《实验：探究平抛运动的特点》教案

《实验：探究平抛运动的特点》教案核心素养1.物理观念知道抛体运动、平抛运动的含义，掌握其为匀变速曲线运动。√2.科学思维掌握化曲为直的思想，通过实验掌握研究方法。√3.科学探究通过观察实验，能够提出物理问题，分析实验数据，得到实验结论。√4.科学态度与责任掌握平抛运动的特点，有将所学知识应用到生活中的意识。√重点重点1.知道实验原理、步骤以及注意事项，会判断平抛运动的轨迹。2.会计算平抛运动物体的初速度，能掌握描迹法、频闪照相法、对比法等探究实验的常用方法。教学流程教学过程创设情境通过生活中的情境（1）与情境（2），引出抛体运动的概念；通过情境（3）介绍平抛运动的含义。情境（3）情境（1）情境（2）通过对情境（3）中，排球在空中的运动情况进行分析，提出问题：平抛运动有什么的特点？从而对其进行实验探究。实验探究通过“化曲为直”的思想，将探究实验转化成了：验证平抛运动的两个分运动分别为：匀速直线运动与自由落体运动，并且引出实验目的。方案设计首先，实验探究介绍了两种方案：方案一：对比实验；方案二：频闪照相。对两种方案都进行了实验操作、实验过程以及实验原理等方面的介绍。在这一过程中，渗透探究实验的研究方法：对比实验法。方案一：对比实验介绍实验原理、对实验器材进行介绍。播放验证水平与竖直两个方向的实验视频。采用对比实验法进行验证，所需的实验器材有：斜槽、小球、木板、图钉、重锤线、刻度尺、三角板、铅笔等。简单的了解一下实验操作，在A球开始做平抛运动的一瞬间，在同一高度释放B球，在相同时间内两者下落的位移相同，那么通过对比就验证了竖直方向为自由落体运动，在水平方向上，我们让A球与C球具有相同的初速度，若相同时间内，A球与做匀速直线运动的C球水平位移相同，那么就验证了我们的猜想。方案二：频闪照相通过对频闪照相法内容的介绍，结合底片让学生了解该方法，体会实验原理。频闪照相法是指：每隔一定时间对同一物体进行一次拍照，并将其位置呈现在同一张底片上的技术。也就是说，在底片上，对于同一小球任意相邻的两个影像之间的时间间隔都是相同的。在这张底片上我们可以看出，竖直方向上做自由落体运动的小球与做平抛运动的小球，在任一段相同时间内，下落的位移是相同的，而水平方向上，任意两相邻的小球影像之间的距离，都是相等的。也验证了平抛运动的性质。通过以上方案得到结论：水平方向水平方向：竖直方向：其次，从平抛运动的轨迹入手，来分析其轨迹是否为抛物线，得到轨迹的方法有：描迹法与喷水法。描迹法要重点强调实验仪器的调整，以及注意引导对坐标原点的位置进行思考。方案三：描迹法用铅笔在纸上，先描出平抛运动的轨迹，再进行处理分析，这就是描迹法。对于描迹法来说，前提要保证小球能够做平抛运动，那么就首先要对实验仪器进行调整，要做到“一水平二平行”。调整好器材后，播放具体的实验过程。方案四：喷水法准备两根两端开口的细管，将一根弯成水平，插在装有水的饮料瓶的喷嘴上，进行倒置，这样就可以在胶片上留下平抛运动的轨迹了。这就是喷水法。介绍操作的注意事项：为了保证喷出的水初速保持不变，左侧A管的上端必须要保持在液面的下方，这是因为：这样可以保证该处压强始终与外界大气压一样，弯管口处的压强也就保持不变了，从而可以提供速度不变的水流喷出。（四）数据处理对实验中得到的轨迹进行处理，目的在于分析出：平抛运动的轨迹是否为抛物线，以及初速度的计算。得到轨迹之后，我们以小球在初位置时，球心在纸上的投影作为坐标原点，沿着水平与竖直方向建立平面直角坐标系，这里要注意并不是槽口的投影，在运动轨迹中找出均匀分布的6个点，用直尺与三角板测出它们的坐标，记录在表格中，将两个方程联立，得到v0的表达式，其中g值已知。将6组数据分别代入表达式，可以得出6个初速度的值，再求平均值，从而求出这个初速度v0。将两个方程进行组合，可得到y=ax2，这里的a是常数，我们将某点的坐标代入，求出常数a，再将其他点的坐标代入y=ax2，看是否成立。如果都近似成立，就说明描绘的曲线为抛物线。实验过程中的误差来源，主要来自于器材调平、坐标原点的选取、量取坐标等方面。