《实验：研究平抛运动的特点》学案

《5.3实验：研究平抛运动的特点》学案【学习目标】1．知道抛体运动和平抛运动，知道用运动分解的方法研究平抛运动。2.会用实验的方法描绘平抛运动的轨迹。3．会根据平抛运动的轨迹，研究平抛运动水平和竖直分运动的特点。4．了解科学探究中获取数据及处理数据的办法。【课堂合作探究】一、平抛运动1.抛体运动2.平抛运动3.平抛运动条件：①初速度沿水平方向；②只受重力的作用。4.性质：①初速度沿水平方向②只受重力作用③运动轨迹是曲线总结：平抛运动的实质是什么？平抛运动的研究思路平抛运动为曲线，我们应该怎么采用什么样的思路来研究呢？我们怎样分解平抛运动可以简化研究过程呢？初速度受力情况运动情况水平方向竖直方向三、平抛运动实验研究实验一：探究平抛运动向竖直方分运动性质实验器材：平抛竖落仪（2）实验步骤①用小锤击打弹性金属片后，A球沿水平方向抛出，做平抛运动，同时B球被释放，自由下落，做自由落体运动。②A、B两球同时开始运动。注意倾听它们落地的声音。③分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度，多次重复这个实验，记录实验现象有什么变化。（3）实验现象两球同时落地并发出个声音实验结论平抛运动在竖直方向上是实验二：探究平抛运动水平方向分运动等时性如图所示的装置．两个相同的弧形轨道M、N，分别用于发射小铁球P、Q，将两个小球拿到相同高度，同时释放，使两小球同时以相同的初速度v0分别从轨道M、N的末端．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__________________________________．实验三：探究平抛运动水平方向分运动的性质1.实验器材平抛运动实验器、白纸（坐标纸）、复写纸、磁条、重锤、细线、三角板、铅笔、刻度尺。 2、实验步骤(1)安装调整斜槽：将描迹记录纸衬垫一张复写纸，紧贴记录面板用压纸板固定在竖直面板上，在木板的左上角固定斜槽，并使其末端保持水平;(2)调整木板：用悬挂在槽口的铅垂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且靠近，固定好木板；(3)确定坐标轴：把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口时球心在木板上的水平投影点O，O即为坐标原点，再利用铅垂线在纸上画出通过O点的竖直线，即y轴，过O点垂直y轴画出x轴;(4)调整接球挡板：把接球挡板拉到最上方一格的位置。(5)确定小球释放点：选择一个小球在斜槽上合适的位置由静止释放，以一定的初速度由轨道的平直部分水平抛出。(6)描绘运动轨迹：落的钢球打在向面板倾斜的接球挡板上，同时在面板上留下一个印迹点。再将接球挡板向下拉一格，重复上述操作方法，打出第二个印迹点，如此继续下拉接球挡板，直至最低点，即可得到平抛的钢球下落时的一系列迹点。思考1：安装斜槽时要保持斜槽抹点水平为什么？思考2：如何验证平板竖直?思考3：如何保证每次实验v0相同？思考5：如何确定小球平抛的抛出点？思考6：根据得到的实验轨迹点，如何描绘平抛运动的轨迹？3.数据处理（1）如何准确得出平抛运动水平方向的运动规律呢？利用自由落体运动性质，连续相同时间间隔位移比为，确定“”。在误差允许的范围内，相等的时间间隔内，水平位移相等，说明平抛运动在水平方向为匀速直线运动。（2）怎样计算平抛物体的初速度？方法一：OOyxv0P（x，y）方法二：【课堂检测】1、在做“研究平抛物体的运动”的实验中，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的轨迹，下面列出了一些操作要求，你认为哪些操作是正确的（）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相同C．每次必须由静止释放小球D．记录小球的位置用的铅笔每次必须严格地等距离下降2、下列哪些因素会使“研究平抛物体的运动”实验的误差增大（）A．小球与斜槽之间有摩擦B．安装斜槽时其末端不水平C．建立坐标系时，以斜槽末端端口位置为坐标原点D．根据曲线计算平抛运动的初速度时，在曲线上取作计算的点离原点较远3、某同学用图示装置研究平抛运动及其特点，他的实验操作是：在小球A、B处于同一高度时，用小锤轻击弹性金属片，使A球水平飞出，同时B球被松开。他观察到的现象是：小球A、B______填“同时”或“不同时”落地；让A、B球恢复初始状态，用较大的力敲击弹性金属片，A球在空中运动的时间将______填“变长”、“不变”或“变短”；上述现象说明：平抛运动的时间与______大小无关，平抛运动的竖直分运动是______运动4.如图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两点竖直坐标与y1为5.0cm、y2为45.0cm，A、B两点水平间距Δx为40.0cm。则平抛小球的初速度v0为_________m/s，若C点的竖直坐标y3为60.0cm，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10m/s2）。【达标练习】一、单选题关于物体的平抛运动，下列说法正确的是(    )A.由于物体受力的大小和方向不变，因此平抛运动是匀变速运动

