5.3实验：研究平抛运动同步学案（含答案）
文档属性
| 名称 | 5.3实验：研究平抛运动同步学案（含答案） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 192.6KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2017-02-16 09:02:27 | ||
图片预览
文档简介
5.3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．
【知识探究】
一、描绘平抛运动的轨迹
1．实验原理
用________法(或喷水法或____________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位置为坐标原点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、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y＝ax2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y＝ax2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．21世纪教育网版权所有
方法二 图象法
建立y－x2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y－x2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．
三、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x＝v0t，y＝gt2，故v0＝x .
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2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
Δh＝hBC－hAB＝gt2
图2
所以t＝
所以初速度v0＝＝x .
【典例精析】
例1 如图3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3A．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．21教育网
B．按图安装好器材，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．21cnjy.com
(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L＝1.25 cm，则小球平抛的初速度为v0＝________(用L、g表示)，其值是________．(取g＝9.8 m/s2)21·cn·jy·com
(4)b点的速度vb＝________.(用L、g表示)
例2 在做“研究平抛运动”的实验中，为了确定小球不同时刻在空中所通过的位置，实验时用了如图4所示的装置．www.21-cn-jy.com
先将斜槽轨道的末端调整至水平，在一块平整的木板表面钉上白纸和复写纸．将该木板竖直立于水平地面上，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；将木板向远离槽口方向平移距离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方向平移距离x，小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，再得到痕迹C，若测得木板每次移动距离x＝10.00 cm，A、B间距离y1＝5.02 cm，B、C间距离y2＝14.82 cm.请回答下列问题：(g取9.8 m/s2)2·1·c·n·j·y
图4
(1)为什么每次都要使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放？
(2)根据以上直接测量的物理量求得小球初速度的表达式为v0＝________(用题中所给字母表示)．【来源：21·世纪·教育·网】
(3)小球初速度的测量值为________m/s.
例3 (1)平抛物体的运动规律可以概括为两点：①水平方向做匀速直线运动；②竖直方向做自由落体运动．如图5所示为研究平抛运动的实验装置，现把两个小铁球分别吸在电磁铁C、E上，然后切断电磁铁C的电源，使一个小铁球从轨道A射出，并在射出时碰到碰撞开关S，使电磁铁E断电释放它吸着的小铁球，两铁球同时落到地面．这个实验( )
图5
A．只能说明上述规律中的第①条
B．只能说明上述规律中的第②条
C．不能说明上述规律中的任何一条
D．能同时说明上述两条规律
(2)做杂技表演的汽车从高台水平飞出，在空中运动一段时间后着地．一架相机通过多次曝光，拍摄得到汽车在着地前后一段时间内的运动照片，如图6所示(虚线为正方形格子)．
图6
已知汽车长度为3.6 m，相邻两次曝光的时间间隔相等，第三个像是刚好着地的时刻，由照片可以推算出汽车离开高台时的瞬时速度大小为________ m/s，高台离地面的高度为________ m(取g＝10 m/s2)．21·世纪*教育网
【达标检测】
1．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( )www-2-1-cnjy-com
2．两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_________________________________________________21*cnjy*com
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
(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AC＝BD，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_____________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
3．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8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.【来源：21cnj*y.co*m】
图8
答案精析
知识探究
一、
1．描迹 频闪照相
典例精析
例1 (1)A.同一位置静止 B．斜槽末端切线水平 (2)BAC
(3)2 0.7 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Δx＝aT2得两点之间的时间间隔T＝，所以小球的初速度v0＝＝2，代入数据得v0＝0.7 m/s.【出处：21教育名师】
(4)vby＝＝，由vb＝
得vb＝ ＝
例2 (1)见解析 (2)x (3)1.00
解析 (1)为了保证小球每次做平抛运动的初速度相同．
(2)由题意知，A到B、B到C的时间相等，设为T，
由Δy＝gT2得T＝ ＝
又x＝v0T，所以v0＝＝x.
(3)代入数据得v0＝1.00 m/s
例3 (1)B (2)12 11.25
解析 (1)由于左端小铁球平抛的同时，右端小铁球开始做自由落体运动，且两球同时落地，说明平抛的小铁球在竖直方向上和右端小铁球做同样的运动，也做自由落体运动，但无法说明平抛小铁球在水平方向的运动，故只有B正确．2-1-c-n-j-y
(2)汽车在竖直方向做自由落体运动，由Δh＝gT2可得，两次曝光的时间间隔为T＝ ＝＝ s＝0.6 s【版权所有：21教育】
水平初速度v0＝＝ m/s＝12 m/s.
前三个像中，中间位置车的竖直速度为
vy＝＝ m/s＝9 m/s
汽车从开始运动到中间位置的竖直位移为
h1＝＝ m＝4.05 m
从抛出点到地面的高度为h2＝h1＋2l＝(4.05＋2×3.6) m＝11.25 m.
达标检测
1．C
2．(1)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 平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动21教育名师原创作品
解析 (1)通过对照实验，说明两球具有等时性，由此说明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．
3．10 2
解析 因为xAB＝xBC，所以tAB＝tBC，在竖直方向上，
由Δy＝gT2得7×0.05－5×0.05＝10T2，解得T＝0.1 s，
故闪光频率为10 Hz.