（五）实验结论平抛运动水平方向为匀速直线运动，竖直方向为自由落体运动，并且轨迹为抛物线。（六）应用情境这一部分为习题练习，将所学知识进行应用的过程。第五章测评(时间:75分钟满分:100分)一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)1.(2021山东潍坊检测)广场上很流行一种叫作“套圈圈”的游戏,将一个圆环水平扔出,套住的玩具作为奖品。某小孩和大人站立在界外,在同一竖直线上不同高度处同时水平抛出圆环,恰好套中前方同一物体。假设圆环的运动可以简化为平抛运动,则()A.大人应以较大的速度抛出圆环B.大人抛出的圆环运动时间较短C.小孩抛出的圆环先套中物体D.小孩抛出的圆环发生的位移较大答案C解析套中同一物体须水平位移x=v0t相同,而由h=12gt2,知大人抛出的圆环运动的时间较长,即小孩抛出的圆环先套中物体,所以大人应以较小的速度抛出圆环,A、B、D错误,C2.(2021江苏徐州期中)如图所示,在一棵大树下有张石凳,上面水平摆放着一排香蕉。小猴子为了一次拿到更多的香蕉,它紧抓住软藤摆下,同时树上的老猴子向上拉动软藤的另一端,使得小猴子到达石凳时保持身体水平向右运动。已知老猴子以大小恒定的速率v拉动软藤,当小猴子到达石凳时软藤与竖直方向成θ角,则小猴子的水平运动速度大小为()A.vcosθ B.vsinθ C.vcosθ D答案D解析因软藤不能伸缩,故两猴沿藤方向的分速度必须相等,则v=v小sinθ,所以v小=vsinθ3.(2021北京西城区高一期末)如图所示,虚线为秋千座板荡过的轨迹,O是轨迹的最低点。秋千座板从图示位置开始运动,关于其经过O点时的速度方向,图中所示正确的是()A.OA B.OB C.OC D.OD答案D解析轨迹的切线方向为速度的方向,秋千在O点速度方向为OD,D正确。4.端午赛龙舟是中华民族的传统。若某龙舟在比赛前划向比赛点的途中要渡过宽72m且两岸平直的河,龙舟在静水中划行的速率为4m/s,河水的流速为3m/s,下列说法正确的是()A.该龙舟以最短时间渡河时通过的位移为96mB.该龙舟渡河的最大速率约为8m/sC.该龙舟渡河的最短时间为18sD.该龙舟不可能沿垂直河岸的航线抵达对岸答案C解析当该龙舟垂直河岸航行时渡河时间最短,可得tmin=dv船=724s=18s,沿河岸方向的位移x=v水tmin=54m,则该龙舟以最短时间渡河通过的位移s=d2+x2=722+542m=90m,A错误,C正确;当该龙舟在静水中的速度与水流速度方向相同时合速度最大,则最大速度为4m/s+3m/s=5.(2021湖南娄底质量检测)羽毛球运动员在训练中用羽毛球定点击鼓,如图所示是羽毛球场地示意图,图中甲、乙两鼓等高,丙、丁两鼓较低但也等高,若运动员每次发球时羽毛球飞出位置不变且均做平抛运动,则()A.击中甲、乙的两球初速度v甲=v乙B.击中甲、乙的两球运动时间可能不同C.假设某次发球能够击中甲鼓,用相同大小的速度发球可能击中丁鼓D.击中四鼓的羽毛球中,击中丙鼓的初速度最大答案C解析由题图可知,甲、乙高度相同,所以球到达两鼓用时相同,但两鼓离运动员的水平距离不同,甲的水平距离较远,由v=xt可知,击中甲、乙的两球初速度v甲>v乙,故A、B错误;甲鼓的位置比丁鼓位置高,则球到达丁鼓用时较长,则若某次发球能够击中甲鼓,用相同大小的速度发球可能击中丁鼓,故C正确;由于丁鼓与丙鼓高度相同,但由题图可知,丁鼓离运动员的水平距离大,所以击中丁鼓的球的初速度一定大于击中丙鼓的球的初速度,即击中丁鼓的球的初速度最大,故D6.(2021河北石家庄期末)许多快递公司推出“无接触配送”服务,用无人机配送快递。某次配送质量为2kg的物体,在无人机飞行过程中,0~10s内物体在水平方向的速度—时间图像如图甲所示,在竖直方向(初速度为零)的加速度—时间图像如图乙所示,下列说法正确的是()A.物体做匀变速曲线运动B.