高中物理 《实验 研究平抛运动》学案 新人教版必修2

1 高中物理必修二高中物理必修二 实验 研究平抛运动实验 研究平抛运动 学案学案 课前预习学案 1 实验原理 描点法描绘平抛运动的轨迹 利用实验器材描出物体做平抛运动时轨迹上的几 个点 把这些点用平滑的曲线连接起来 就是平抛物体的轨迹了 然后利用平抛物体的运动 规律既可求出平抛的初速度 2 实验目的 3 实验器材 附带金属小球的斜槽 木板及竖直固定支架 白纸 图钉 刻度尺 三角板 重锤 铅笔等 4 实验步骤 安装调整斜槽 调整木板 确定坐 标原点 描绘运动轨迹 三 提出疑惑 课内探究学案 一 学习目标 1 知道平抛运动的特点规律 2 熟练的利用 实验的方法描绘平抛运动的轨迹 3 应用平抛运动的规律求出平抛运动的初速度 学习的重点难点 描绘轨迹求出平抛初速度 二 学习过程 探究一 描绘平抛运动的轨迹 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 实验步骤如下 安装调整斜槽 使斜槽末端处于水平 为什么斜槽的末端必修水平 怎样判定 调整木板 用悬挂在槽口的重锤线把木板调整到竖直方向 并使木板平面与小球下落 的竖直面平行 为什么木板必修与小球下落的竖直面平行 若不平行会带来什么误差 确定坐标原点 斜槽的末端是平抛的坐标原点吗 为什么 应该怎样确定 描绘运动轨迹 用铅笔的笔尖轻轻地靠在木板的平面上 不断调整笔尖的位置 使从 斜槽上滚下的小球正好碰到笔尖 然后就用铅笔在该处白纸上点上一个黑点 这就记下了小 球球心所对应的位置 保证小球每次从槽上开始滚下的位置都相同 用同样的方法可找出小 球平抛轨迹上的一系列位置 取下白纸 用平滑的曲线把这些位置连接起来即得小球做平抛 运动的轨迹 探究二 平抛运动物体在水平方向的运动规律 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 1 怎样才能找到轨迹上每隔相等时间平抛物体所到达的位置呢 2 把你设想的方法与你周围的同学交流 2 3 选择最科学的方法 利用描绘的轨迹进行分析论证 4 得出结论 探究三 求平抛物体的初速度 在轨迹上任取一点 测出抛出点到该点的竖直高度 根据h gt2 求出时间 然后测出该点 1 2 到抛出点的水平位移 根据 X Vt 求出平抛的水平速度 V 三 反思总结 1 描绘平抛运动轨迹的过程方法 2 利用描绘的轨迹求平抛的初速度 四 当堂检测 1 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 记下小球碰到铅笔笔尖的一系列位置 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 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 2 如图所示是研究平抛运动的实验装置简图 图是实验后白纸 上的轨迹图 说明图中的两条坐标轴是如何作出的 说明判断槽口的切线是否水平的方法 实验过程中需要经多次释放小球才能描绘出小球运动的轨迹 进行这一步骤时应注意什么 1 安装斜槽时 应检查斜槽末端的水平槽部分是否水平 检查方法是小球平衡法 2 固定坐标纸时应用重锤检查坐标纸上的竖直线是否竖直 坐标原点位置是否正确 3 要注意保持小球每次都是从同一止高度由静止开始滚下 4 计算初速度时 应选距抛出点远些的点为宜 以便于测量 减小误差 3 在 研究平抛物体的运动 的实验中 某同学只在竖直板面上记 下了重锤线y的方向 但忘记了平抛的初位置 在坐标纸上描出了一段 曲线的轨迹 如图所示 现在曲线上取A B两点 量出它们到y轴的 距离 AA x1 BB x2 以及AB的竖直距离h 用这些可以求出求得 小球平抛时的初速度为多大 4 在研究平抛运动的实验中 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 a b