第五章 曲线运动
3 实验:研究平抛运动
学习目标
1.知道平抛运动的条件及相应控制方法.
2.知道用实验获得平抛运动轨迹的方法.
3.知道判断运动轨迹是否是抛物线的方法.
4.知道测量初速度时需要测量的物理量.
5.会推导平抛运动初速度的表达式,会计算平抛运动的初速度.
自主探究
1.平抛运动的性质
做平抛运动的物体只受到 力的作用,由牛顿第二定律可知,其加速度恒为g,所以是 运动;又因 力与速度不在同一条直线上,所以平抛运动是匀变速 运动.?
2.平抛运动的处理方法
平抛运动是一种曲线运动,研究平抛运动时可以将平抛运动分解为水平方向的 和竖直方向的 两个分运动.?
3.平抛运动的轨迹是 .?
4.常见的几种获取平抛运动轨迹的方法(参考教材第14页)
(1)利用实验室的斜面小槽等器材装配如图所示的装置.钢球从斜槽上滚下,冲过水平槽飞出后做 运动.每次都使钢球在斜槽上的 位置滚下,钢球在空中做 运动的轨迹就是 的.设法用铅笔描出小球 的位置.通过多次实验,在 上记录钢球所经过的多个位置,连起来就得到钢球做 的轨迹.怎样找出小球在运动过程中所经过的位置呢? .?
(2)如图,倒置的饮料瓶内装着水,瓶塞内插着两根两端开口的细管,其中一根弯成水平,
且水平端加接一段更细的硬管作为喷嘴.水从喷嘴中射出,在空中形成 ,它显示了 运动的轨迹.设法把它描在背后的纸上就能进行分析处理了.插入瓶中的另一根细管的作用,是 .这是因为该管上端与空气相通,A处水的压强始终 大气压,不受瓶内 的影响.因此,在水面降到A处以前的一段时间内,可以得到 的细水柱.?
(3)用数码相机或数码摄像机记录平抛运动的轨迹.
可以用它拍摄小球从水平桌面飞出后做平抛运动的几张连续照片.如果用数学课上画函数图象的方格黑板做背景,就可以根据照片上小球的位置在方格纸上画出小球的轨迹.
合作探究
一、设计实验方案
交流方案,分析教材中的实验方案的优缺点,确定实验方案.
教材中的案例
优点
缺点
注意事项
案例一
案例二
案例三
二、确定平抛运动的轨迹
(一)利用平抛实验仪的实验中得到较准确的轨迹,请思考下列问题:
1.如何检验斜槽末端部分是否水平和木板面是否竖直? ?
2.如何保证每次实验v0相同? ?
3.小球平抛的抛出点在哪?如何确定? ?
4.实验结果与斜面轨道不光滑有关吗?为什么? ?
5.根据得到的实验轨迹点,如何描绘平抛运动的轨迹? ?
6.实验需要哪些器材或仪器? ?
如何判断平抛运动的轨迹是不是抛物线?说明方法:?
?
(二)利用水注法的实验中为了得到较准确的轨迹,请思考下列问题:
1.如何确保水流出时做平抛运动? ?
2.如何确保水注的轨迹不发生变化? ?
3.根据得到的实验轨迹点,如何描绘平抛运动的轨迹? ?
4.实验需要哪些器材或仪器? ?
如何判断平抛运动的轨迹是不是抛物线?说明方法:?
?
三、计算平抛运动的初速度
思考讨论:(1)如何推导平抛初速度的表达式?写出推导过程.
(2)测量初速度时需要测量的物理量有哪些?
