计算平抛物体的初速度？ 七、误差分析(1)安装斜槽时，其末端切线不水平，造成小球并非做平抛运动，测量的数据不准确。(2)建立直角坐标系时，误以斜槽末端端口位置为坐标原点(实际上应以末端端口上的小球球心位置为坐标原点)。(3)小球每次从槽上开始滚下的位置不相同，使得平抛初速度不相同。探究案【合作探究一】问题：平抛运动物体在竖直方向的什么运动？一、探究平抛运动物体在竖直方向的运动规律v0v1v2v2yv1y21猜测 ： 平抛运动的轨迹是一条曲线，且沿这条曲线越往下，曲线的切线方向越趋近于竖直方向，物体的速度方向也越来越趋近于竖直方向，如图所示，图中21。由机械能守恒定律可知v2v1，由运动的分解不难得知，物体经过A、B两位置时竖直方向的分速度大小关系为v2yv1y。所以，物体在竖直方向的初速度为零且做加速运动，结合物体竖直方向只受重力作用这一因素，我们不难做出这样的猜测：平抛运动物体在竖直方向的分运动是自由落体运动。实验：按图所示操作实验，如果小球A确实如猜想的那样竖直方向做自由落体运动，那么A、B两小球在空中运动的时间应该相等，同时下落，同时着地。仔细观察（不仅用眼看，更要用耳仔细听）可以得知，不管小球距地面的高度为多大，也不管小锤击打金属片的力度多大（小锤击打金属片的力度越大，A小球水平抛出的初速度越大），两小球每次都是同时落地。结论：上述实验中，两小球每次都是同时落地，这说明两小球在空中运动的时间相等，也就说明了平抛运动物体在竖直方向的分运动是自由落体运动。问题2：平抛运动物体在水平方向的什么运动？二. 探究平抛运动物体在水平方向的运动规律思路：要想知道平抛运动物体在水平方向上运动的特点，关键在于找到物体的水平位移随时间变化的规律。因此，我们可测量几段相等时间间隔内物体在水平方向上的位移，找出其特点，看看这些位移是否相等。实验：设法通过实验得到平抛运动的轨迹；在平抛运动的轨迹上找到每隔相等时间物体所到达的位置；测量两相邻位置间的水平位移，分析这些位移的特点。那么，如何通过实验得到平抛运动的轨迹呢？教材提出了三个参考案例：案例一：利用水平喷出的细水柱显示平抛运动轨迹；案例二：利用斜面小槽等装置记录平抛运动轨迹；yOh4h9hx?案例三：利用数码照相机或数码摄像机记录平抛运动轨迹。通过前面的实验探究我们已经知道，平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动，而自由落体运动下落的高度h是与运动时间t的二次方成正比的，即hgt2。因此，图中在竖直坐标轴y上，从原点开始向下任取一个坐标为h的点，再找到坐标为4h、9h、16h的点。在物体运动过程中，纵坐标从其中一个位置运动到下一个位置所用的时间都是相等的。过这些点做水平线与轨迹相交，交点就是每经相等时间物体所到达的位置。在误差允许范围内，实验测得它们对应的横坐标可表示为l、2l、3l，可见在相等的时间间隔内物体在水平方向的位移相等。结论：在相等的时间间隔内物体在水平方向的位移相等，这说明平抛运动在水平方向做匀速直线运动. 归纳总结：平抛运动物体在竖直方向的分运动是自由落体运动。平抛运动在水平方向做匀速直线运动. 【合作探究二】问题1：如何描绘平抛运动的轨迹？描绘平抛运动的轨迹为记录平抛运动轨迹，实验室中较常用的方法是教材介绍参考案例2：利用实验室的斜面小槽等器材装配图所示的装置。钢球从斜槽上同一位置滚下，钢球在空中做平抛运动的轨迹就是一定的。设法用铅笔描出小球经过的位置。通过多次实验，在竖直白纸上记录钢球所经过的多个位置，连起来就得到钢球做平抛运动的轨迹。归纳总结：平抛运动的轨迹是抛物线【合作探究三】问题1、如何计算平抛物体的初速度？计算平抛运动的初速度：根据公式有【课堂小结/本节知识网络】【课堂小结】1. 平抛运动物体在竖直方向的分运动是自由落体运动。2.平抛运动在水平方向做匀速直线运动. 3. 平抛运动的轨迹是抛物线的一支。4、平抛运动的初速度：【板书设计】1.平抛运动物体在竖直方向的分运动是自由落体运动。2. 平抛运动在水平方向做匀速直线运动.3. 平抛运动的轨迹是抛物线的一支。4. 平抛运动是水平方向的自由落体运动和竖直方向的匀速直线运动的合运动。5.平抛运动的规律是 【思考】此课是实验课，所以在在培养学生能力方面做了很详细的设计与安排，既有实验方案设计，又有实际动手操作，还有对操作结果的处理，充分体现以学生为主体，培养学生能力的教学思想，同行强化物理仪器设计中的每个细节，既可以让学生对物理知识知其所以然，还能让学生意识到细节的价值，要关注细节，激发学生创新实验，关注生活，充分利用资源的兴趣。