物体在0~10s内的位移大小为75mC.10s末物体竖直方向速度减为零D.1s末物体受到的合力大小为42N答案D解析0~5s时间内,物体在水平方向上做初速度为零的匀加速直线运动,在竖直方向上做加速度不断增大的变加速直线运动,则其合运动为变加速曲线运动;5~10s时间内,物体在水平方向上做匀速直线运动,在竖直方向上做加速度不断减小的变加速直线运动;题图甲中图线与时间轴所围的面积表示物体的水平位移,则物体在0~10s内的水平位移大小为x=12×10×5m+10×5m=75m,而在竖直方向物体加速度均匀变化,在竖直方向也有位移,可知s合>75m,故A、B错误。依据加速度—时间图像与时间轴所围成的面积为速度的变化量知,10s末物体竖直方向速度为v=at=50m/s,故C错误。在1s末,物体水平方向加速度大小ax=105m/s2=2m/s2,竖直方向加速度大小ay=105×1m/s2=2m/s2,根据加速度合成规律可知,1s末物体的加速度大小a=ax2+ay2=22m/s2,由牛顿第二定律可知,7.如图所示,某人从高h的坡上以速度v0水平击出一个质量为m的高尔夫球。由于受恒定的水平风力的作用,高尔夫球竖直落入距击球点水平距离为L的A穴,不计洞穴的深度,则下列说法正确的是()A.球被击出后做平抛运动B.该球从被击出到落入A穴所用的时间为LC.球被击出时的初速度大小v0=L2D.球被击出后受到的水平风力的大小为mgℎ答案C解析由于水平方向受到风力作用,因此球的运动不是平抛运动,A错误;球在竖直方向做自由落体运动,由h=12gt2得t=2ℎg,由于球竖直地落入A穴,故球在水平方向做末速度为零的匀减速直线运动,根据运动学公式,有L=v0t-12at2,0=v0-at,解得v0=L2gℎ,a=gLℎ,t=2Lv0,由牛顿第二定律可得水平风力的大小二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)8.(2021山东青岛检测)如图所示,A、B、C三个小球在离地面不同高度处同时以相同的速度向左水平抛出,小球A落到D点,lDE=lEF=lFG,不计空气阻力,抛出后每隔相等的时间小球依次碰到地面,下列说法正确的是()A.B球落在E点,C球落在F点B.B、C两球均落在D点C.三小球离地面的高度之比为1∶4∶9D.三小球在空中运动的时间之比为tA∶tB∶tC=1∶3∶5答案BC解析据题意三个小球在空中运动时间分别为t、2t、3t。据h=12gt2得hA∶hB∶hC=12∶22∶32=1∶4∶9,C正确,D错误;B、C两球的水平位移xB=v0tB=v0·2t、xC=v0tC=v0·3t,而xA=v0t且lDE=lEF=lFG=v0t,所以A错误,B9.(2021山东安丘实验中学检测)建立如图所示的坐标系,现让玻璃管沿水平方向做匀变速直线运动,同时小蜡块从O点开始沿竖直玻璃管向上做匀速直线运动,那么图中能够大致反映小蜡块运动轨迹的是()答案BC解析合初速度的方向斜向上,合加速度的方向水平,两者不在同一条直线上,必然做曲线运动,根据轨迹每点的切线方向表示速度的方向,合力指向轨迹弯曲的方向可知,B、C正确。10.(2020江苏卷)如图所示,小球A、B分别从2l和l的高度水平抛出后落地,上述过程中A、B的水平位移分别为l和2l,忽略空气阻力,则()A.A和B的位移大小相等B.A的运动时间是B的2倍C.A的初速度是B的1D.A的末速度比B的大答案AD解析平抛运动的位移公式s=x2+y2,A、B位移大小相等,选项A正确;小球做平抛运动的时间t=2ℎg,A的运动时间是B的2倍,选项B错误;由x=v0t,y=12gt2可得v0=xg2y,A的初速度为B的122,选项C错误;末速度v=v02+v三、非选择题(本题共5小题,共54分)11.(8分)(2021山东青岛检测)某同学用如图甲、乙所示装置研究平抛运动的特点。(1)在图甲所示的实验中,用小锤击打弹性金属片后,P球沿水平方向抛出,做平抛运动,同时Q球被释放,做自由落体运动。分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度,多次重复实验。发现两个小球总是同时落地,该现象说明。