B.由于物体速度的方向不断变化，因此平抛运动不是匀变速运动

C.平抛运动的时间只由物体抛出时的初速度决定，与高度无关

D.平抛运动的水平距离由物体抛出时的初速度决定，与高度无关关于平抛物体的运动，下列说法中正确的是(    )A.物体只受重力作用，是a=g的匀变速运动

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做“研究平抛运动”的实验时，下列做法不能减小实验误差的是(    )A.使用密度大、体积小的钢球

B.尽量减小钢球与斜槽间的摩擦

C.实验时，让钢球每次都从同一高度由静止开始滚下

D.使斜槽末端的切线保持水平在做“探究平抛运动的特点”的实验时，除木板、小球、斜槽、铅笔、刻度尺、图钉之外，下列器材中还需要的是(    )A.重垂线 B.秒表 C.弹簧测力计 D.天平在做“研究平抛运动”实验时，下列操作正确的是(    )A.用重垂线确定y轴方向

B.用目测判断斜槽末端切线是否水平

C.用重垂线判断斜槽末端切线是否水平

D.实验时需改变小球从轨道上释放的位置

二、实验题在用如图甲所示装置“探究平抛运动的特点”的实验中，利用斜槽和贴着带有方格白纸的竖直板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，在印有小方格的纸上记下小球碰到铅笔笔尖的一系列位置，如图乙中a、b、c、d所示．B.安装好器材，注意使斜槽末端________，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________．某同学在做平抛运动实验时得出如图所示的小球的运动轨迹，a、b、c三点的位置在运动轨迹上已标出，g取10m/s2，空气阻力不计．则：

(1)小球做平抛运动的初速度为________m/s．(2)小球运动到b点时的速度为________m/s．(3)小球开始做平抛运动的位置(即抛出点)坐标为x=________cm，y=________cm．参考答案【课堂检测】1.ABC2.BC3.【答案】同时不变初速度自由落体【答案】DB2.0m/s4.0m/s1.A【解析】A、平抛运动仅受重力，加速度保持不变，做匀变速曲线运动，故A正确，B错误．C、根据t=2ℎg知，物体运动的时间由高度决定，与初速度无关，故C错误．

D、根据x=v0t=v02ℎg知，平抛运动的水平位移与初速度和高度有关，故D错误．

故选：A．

2.A【解析】A.做平抛运动的条件是物体只受重力且初速度的方向为水平方向，根据牛顿第二定律可知，物体只受重力时，其加速度必为g，且保持不变，A正确；

B.做平抛运动的物体在空中运动的时间取决于物体抛出时离地的高度，B错误；

CD.做平抛运动的物体落地时的水平位移由初速度和在空中运动的时间共同决定，抛出点的高度决定了物体在空中运动的时间，C、D错误．

3.B【解析】使用密度大、体积小的钢球可以减小钢球做平抛运动过程中阻力的影响；钢球与斜槽间的摩擦不会影响钢球的平抛运动过程；为了使每次平抛运动的轨迹相同，实验时应让钢球每次都从同一高度由静止开始滚下；为了保证钢球做平抛运动，斜槽末端切线应保持水平，B正确．

