5.3 实验：研究平抛运动 学案 word版含答案

§5、3实验：研究平抛运动
【学习目标】
1、知道常见的几种获取平抛运动轨迹的方法；
2、掌握判断平抛运动的轨迹是不是抛物线方法；
3、会根据平抛运动的轨迹计算平抛物体的初速度；
【重点难点】
由实验理论分析探究平抛运动轨迹、初速度。
【知识链接】
1、平抛运动的定义： ；
2、条件： ；
3、特点： ；
【学习过程】
一、常见的几种获取平抛运动轨迹的方法：阅读课本P14参考案例，简要写出这三个获得轨迹的办法，并且分组讨论其优缺点和可行性。

二、实验原理（以教科书“参考案例1”为案例）
物体的平抛运动可以看做是两个方向的分运动的合成。一个是水平方向的 运动，另一个是竖直方向的 运动。
在竖直放置的木板上固定坐标纸，让小球做平抛运动，描出小球的运动轨迹；装置如图所示。选定斜槽末端球心所在的点为坐标原点，初速度的方向为 轴的正方向，以竖直向下为 轴的正方向建立直角坐标系，测出轨迹曲线上某一点的坐标（x,y），根据两个分运动的特点，利用公式 ，求出小球的飞行时间。再利用公式 ，求出小球的水平分速度，即为小球做平抛运动的初速度，v0= (用x、y等量表示)。
三、实验器材 斜槽轨道、小球、木板、白纸、图钉、铅垂线、直尺、三角板、铅笔等.
四、实验步骤
1.安装斜槽轨道，使其末端保持水平；检查斜槽末端部分是否水平的方法 。
2.固定木板上的坐标纸，使木板保持竖直状态，小球的运动轨迹与板面平行，坐标纸方格横线呈水平方向；检验坐标纸是否竖直的方法： 。
3.建立直角坐标系xoy：以小球做平抛运动的起点0为坐标原点，从坐标原点0画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴。确定坐标原点O的方法是：
4．让小球由斜槽的某一固定位置自由滚下，由0点开始做平抛运动。先用眼睛粗略地估计小球在某一x值处(如x=1 cm或2 cm等)的y值，然后用铅笔尖指着这个位置，让小球从原释放处开始滚下，看是否与铅笔尖相碰，如此重复数次，较准确地确定小球通过的这个位置，并在坐标纸上记下这一点。
5．依次改变x值，用与(4)同样的方法确定小球通过其他各点的位置。
6．取下坐标纸，用刻度尺过0点画出y轴和z轴[当第(3)步未进行时]，将(4)(5)中所描出的各点用平滑曲线连接起来，这就画出了小球做平抛运动的轨迹曲线(所画曲线可不通过个别偏差大的点，但必须保持曲线平滑，不允许出现凹陷处)。
五、实验过程注意事项：
（1）固定斜槽时，必须注意使通过斜槽末端点的切线保持水平，以使小球离开斜槽后做平抛运动。
(2)木板必须处在竖直面内，与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，使小球的运动靠近图纸但不接触。
(3)在斜槽上设定位卡板，使小球每次都从定位卡板所确定的同一位置由静止开始滚下，以保证重复实验时，小球做平抛运动的初速度相等。
(4)应在斜槽上适当的高度处释放小球，使小球能以适当的水平速度抛出，其运动轨迹由图板左上角到右下角。这样可以充分利用坐标纸，减小测量误差。
（5）由平抛运动方程求小球平抛的初速度时，应在平抛轨迹上选取离坐标原点0较远的点的坐标数据来进行计算，这样既便于测量又减小了误差。
【例题】1、在做“探究平抛运动”实验时，让小球多次从同一高度释放，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步骤要求，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上 ACE
A、 调节斜糟的末端保持水平
B、 每次释放小球的位置必须不同
C、 每次必须由静止释放小球
D、 记录小球位置用的木条（或凹糟）每次必须严格地等距离下降
E、 小球运动时不应与木板上的白纸（或方格纸）相接触
F、将球的位置记录在纸上后，取下纸，用直尺将点连成折线
六、数据处理
1、思考如何判断平抛运动的轨迹是不是抛物线；

2、如何计算平抛物体的初速度？

【例题】2、一个同学在《研究平抛物体的运动》实验中，只画出了如图9所示的一部分曲线，于是他在曲线上取水平距离相等的三点A、B、C，量得 = 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 2 m/s；
（2）物体经过B时竖直分速度为 1.5 m/s；
（3）抛出点在A点上方高度为 0.0125 m处