(2)在图乙所示的实验装置中,钢球从斜槽M上释放,飞出后做平抛运动。在装置中有一个水平放置的可上下调节的倾斜挡板N,钢球飞出后落在挡板上。实验前,先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上。钢球落到挡板上后,就会挤压复写纸,在白纸上留下印迹。上下调节挡板,多次实验,就会在白纸上记录钢球运动轨迹上的多个位置。最后用平滑曲线将这些印迹连接起来,就可得到钢球平抛运动的轨迹。图丙即为得到的一条轨迹,取抛出点为坐标原点O建立直角坐标系,在轨迹上取A、B、C三个点,相邻两点间的水平和竖直距离分别为x1、y1,x2、y2,x3、y3。①本实验在操作过程中应注意的事项有。(至少写出两点)

②根据图甲实验的结论,取A、B、C三个点时在竖直方向上应满足y1∶y2∶y3=,若水平方向上满足,说明。

答案(1)平抛运动在竖直方向上的分运动为自由落体运动(2)①斜槽轨道末端水平、小球每次都从同一位置由静止释放②1∶3∶5x1=x2=x3平抛运动在水平方向上的分运动为匀速直线运动解析(1)沿水平方向弹出的小球和自由下落的小球同时落地,可知平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动。(2)①为了能画出平抛运动轨迹,首先要保证小球做的是平抛运动,所以斜槽轨道不一定要光滑,但末端必须是水平的,同时要让小球每次都从同一位置由静止释放,这样才能找到同一运动轨迹上的几个点。②根据图甲的结论可知,平抛运动在竖直方向上做自由落体运动,根据连续相等时间内,位移之比为1∶3∶5∶…,可知取A、B、C三个点时,在竖直方向上应满足y1∶y2∶y3=1∶3∶5,若水平方向上满足x1=x2=x3,则说明平抛运动在水平方向上的分运动为匀速直线运动。12.(10分)未来在一个未知星球上用如图甲所示的装置研究平抛运动的规律。悬点O正下方P点处有水平放置的炽热电热丝,当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断,小球由于惯性向前飞出做平抛运动。现对小球利用频闪数码照相机连续拍摄,在有坐标纸的背景屏前拍下了小球做平抛运动的多张照片,经合成后,照片如图乙所示。a、b、c、d为连续四次拍下的小球位置,已知照相机连续拍照的时间间隔是0.10s,照片大小如图中坐标所示,又知该照片的长度与实际背景屏的长度之比为1∶4,则:甲乙(1)由以上信息,可知a点(选填“是”或“不是”)小球的抛出点;

(2)由乙图信息,可以推算出该星球表面的重力加速度为m/s2;

(3)由乙图信息,可以算出小球平抛的初速度是m/s;

(4)由乙图信息,可以算出小球在b点时的速度是m/s(此空保留3位有效数字)。

答案(1)是(2)8(3)0.8(4)1.13解析(1)因为竖直方向上连续相等时间内的位移之比是1∶3∶5,符合初速度为零的匀加速直线运动的特点,由此可知,a点的竖直分速度为零,a点是小球的抛出点。(2)该照片的长度与实际背景屏的长度之比为1∶4,可得小正方形的实际边长l=4cm;竖直方向上有Δy=2l=g'T2,解得g'=2lT2=2×4×1(3)小球在水平方向上做匀速直线运动,v0=2lT=2×4×10(4)小球在b点时的竖直分速度vby=4l2T=0.160.20m/s=0.8m/s,则小球在b点时的速度v13.(10分)一艘小艇从河岸A处出发渡河,小艇保持沿与河岸垂直方向行驶,经过10min到达正对岸下游120m的C处,如图所示,如果小艇保持原来的速度大小逆水沿斜向上游与河岸成α角的方向行驶,则经过12.5min恰好到达正对岸的B处,求河的宽度。答案200m解析设河宽为d,河水流速为v1,船速大小为v2,船两次运动速度合成如图所示。依题意有v2t1=v2sinα·t2B到C的距离为lBC=v1t1速度关系为v1v2=联立可得v1=12m/min,sinα=0.8故cosα=0.6河宽d=v2t1=120.6×10m=20014.(12分)如图所示,一