4.A【解析】A

故A正确，BCD错误

5.A【解析】A.确定Oy轴时，没有用重锤线，就不能调节斜槽末端切线水平，所以会引起实验误差，故A正确；BC.当斜槽末端切线没有调整水平时，小球脱离槽口后并非做平抛运动，但在实验中，仍按平抛运动分析处理数据，会造成较大误差，故斜槽末端切线不水平会造成误差，检查斜槽末端的切线是否水平，可将小球置于槽口看是否静止，故BC错误；D.为确保有相同的水平初速度，所以要求从同一位置无初速度释放，这样减小实验误差，故D错误；故选A。

6.【答案】(1)斜槽同一

切线水平(2)BAC

【解析】解：(1)在研究平抛运动的实验中，为保证小球做平抛运动斜槽末端要水平，为保证每次运动轨迹相同要求小球从同一位置释放；

(2)实验的第一步是：安装好器材，使斜槽末端水平，第二步是：让小球多次从统一位置无初速滚下，记录位置．故正确的顺序应该是：BAC．

故答案为：(1)斜槽同一

切线水平(2)BAC

在实验中让小球在固定斜槽滚下后，做平抛运动，记录下平抛后运动轨迹．要得到的是同一个轨迹，因此要求抛出的小球初速度是相同的，所以在实验时必须确保抛出速度方向是水平的，同时初速度相同．

本题不但考查了平抛运动的规律，还灵活运用了匀速运动和匀变速运动的规律．

7.【答案】(1)2；(2)2.5；(3)−10，−1.25

【解析】解：(1)在竖直方向上△y=gT2，T=△yg=0.2−0.110=0.1s.则小球平抛运动的初速度v0=xt=0.20.1=2m/s．

(2)b点在竖直方向上的分速度vby=yac2T=0.30.2=1.5m/s，

小球运动到b点的速度为v=v02+课后篇巩固提升合格考达标练1.如图所示,斜面上有A,B,C,D四个点,AB=BC=CD,从A点以初速度v0水平抛出一个小球,它落在斜面上的B点,若小球从A点以速度2v0水平抛出,不计空气阻力,则下列判断正确的是()A.小球一定落在C点B.小球可能落在D点与C点之间C.小球落在斜面的运动方向与斜面的夹角一定增大D.小球落在斜面的运动方向与斜面的夹角不相同答案A2.(多选)跳台滑雪是一种勇敢者的滑雪运动,运动员穿专用滑雪板,在滑雪道上获得一定速度后从跳台飞出,在空中飞行一段距离后着陆。现有某运动员先后两次从跳台a处沿水平方向飞出,初速度分别为v和2v,两次均在斜坡上着陆。不计空气阻力,下列判断正确的是()A.运动员两次在空中飞行的时间之比是1∶2B.运动员两次在空中飞行的位移之比是1∶2C.运动员两次落在斜坡上的瞬时速度大小之比是1∶2D.运动员两次落在斜坡上的瞬时速度与水平方向夹角的正切值之比是1∶2答案AC解析设运动员水平飞出时的速度为v0,则根据题意可得tanα=12gt2v0t=gt2v0,解得t=2v0tanαg,运动员在空中运动的时间和初速度成正比,故A正确;运动员的位移(v0t)2+(12gt2)