(3)实验数据处理
1
2
3
4
x
y
v0=x
v0的平均值
课堂检测
1.在研究平抛运动的实验中,为减小空气阻力对小球运动的影响,应采用( )
A.实心小铁球 B.空心小铁球
C.实心小木球 D.以上三种小球都可以
2.关于做“研究平抛运动”的实验时,下列说法正确的是( )
A.实验目的之一是求当地重力加速度
B.小球运动时,应与木板上的白纸相接触
C.把小球位置记录在纸上后,应用平滑曲线连接
D.在纸上记录小球的第一个位置,应尽量靠近坐标原点
3.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.保持小球飞出时,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.保证小球运动的轨迹是一条抛物线
4.在“研究平抛运动”的实验中,已备有下列器材:有孔的硬纸片、白纸、图钉、平板、铅笔、弧形斜槽、小球、刻度尺、铁架台,还需的器材有( )
A.停表 B.天平
C.重垂线 D.弹簧测力计
5.数码相机大多具有摄像功能,每秒钟拍摄大约15帧照片,一同学用它拍摄小球从水平面飞出后做平抛运动的几张连续照片,下列处理正确的是( )
A.只要测出相邻两照片上小球的距离,就能判断平抛运动的特点
B.只要测出相邻两照片上小球的水平距离,就能判断平抛运动在水平方向上的运动特点
C.只要测出相邻两照片上小球的竖直距离,就能判断平抛运动在水平方向上的运动特点
D.只要测出相邻两照片上小球的竖直距离,就能判断平抛运动在竖直方向上的运动特点
6.在做“研究平抛运动”的实验时,下列说法正确的是( )
A.安装斜槽和木板时,一定要注意木板是否竖直
B.安装斜槽和木板时,只需注意小球不和木板发生摩擦
C.每次实验都要把小球从同一位置由静止释放
D.实验的目的是描出小球的运动轨迹,分析平抛运动的规律
7.下列因素会使“研究平抛运动”实验的误差增大的是( )
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O较远
8.如图所示,
在研究平抛运动时,小球A沿轨道滑下,离开轨道末端(末端水平)时撞开轻质接触式开关S,被电磁铁吸住的小球B同时自由下落.改变整个装置的高度H,做同样的实验,发现位于同一高度的A、B两个小球总是同时落地,该实验现象说明了A球在离开轨道后( )
A.水平方向的分运动是匀速直线运动
B.水平方向的分运动是匀加速直线运动
C.竖直方向的分运动是自由落体运动
D.竖直方向的分运动是匀速直线运动
9.在研究平抛物体的运动的实验中,为了求平抛物体的初速度,需直接测的数据有( )
A.小球开始滚下的高度
B.小球在空中飞行的时间
C.运动轨迹上某点P的水平坐标
D.运动轨迹上某点P的竖直坐标
10.在“研究平抛运动”的实验中,某同学记录了运动轨迹上三点A、B、C,如图所示,以A为坐标原点,建立坐标系,各点坐标值已在图中标出.求:
(1)小球平抛初速度大小;
(2)小球做平抛运动的初始位置坐标(g取10m/s2).
参考答案
自主探究
1.重 匀变速 重 曲线
2.匀速直线运动 自由落体运动
3.抛物线
4.(1)平抛 同一 平抛 一定 经过 竖直白纸 平抛运动 可以把笔尖放在小球可能经过的位置,如果小球能够碰到笔尖,就说明位置找对了
(2)弯曲的细水柱 平抛 保持从喷嘴射出水流的速度,使其不随瓶内水面的下降而减小 等于 水面高低 稳定
合作探究
一、设计实验方案
教材中的案例
优点
缺点
注意事项
案例一
平抛运动的轨迹稳定
不易确定钢球的位置
使用横槽确定小球的位置
案例二
便于确定轨迹
轨迹不稳定,受液面高低的影响
迅速确定轨迹
案例三
便于确定轨迹
不易确定初速度
向学生提供照片的实际比
二、确定平抛运动的轨迹
(一)1.小球放在斜槽水平任意位置都静止;木板面与重垂线平行.
2.由同一位置静止释放小球.
3.小球的球心,斜槽的末端向上加半径的高度
4.没有关系,只要从同一斜面、同一高度静止释放小球,都能获得初速度相同的平抛运动.
5.让小球沿斜槽末端抛出,先用眼睛粗略估计轨迹位置,再把笔尖放在该位置,让小球再次滚下,若小球击中笔尖,则记下该位置点,按照此方法,记录多个轨迹点,然后用平滑的曲线依次连接各点.
6.平抛实验仪、金属小球、复写纸、白纸、刻度尺、三角板、笔、计算器.
说明方法:抛物线轨迹上各点应满足y=ax2,在轨迹上测出若干点的坐标(x,y),带入方程中检验是否满足y与x2成正比的关系.
(二)1.细管的末端保持水平
2.使管口压强保持不变
3.用平滑的曲线连接
4.铁架台、饮料瓶、大头针、亚克力板、透明胶片、白板笔、刻度尺、三角板、接水盘、计算器.
说明方法:抛物线轨迹上各点应满足y=ax2,在轨迹上测出若干点的坐标(x,y),带入方程中检验是否满足y与x2成正比的关系.
三、计算平抛运动的初速度
(1)y=gt2?t=
x=v0t?v0==x
2.测出轨迹上某一点的坐标(x,y)代入可求出v0,选取不同位置的点,多次测量后求出平均值.
【巩固训练】
1.AD 2.2 0.70m/s
课堂检测
1.A 解析:空气阻力对实心小铁球的影响相对较小.
2.C 解析:平抛实验的目的不是测重力加速度,A错;小球也不能与木板上的白纸相接触,B错;实验用到的数据与坐标原点无关,D错.
3.B 解析:平抛运动就是要求小球离开斜槽时,初速度一定是水平的.
4.C
5.BD 解析:研究平抛运动是采用运动的分解,分别在水平方向和竖直方向研究,所以需要测量水平间距和竖直间距,故选B、D.