七、误差分析
(1)安装斜槽时，其末端切线不水平，造成小球并非做平抛运动，测量的数据不准确。
(2)建立直角坐标系时，误以斜槽末端端口位置为坐标原点(实际上应以末端端口上的小球球心位置为坐标原点)。
(3)小球每次从槽上开始滚下的位置不相同，使得平抛初速度不相同。
（18分）Ⅰ．图1是“研究平抛物体运动”的实验装置图，通过描点画出平抛小球的运动轨迹。
（1）以下是实验过程中的一些做法，其中合理的有 。
a．安装斜槽轨道，使其末端保持水平
b．每次小球释放的初始位置可以任意选择
c．每次小球应从同一高度由静止释放
d．为描出小球的运动轨迹，描绘的点可以用折线连接
（2）实验得到平抛小球的运动轨迹，在轨迹上取一些点，以平抛起点O为坐标原点，测量它们的水平坐标x和竖直坐标y，图2中 图象能说明平抛小球运动轨迹为抛物线的是???????。

（3）图3是某同学根据实验画出的平抛小球的运动轨迹， 为平抛的起点，在轨迹上任取三点 ，测得 两点竖直坐标 为5.0 cm、 为45.0 cm，A、B两点水平间距 为40.0 cm。则平抛小球的初速度 为??????m/s，若 点的竖直坐标 为60.0 cm，则小球在C点的速度 为??????m/s（结果保留两位有效数字，g取 ?）。

【答案】（1）a、c；（2）c（3）2.0；4.0
22（17分）
(1)某物理兴趣小组采用如图所示的装置深入研究平抛运动。质量分别为mA和mB的A、B小球处于同一高度，M为A球中心初始时在水平地面上的垂直投影。用小锤打击弹性金属片，使A球沿水平方向飞出，同时松开B球，B球自由下落。A球落到地面N点处，B球落到地面P点处。测得mA=0.04 kg，mB=0.05kg，B球距地面的高度是1.225m，M、N点间的距离为1.500m，则B球落到P点的时间是____s，A球落地时的动能是____J。（忽略空气阻力，g取9.8m/s2）
【答案】：（1）0.5 0.66





【跟踪训练】
1、下面是做“研究平抛物体的运动”实验步骤:
A.将钢球从斜槽上的某点释放，它离开斜槽后在空间做平抛运动，在小球轨迹的某处用带孔的卡片迎接小球，使小球恰好从孔中央通过而不碰到边缘，然后对准孔中央在白纸上记下一个点；
B.以斜槽末端作为平抛运动的起点o，在白纸上标出o的位置；
C.取下白纸，在纸上画一条与竖直线oy垂直的水平线ox；
D.用光滑曲线把记录小球通过的位置的若干点连接起来，就得到平抛运动的轨迹。由于测定各个点时存在误差，所画的曲线可不通过个别偏差大的点，但必须保持曲线光滑，不允许出现凹陷处；
E.从斜槽上不同点释放小球，用步骤A的方法测定平抛轨迹上的其他点；
F.在曲线上取5～6个点（不必是步骤A测出的点）。用尺测出每个点的坐标值x、y，分别求出小球的初速度，然后取平均值就得到实验测出的初速度；
G.靠目测在纸上画出过o点向下的竖直线oy；
H.将白纸用图钉订在竖直的木板上，在木板的左上角固定斜槽。
（1）以上实验步骤中有错误或不足，需要修改的是_______________。
（2）以上实验步骤按正确的顺序排列是_________________。
解析：(1)步骤B中应将小球处于斜槽末端时球心位置作为平抛运动的起点及坐标原点；步骤E中从相同位置释放小球；步骤G中利用重锤线画出竖直线Oy. (2)HBGAECDF
2、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：
⑴闪光频率为 Hz；
⑵小球运动中水平分速度的大小是 m/s；
⑶小球经过B点时的速度大小为 m/s，方向______。
10 1.5 2.5，与竖直方向成37?

3、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　 1.5　　米/秒;小球经过B点时的竖直分速度为2　米/秒.


4、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，根据图所示，求出物体做平抛运动的初速度为__________ 2m/s ____________ 。(g取10 m／s2)．



5、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，小方格边长=1.25cm，若小球在平抛运动途中的几个位置如图的a、b、c、d所示，则小球的初速度的计算式为v0=____（用、g表示），其数值为 0.75 m/s 。

6．在研究平抛物体的运动的实验中，误将记录的抛物线上的某点Ａ当做抛出点而建立如图所示的坐标系，则物体经过Ａ点的实际速度大小为 ，其真正抛出点的坐标为　　　　　　　．
6．m/s;(-20cm,-5cm)


7如图所示为用频闪摄影方法拍摄的研究物体做平抛运动规律的照片，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a、b、c、d所示，则频闪周期为（______）s；以a点为坐标原点建立直角坐标系，每一个小格为一个单位长度，则小球平抛的初位置坐标为 （______）．（取g=9.8m/s2）
故答案为：0.036，（-1.12cm，-0.125cm）
8如图所示为用频闪摄影方法拍摄的研究物体做平抛运动规律的照片.图中A,B,C为三个同时由同一点出发的小球.AA′为A球在光滑水平面上以速度v运动的 轨迹,BB′为B球以速度v被水平抛出后的运动轨迹,CC′为C球自由下落的运动轨迹.通过分析上述三条轨迹可得出结论： _________________________.

做平抛运动的物体在水平方向做匀速直线运动,在竖直方向做自由落体运动(或平抛运动是水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的合成)