c d所示 则小球平抛的初速度为v0 用L g表 AA B B y h x2 x1 a b c d 3 示 其值是 g取 9 8m s2 课后练习与提高 1 一个同学在 研究平抛物体的运动 实验中 只画出了如图 1 所示的一部分曲线 于是 他在曲线上取水平距离s 相等的三点A B C 量得s 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 如图所示 为一平抛物体运动的闪光照片示意图 照片与实际大小相 比缩小 10 倍 对照片中小球位置进行测量得 1 与 4 闪光点竖直距离为 1 5 cm 4 与 7 闪光点竖直距离为 2 5 cm 各闪光点之间水平距离均为 0 5 cm 则 1 小球抛出时的速度大小为多少 2 验证小球抛出点是否在闪光点 1 处 若不在 则抛出点距闪光点 1 的 实际水平距离和竖直距离分别为多少 空气阻力不计 g 10 m s2 4 如图所示为一小球作平抛运动的闪光照片的一部分 图中 背景方格的边长均为 5cm g 10m s2 那么 闪光频率为 Hz 小球运动的初速度的大小是 m s 小球经过 B 点时的速度大小为 m s 5 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 图 1 4 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 1 7 所示 求出物体做平抛运动的初速度为 g 取 10 m s2 作业 完成课后练习与提高 6 选作 堂检测参考答案 1 解析 同一位置 B注意斜槽末端切线水平 上述实验步骤的合理顺序是 B A C 2 解析 利用拴在槽口处的重锤线画出y轴 x轴与y轴垂直 将小球放在槽口的水平部分 小球既不向里滚动 也不向外滚动 说明槽口的末端 是水平的 应注意每次小球都从轨道上同一位置由静止释放 3 解析 设小球到达A点时 运动时间为t1 竖直方向的位移为y1 到达B点时 运 动时间为t2 竖直方向的位移为y2 根据平抛运动的规律有 其中y2 y1 h 所以 4 解析 2 0 70m s Lg 由水平方向上ab bc cd可知 相邻两点的时间间隔相等 设为T 竖直方向相邻两点 间距之差相等 s L 则由 s aT2 即得 T s a L g 时间T内 水平方向位移为s 2L 所以 v0 2 m s 0 70m s s TLg 课后练习与提高参考答案 1 答 2 2 分 1 5 2 分 0 0125 3 分 2 答 ll 共12分 l 画出三条两两之间等距离 x 的与 Y轴平行的竖线 分别与 5 轨迹曲线交于A B C三点 过这三点各作一条垂直于Y轴的线 测量A B之间的竖直距离y1和 A C之闻的竖直距离y2 根据以上数据可算出初速 4分 2 刻度尺 2分 3 12 2yy g x 6分 3 解 13 分 1 设 1 4 之间时间为T 竖直方向有 2 5 1 5 10 2 10 m gT2 所以T 0 1 s 3 分 水平方向 0 5 10 2 3 10 m v0T 所以v0 1 5 m s 3 分 2 设物体在 1 点的竖直分速度为v1y 1 4 竖直方向 1 5 10 2 10 m v1yT 2 1 gT2 解得v1y 1 m s 因v1y 0 所以 1 点不是抛出点 2 分 设抛出点为O点 距 1 水平位移为x m 竖直位移为y m 有 水平方向 x v0t 竖直方向 gtv gty y1 2 2 1 解得t 0 1 s 1 分 x 0 15 m 15 cm 2 分 y 0 05 m 5 cm 2 分 即抛出点距 1 点水平位移为 15 cm 竖直位移为 5 cm 4 答 物体竖直方向做自由落体运动 无论 A 是不是抛出点 2 aTs 均成立 式中 s为相邻两闪光点竖直距离之差 T为相邻两闪光点的时间间隔 水平方向有Tvs 0 s即相邻两点的水平间隔 6 由 T s v 0 和 a s T 可得gLv2 