6.ACD 解析:安装斜槽和木板时,木板要竖直,以保证描点准确,A正确,B错误;为保证小球每次做平抛运动的初速度相同,每次实验都要把小球从同一位置由静止释放,C正确;实验的目的是描出小球的运动轨迹,分析平抛运动的规律,进而求出初速度,D正确.
7.BC 解析:本实验的目的是描出平抛物体的运动轨迹,并求出平抛物体的初速度,实验中只要保证小球离开斜槽末端时的平抛初速度相等即可,因此,即使小球与斜槽之间有摩擦,只要保证小球每次从斜槽上滚下的初始位置都相同,平抛时的初速度就都相同,不会引起误差,A错误;如果安装斜槽时其末端不水平,小球的运动就不是平抛,会引起误差,B正确;建立坐标系时,应以斜槽末端小球球心所在的位置为坐标原点,否则会引起误差,C正确;计算初速度时,计算点距抛出点O越远,x、y值就越大,用刻度尺进行测量时,其误差越小,故D错误.
8.C 解析:由于B球做自由落体运动,A、B两球总是同时落地,说明A球在竖直方向上和B球做同样的运动,即A球也做自由落体运动,C正确,D错误;至于水平方向上A球做什么运动,该实验无法说明,A、B均错误.
9.CD 解析:由平抛运动规律,竖直方向y=gt2,水平方向x=v0t,因此v0=x,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、D正确.
10.(1)1m/s (2)初始位置坐标值为(-10,-5)
解析:(1)从题中可以看出在水平方向有xAB=xBC=10cm,说明从A到B所用时间与从B到C所用时间相等,即tAB=tBC=t0
在竖直方向有Δh=hBC-hAB=10cm
由匀变速直线运动规律可得Δh=g
则初速度v0==xAB·=1m/s
(2)由匀变速直线运动规律可得B的竖直速度vBy==2m/s
又vBy=vAy+gt0,则vAy=1m/s
又vAy=gt,则t=0.1,即从平抛起点到A点的时间为0.1s
因此,从抛出点到A点的水平位移x=v0t=0.1m=10cm,竖直位移y=gt2=0.05m=5cm
于是可得物体开始做平抛运动的位置坐标(-10,-5).
课件14张PPT。3 实验：研究平抛运动【自主知识梳理】1、平抛运动的性质
只受重力匀变速曲线2、平抛运动的处理方法
水平方向上的匀速直线运动
竖直方向上的自由落体运动3.平抛运动的轨迹是什么?抛物线观察小虫留下的径迹实验:研究平抛运动实验目的：(1)描绘出平抛物体的运动轨迹
(2)求出平抛运动物体的初速度如何获得平抛运动的轨迹?参考课本中的案例提出你的实验方案讨论各方案的优点和不足1、小球碰铅笔尖法,教材P14—参考案例一2、过纸板小孔法,教材P14—参考案例一3、细水柱法，教材P14—参考案例二4、连拍照片法，教材P14—参考案例三方案一 ：描迹法一、如何获得小球做平抛运动的轨迹？方案一
1．如何检验斜槽末端是否水平和木板面是否竖直？
2．如何保证每次实验v0相同？
3．如何确定平抛小球的抛出点？
4．实验结果与斜面轨道不光滑有关吗？为什么？
5．根据得到的实验轨迹点，如何描绘平抛运动的轨迹？
6．实验需要哪些器材或仪器？思考与讨论：oxy方案二 径迹法
1．如何确保水流出时做平抛运动？
2．如何确保水注的轨迹不发生变化？
3．根据得到的实验轨迹点，如何描绘平抛运动的轨迹？
4．实验需要哪些器材或仪器？思考与讨论：二、如何判断平抛运动的轨迹是不是抛物线？ 假设轨迹是一条抛物线，则轨迹上各点应满足y=ax2 。测出轨迹上某点的坐标(x，y)，带入y=ax2中求出a，就可知道代表这个轨迹的可能关系式；再测几个点的坐标代入验证。Oy三、怎样计算平抛物体的初速度？ 平抛运动的两个分运动为： 水平方向上的匀速直线运动
竖直方向上的自由落体运动测出轨迹上某一点的坐标(x，y)代入可求出v0方法三用数码照相机或数码摄像机记录
平抛运动的轨迹 巩固训练
1.在做“研究平抛运动”
实验中,下列措施可减小误差的是（ ）
A．斜槽水平部分轨道必须水平
B．斜槽轨道必须光滑
C．每次要平衡摩擦力
D．小球每次应从斜槽上同一高度释放A D 2.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v0=________（用l、g表示），其值是________ （g取9.8m/s2）0.70m/s 1.这节课你学到了什么？2.本节课我们用到了哪些物理方法和思想？3.能否设计更好的实验方案？小结：
