教科版必修二 1.3 课时2 实验：研究平抛运动 学案.docx

课时2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.方法二图像法建立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轴的方向根据重垂线确定(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)图4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_.图4答案(1)bbd(2)c(3)b解析(1)小球平抛轨迹的起点应选在小球在斜槽末端点时的球的上端.实验过程中，斜槽不一定光滑，只要能够保证从同一位置静止释放，即使轨道粗糙，摩擦力做功是相同的，离开斜槽末端的速度就是一样的，所以a错，记录点适当多一些，能够保证描点光滑，选项b正确，选项c错.y轴必须是竖直方向，即用重垂线确定，即选项d正确.(2)由题图可知斜槽末端不水平，选择c.(3)插入瓶中的直吸管的目的就是为了保证水流流速不因瓶内水面下降而减小，能保证下降到该处的一段时间内，能够得到稳定的细水柱，所以选b.1.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5所示)，使a、b间及b、c间的水平距离相等，由平抛运动的规律可知a、b间与b、c间所用时间相等，设为t，则图5hhbchabgt2所以t所以初速度v0x.例2如图6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6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.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)随时间变化的图像是图中的()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2(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.5.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3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3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.小球做平抛运动的初速度v0 m/s2 m/s.6.某实验小组同学在“研究平抛物体的运动”实验中，只画出了如图4所示的曲线，于是他在曲线上取水平距离x相等的三点a、b、c，量得x0.2 m.又量出它们之间的竖直距离分别为h10.1 m，h20.2 m，利用这些数据，可求得：(g10 m/s2) 图4(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.答案(1)2(2)1.5(3)0.012 5解析(1)由hgt2，得t0.1 s，v02 m/s.(2)vby1.5 m/s.(3)y0ybh1h10.012 5 m.7.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