2=t3.如图所示,某物体以水平初速度抛出,飞行3s后,垂直地撞在倾角θ为30°的斜面上(g取10m/s2),由此计算出物体的水平位移x和水平初速度v0分别是()A.x=25m B.x=521mC.v0=10m/s D.v0=20m/s答案C解析物体撞在斜面上时竖直分速度vy=gt=103m/s,将速度进行分解,根据平行四边形定则知,tan30°=v0vy,解得v0=103×33m/s=10m/s,则水平位移x=v0t=10×3m=103m。故C正确4.如图所示,从同一水平线上的不同位置,沿水平方向抛出两小球A、B,不计空气阻力。要使两小球在空中相遇,则必须()A.先抛出A球 B.先抛出B球C.同时抛出两球 D.两球质量相等答案C解析相遇时,两球下落的高度相同,根据t=2ℎg知,两球运动的时间相等,则两球必须同时抛出。与质量无关。故C正确,A、B、5.在一斜面顶端,将甲、乙两个小球分别以v和v2的速度沿同一方向水平抛出,两球都落在该斜面上。甲球落至斜面时的速率是乙球落至斜面时速率的(A.2倍 B.4倍 C.6倍 D.8倍答案A解析设斜面倾角为θ,小球从斜面上水平抛出又落到斜面上,对于任意初速度v0,竖直位移和水平位移之间的关系为tanθ=12gt2v0t,可得飞行时间t=2v0tanθg,落到斜面上的速度是竖直分速度和水平分速度的合速度,6.如图所示,一光滑斜面与竖直方向成α角,一小球有两种方式释放:第一种方式在A点以初速度v0平抛落至B点;第二种方式是在A点松手后沿斜面自由下滑。(1)两种方式到B点,平抛的运动时间为t1,下滑的时间为t2,求t1(2)求两种方式到B点的竖直分速度之比v1答案(1)t1t2=cosα解析设AB长为L(1)水平方向位移为Lsinα=v0t1竖直方向位移为Lcosα=1两式联立可得L=2v02cos下滑物体加速度a=gcosα,L=12将L、a代入得t2=2v0gsinα,则t(2)平抛运动竖直分速度v1y=gt1=2下滑运动竖直分速度v2y=v2cosα由于v2=2aL=2v0tanα则v1等级考提升练7.(多选)如图所示为湖边一倾角为30°的大坝横截面示意图,水面与大坝的交点为O。一人站在A点以速度v0沿水平方向扔一个小石子,已知lAO=40m,不计空气阻力,不考虑小石子反弹过程,g取10m/s2。下列说法正确的有()A.若v0=103m/s,则石子刚好落在水面与大坝的交点B.若v0=53m/s,则石子落在AO的中点C.若小石子能直接落入水中,则v0越大,在空中飞行的时间就越长D.若小石子不能直接落入水中,则v0越大,在空中飞行的时间就越长答案AD解析小石子被扔出后做平抛运动,根据lAOsin30°=12gt2,得t=2×40×1210s=2s,则小石子不落入水中的最大速度v0=lAOcos30°t=40×322m/s=103m/s,即v0=103m/s时,小石子刚好落在水面与大坝的交点,故A正确;若v0=53m/s<103m/s,则小石子会落在大坝上,所以落在大坝上时位移夹角为30°,则tan30°=ℎx=gt22v0,代入v0=53m/s可解得t2=1s,故落到大坝上时水平位移为x=v0t2=53×1m=53m,故合位移为x合=xcos30°=5332m=10m=14AO,故B8.(多选)如图所示,在半径为R的圆环圆心O正上方的P点,将一小球以速度v0水平抛出后恰能从圆环上Q点沿切线飞过,若OQ与OP间夹角为θ,不计空气阻力。则()A.从P点运动到Q点的时间为t=RB.从P点运动到Q点的时间为t=RC.小球运动到Q点时的速度为vQ=vD.小球运动到Q点时的速度为vQ=v答案AD解析过Q点作OP的垂线,根据几何关系可知,小球在水平方向上的位移的大小为Rsinθ,根据Rsinθ=v0t,可得时间为t=Rsinθv0,故A正确,B错误。根据几何关系知,Q点的速度方向与水平方向的夹角为θ,故小球运动到Q点时的速度为vQ=v0cos9.(多选)甲、乙两球位于同一竖直直线上的不同位置,甲比乙的位置高,如图所示,将甲、乙两球分别以v1、v2的初速度沿同一水平方向抛出,不计空气阻力,下列条件中有可能使乙球击中甲球的是()A.同时抛出 B.甲早抛出C.初速度v1>v2 D.初速度v1<v2答案BD解析由题意可知甲的抛出点高于乙的抛出点,相遇时,甲的竖直位移大于乙的竖直位移,由h=12gt2,得t=2ℎg,从抛出到相遇甲运动的时间长,故要相遇,甲应早抛出;两物体的水平位移相同,甲的运动时间比较长,由x=v0t知,甲的速度要小于乙的速度,v1<v2。故B、D正确,A10.(多选)(2019全国Ⅱ卷)如图(a),在跳台滑雪比赛中,运动员在空中滑翔时身体的姿态会影响其下落的速度和滑翔的距离。某运动员先后两次从同一跳台起跳,每次都从离开跳台开始计时,用v表示他在竖直方向的速度,其v-t图像如图(b)所示,t1和t2是他落在倾斜雪道上的时刻。则()图(a