【当堂检测】1在“探究平抛物体运动的规律”的实验中，小球做平抛运动的坐标原点位置应是（设小球半径为r）（ ）A斜槽口末端O点B斜槽口O点正上方r处C槽口O点正前方r处D小球位于槽末端时，球心在竖直木板上的水平投影点22.在做“探究平抛物体的运动”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。为了能较准确地描绘运动轨迹，下面列出一些操作要求，将你认为正确选项前面的字母填在横线上： （） （a）实验所用的斜槽要尽量的光滑，以减小摩擦（b）通过调节使斜槽的末端保持水平（c）每次释放小球的位置必须相同（d）每次必须由静止释放小球（e）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（f）小球运动时不应与木板上的白纸相碰撞（g）将球的位置记录在纸上后，取下纸，用直尺将点连成折线3.在做“探究平抛物体的运动”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外，下列器材中还需要的是（） A游标卡尺 B秒表 C坐标纸 D天平 E弹簧秤 F重垂线4、如图所示，在“研究平抛物体运动”的实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长l=1.25cm。若小球在平抛运动途中的几个位置如图中的a、b、c、d所示，则小球平抛的初速度的计算式为vo=（用l、g表示），其值是（取g=9.8m/s2），小球在b点的速率是。答案：1、D 2、BDF 3、CF 4、；0.7m/s；0.875m/s【课后巩固】1、一个同学在研究平抛物体的运动实验中，只画出了如图9所示的一部分曲线，于是他在曲线上取水平距离相等的三点A、B、C，量得 = 0.2m。又量出它们之间的竖直距离分别为h1 = 0.1m，h2 = 0.2m，利用这些数据，可求得：（1）物体抛出时的初速度为 m/s；（2）物体经过B时竖直分速度为 m/s；（3）抛出点在A点上方高度为 m处。2、某同学做平抛运动实验时，在白纸上只画出了表示竖直向下方向的 Y轴和平抛物体运动轨迹的后一部分，而且漏标了抛出点的位置， 如图所示.这位同学希望据此图能测出物体的初速度，请你给他出出主意： （1） 简要说明据此图测定该物初速度的方法_.（2） 需要增加的测量工具有_.（3） 用测量出的物理量表示测量的结果：v0=_3、下图是小球平抛运动轨迹中的三点,测得A、B间和B、C间的水平距离分别为x1和x2,且x1=x2=15厘米,A、B间和B、C间的竖直距离分别为y1=15厘米, y2=25厘米,若g取10米/秒2,则小球平抛的初速度为 米/秒;小球经过B点时的竖直分速度为米/秒. 6、某学生在做“研究平抛物体运动”的实验中，忘记记下小球做平抛运动的起点位置O，A为物体运动一段时间后的位置，根据图17所示，求出物体做平抛运动的初速度为_ 。(g取10 ms2) 4、平抛物体的运动规律可以概括为两点：一是水平方向上做匀速直线运动；二是竖直方向上做自由落体运动。为了研究平抛物体的运动，可做这样的实验：如图所示，用小锤打击弹性金属片，A球水平飞出，同时B球被松开，做自由落体运动。两球同时落到地面。则这个实验（）A只能说明上述规律中的第一条B只能说明上述规律中的第二条C不能说明上述规律中的任何一条5、为了准确地测出平抛运动轨道上某点的坐标，需要注意的是 (A)选距原点近一些的点 (B)应正确标出平抛小球的球心在木板上的水平投影点 (C)用重锤线准确地测定纵轴(D)尽量选取每次记录下来的点测量D能同时说明上述两条规律。6、在“探究平抛运动的运动规律”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：A让小球多次从位置上滚下，在一张印有小方格的纸记下小球碰到铅笔笔尖的一系列位置，如右下图中a、b、c、d所示。B按图安装好器材，注意，记下平抛初位置O点和过O点的竖直线。C取下白纸以O为原点，以竖直线为y轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛运动物体的轨迹。abcd完成上述步骤，将正确的答案填在横线上。上述实验步骤的合理顺序是。 7、在“研究平抛物体的运动”的实验中，可以测出曲线上某一点的坐标（x,y）根据重力加速度g的数值，利用公式 ，可以求出小球的飞行的时间t,再利用公式 ，可以求出小球的水平速度Vo= .（9分）40AC103020x/cmy/cm8某同学在做“研究平抛物体的运动”的实验中，忘记记下小球做平抛运动的起点的位置O，图中的A点是运动了一定的时间后的一个位置，根据图5-7-5所示中的数据，可以求出小球