0 代人数值得s m v41 0 s g L a s T 16 1 故闪光频率Hz T f16 1 在 B 点时的竖直分速度s m T L T CA v B82 2 7 2 竖直间隔 过 B 点时水平分速度 0 v vB 故s m vvv B BB 13 22 5 答案 1 5 2 0 6 答案 2 0m s 公式 y 1 2gt2求出小球的飞行时间 t 再利用公式 x v0t 求出小球的水平分速度 即为小球 做平抛运动的初速度 v0 三 实验器材 斜槽 小球 木板 重垂线 铅垂线 坐标纸 图钉 刻 度尺 铅笔 或卡孔 四 参考实验步骤 1 安装调整弧槽 使其末端保持水平 固定斜槽 可用平衡法调整斜槽 即将小球轻放在斜槽平 直部分的末端处 能使小球在平直轨道上的任意位置静止 就表明斜槽平直部分的末端处已水平 2 调整木板 用悬挂在槽口上的重锤线把木板调到竖直方向 并使木板平面与小球下落的 竖直面平行 然后把重锤线方向记录到钉在木板的坐标纸上 固定木板 使在重复实验的过 程中 木板与斜槽的相对位置保持不变 注意 小球在运动中不能与坐标纸接触 3 确定坐标原点 O 把小球放在槽口处 用铅笔记下球在槽口时球心在板上的水平投影点 O O 点即为坐标原点 4 描绘运动轨迹 在木板的平面上用手按住卡片 使卡片上有孔的一面保持水平 调整卡片位置 要使从槽上 滚下的小球正好穿过卡片的孔 而不擦碰孔的边缘 然后用铅笔在卡片缺口上点个黑点 这 7 就在白纸上记下了小球穿过孔时球心所对应的位置 取下坐标纸用平滑的曲线把这些点连接 起来便得到小球做平抛运动的轨迹 5 判断轨迹是不是抛物线 6 计算初速度 以 O 点为原点画出竖直向下的 y 轴和水平向右的 x 轴 并在曲线上选取 ABCDEF 六个不同的点 用刻度尺测出它们的坐标 x 和 y 用公式 x v0t 和 y 1 2gt2计算出小球的初速度v0 最后求 出 v0的平均值 实验中的注意事项 1 安装斜槽时 应检查斜槽末端的水平槽部分是否水平 检查方法是小球平衡法 2 固定坐标纸时应用重锤检查坐标纸上的竖直线是否竖直 坐标原点位置是否正确 3 要注意保持小球每次都是从同一止高度由静止开始滚下 4 计算初速度时 应选距抛出点远些的点为宜 以便于测量 减小误差 范例精析 例 1 如图所示 是同时开始运动的平抛运动和自由落体运动物体的闪 光照片 由此照片 你能得出什么结论 解析 从闪光照片中可以测出 平抛运动的小球 在相等时间内的水平位 移总相等 所以 它的水平分运动为匀速直线运动 平抛运动的小球和 自由下落的小球总是在同一水平线上 说明它们在同一段时间的竖直位 移总是相等的 即平抛运动的竖直分运动跟自由落体运动遵循相同的规 律 所以 平抛运动的竖直分运动为自由落体运动 精选习题 1 研究平抛物体的运动 在安装实验装置的过程中 斜槽末端的切线必须是水平的 这样 做的目的是 A 保证小球飞出时 速度既不太大 也不太小 B 保证小球飞出时 初速度水平 C 保证小球在空中运动的时间每次都相等 D 保证小球运动的轨道是一条抛物线 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可以不同 C 每次必须由静止释放小球 D 将球的位置记录在纸上后 取下纸 用直尺将点 连成折线 8 3 关于平抛物体的运动 下列说法中正确的是 A 物体只受重力的作用 是a g的匀变速曲线运动 B 初速度越大 物体在空中运动的时 间越长 C 物体落地时的水平位移与初速度无关 D 物体落地时的水平位移与抛出点 的高度无关 4 从同一高度以不同的速度水平抛出的两个物体落到地面的时间 A 速度大的时间长 B 速度小的时间长 C 落地时间 定相同 D 由质 量大小决定 3 物体做平抛运动时 描述物体在竖直方向的分速度vy 取向下为正 随时间变化的图线是 5 试根据平抛运动原理设计 测量弹射器弹丸出射初速度 的实验方案 提供的实验器材 为弹射器 含弹丸 见图 铁架台 带有夹具