水平速度v0＝＝ m/s＝2 m/s.
【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．
【知识探究】
一、描绘平抛运动的轨迹
1．实验原理
用________法(或喷水法或____________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位置为坐标原点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、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y＝ax2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y＝ax2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．21世纪教育网版权所有
方法二 图象法
建立y－x2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y－x2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．
三、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x＝v0t，y＝gt2，故v0＝x .
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2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
Δh＝hBC－hAB＝gt2
图2
所以t＝
所以初速度v0＝＝x .
【典例精析】
例1 如图3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3A．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．21教育网
B．按图安装好器材，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．21cnjy.com
(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L＝1.25 cm，则小球平抛的初速度为v0＝________(用L、g表示)，其值是________．(取g＝9.8 m/s2)21·cn·jy·com
(4)b点的速度vb＝________.(用L、g表示)
例2 在做“研究平抛运动”的实验中，为了确定小球不同时刻在空中所通过的位置，实验时用了如图4所示的装置．www.21-cn-jy.com
先将斜槽轨道的末端调整至水平，在一块平整的木板表面钉上白纸和复写纸．将该木板竖直立于水平地面上，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；将木板向远离槽口方向平移距离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方向平移距离x，小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，再得到痕迹C，若测得木板每次移动距离x＝10.00 cm，A、B间距离y1＝5.02 cm，B、C间距离y2＝14.82 cm.请回答下列问题：(g取9.8 m/s2)2·1·c·n·j·y
图4
(1)为什么每次都要使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放？
(2)根据以上直接测量的物理量求得小球初速度的表达式为v0＝________(用题中所给字母表示)．【来源：21·世纪·教育·网】
(3)小球初速度的测量值为________m/s.
例3 (1)平抛物体的运动规律可以概括为两点：①水平方向做匀速直线运动；②竖直方向做自由落体运动．如图5所示为研究平抛运动的实验装置，现把两个小铁球分别吸在电磁铁C、E上，然后切断电磁铁C的电源，使一个小铁球从轨道A射出，并在射出时碰到碰撞开关S，使电磁铁E断电释放它吸着的小铁球，两铁球同时落到地面．这个实验( )
图5
A．只能说明上述规律中的第①条
B．只能说明上述规律中的第②条
C．不能说明上述规律中的任何一条
D．能同时说明上述两条规律
(2)做杂技表演的汽车从高台水平飞出，在空中运动一段时间后着地．一架相机通过多次曝光，拍摄得到汽车在着地前后一段时间内的运动照片，如图6所示(虚线为正方形格子)．
图6
已知汽车长度为3.6 m，相邻两次曝光的时间间隔相等，第三个像是刚好着地的时刻，由照片可以推算出汽车离开高台时的瞬时速度大小为________ m/s，高台离地面的高度为________ m(取g＝10 m/s2)．21·世纪*教育网
【达标检测】
1．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( )www-2-1-cnjy-com
2．两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_________________________________________________21*cnjy*com
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
(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AC＝BD，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_____________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
3．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8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.【来源：21cnj*y.co*m】
图8
答案精析
知识探究
一、
1．描迹 频闪照相
典例精析
例1 (1)A.同一位置静止 B．斜槽末端切线水平 (2)BAC
(3)2 0.7 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Δx＝aT2得两点之间的时间间隔T＝，所以小球的初速度v0＝＝2，代入数据得v0＝0.7 m/s.【出处：21教育名师】
(4)vby＝＝，由vb＝
得vb＝ ＝
例2 (1)见解析 (2)x (3)1.00
解析 (1)为了保证小球每次做平抛运动的初速度相同．
(2)由题意知，A到B、B到C的时间相等，设为T，
由Δy＝gT2得T＝ ＝
又x＝v0T，所以v0＝＝x.
(3)代入数据得v0＝1.00 m/s
例3 (1)B (2)12 11.25
解析 (1)由于左端小铁球平抛的同时，右端小铁球开始做自由落体运动，且两球同时落地，说明平抛的小铁球在竖直方向上和右端小铁球做同样的运动，也做自由落体运动，但无法说明平抛小铁球在水平方向的运动，故只有B正确．2-1-c-n-j-y
(2)汽车在竖直方向做自由落体运动，由Δh＝gT2可得，两次曝光的时间间隔为T＝ ＝＝ s＝0.6 s【版权所有：21教育】
水平初速度v0＝＝ m/s＝12 m/s.
前三个像中，中间位置车的竖直速度为
vy＝＝ m/s＝9 m/s
汽车从开始运动到中间位置的竖直位移为
h1＝＝ m＝4.05 m
从抛出点到地面的高度为h2＝h1＋2l＝(4.05＋2×3.6) m＝11.25 m.
达标检测
1．C
2．(1)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 平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动21教育名师原创作品
解析 (1)通过对照实验，说明两球具有等时性，由此说明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．
3．10 2
解析 因为xAB＝xBC，所以tAB＝tBC，在竖直方向上，
由Δy＝gT2得7×0.05－5×0.05＝10T2，解得T＝0.1 s，
故闪光频率为10 Hz.
水平速度v0＝＝ m/s＝2 m/s.