5.3 实验：研究平抛运动 学案全集（人教必修2）
文档属性
| 名称 | 5.3 实验：研究平抛运动 学案全集（人教必修2） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 69.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2012-03-19 14:37:19 | ||
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文档简介
5．3 实验：研究平抛运动
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一、实验目的
探索平抛运动的轨迹及平抛运动在水平和竖直方向上两个分运动的规律。
二、实验原理
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5-11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、竖直固定在铁架台上的木板、白纸、图钉、小球，铅笔、刻度尺，铅垂线。
四、实验步骤
1．探究竖直方向的运动规律
(1)将两小球A、B放置在如图所示装置的图示位置处，注意使两小球的位置在同一水平线上。
(2)用小锤击打弹性金属片C，使小球A沿水平方向飞出，做平抛运动，同时小球B被松开，做自由落体运动。观察两小球是否同时落地。
(3)改变小球距地面的高度和小锤打击的力度，多次重复实验。
2．探究水平方向的运动规律
(1)如图所示，将斜槽固定在实验桌上，检查斜槽末端是否水平。
(2)将坐标纸用图钉固定在木板上，并用铁架台固定好木板，靠近斜槽竖直地放好木板，并用重垂线检查调整竖直木板，使坐标纸上的竖线竖直。
(3)选定斜槽末端所在的点为坐标原点O，从坐标原点0标出竖直向下的y轴和水平向右的x轴。
(4)使小球由斜槽的某一固定位置自由滑下，由0点开始做平抛运动，用眼睛粗略地确定做平抛运动的小球在某一x值处对应的竖直位置。
(5)再使小球从相同位置滚下，在第(4)步确定的位置附近，用铅笔较准确地确定小球通过的位置，并在坐标纸上记下这一点。
(6)依次改变x值，用同样的方法确定其他各点的位置。
(7)取下坐标纸，根据记录下的一系列位置，用平滑连接，画出小球做平抛运动的轨迹。
(8)在竖直坐标y轴上，从原点开始向下任取一个坐标为h的点，再找到坐标为4h、9h、16h……的点，并对这些点作水平线与轨迹相交，再过交点作竖直线与x轴相交。
(9)测量x轴上的点到原点0的距离并采集数据。
3．计算初速度
在曲线上选取A、B、C、D、E、F六个不同的点，用刻度尺和三角板测出它们的坐标x和y，利用公式x=v0t和计算出小球的初速度v0，最后计算出v0的平均值，并将有关数据记入表格内。
五、实验注意事项
1．实验中必须保持通过斜槽末端的切线水平，木板必须处在竖直平面内，并且与小球运动轨迹所在平面平行，使小球的运动靠近木板但不接触，这样才能满足小球做平抛运动的条件。
2．小球每次都必须从斜槽上的同一位置由静止释放。
3．坐标原点应是小球在槽口时，球的球心在木板上的投影点，不是槽口的端点。
4．尽量多记录小球平抛运动所经过的位置，这样才会使所画的平抛运动轨迹更准确。
精讲精练
知识点1 研究平抛运动的基本思路
[例1] 如图所示，在研究平抛运动时，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做同样的实验，发现位于同一高度的A、B两球总是同时落地。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
知识点2 图线的处理方法
[例2] 在“研究平抛物体运动”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）小球平抛运动的初速度大小。
（2）小球做平抛运动的初始位置坐标。
教材补充
有趣的模型替代
我们在电影中经常可以看到这样惊险的场面：一辆高速行驶的汽车从山顶落入山谷。为了拍摄重为15 000 N的汽车从山崖上坠落的情景，电影导演常用一辆模型汽车代替实际汽车，设模型汽车与实际汽车的大小比例为1／25，那么也必须用1／25的模型来代替真实的山崖。设电影每分钟放映的胶片张数是一定的，但拍摄模型与拍摄实景时的胶片张数是不同的，为了简化问题，视汽车从山崖上坠落的运动为平抛运动。竖直方向上模型汽车与实际汽车都遵循，又，所以有。
为了使模型汽车坠落效果逼真，整个坠落过程拍摄模型与拍摄实景时用胶片张数是相同的，故拍摄模型时每分钟拍摄的胶片张数应是实景拍摄时的5倍。
学海泛舟
1．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得出结论：__________________________ 。
2．如果本实验在测平抛运动物体的初速度时产生误差，与误差无关的是 ( )
A．弧形槽与球间有摩擦
B．弧形槽末端切线不水平
C．小球受空气阻力
D．小球每次自由滚下的位置不同
3．甲、乙、丙三个小球分别位于如图所示的竖直平面内，甲、乙在同一条竖直线上，甲、丙在同一条水平线上，水平面上的P点在丙的正下方，在同一时刻甲、乙、丙开始运动，甲以水平速度v0平抛，乙以水平速度v0沿水平方向向右做匀速直线运动，丙做自由落体运动．则 ( )
A．若甲、乙、丙三球同时相遇，则一定发生在P点
B．若甲、丙二球在空中相遇，此时乙球一定在P点
C．若只有甲、乙二球在水平面上相遇，此时丙球还未着地
D．无论初速度v0大小如何，甲、乙、丙三球一定会同时在P点相遇
4．从水平水管中喷出的水柱显示了平抛运动的轨迹，从水柱的形成和水柱的形状，我们可以想到 ( )
A．由于水柱是向下弯曲的，它在竖直方向的速度应该越来越大
B．由于水柱是向下弯曲的，它在竖直方向的速度应该越来越小
C．尽管水柱是向下弯曲的，它在竖直方向的速度应该是不变的
D．从水柱是向下弯曲的这一现象，我们无法得出任何结论
1．为了得到平抛运动的规律，同学们设计了如图所示的实验装置：让小球从斜面上的同一位置由静止滚下，小球离开斜面后作平抛运动，打到竖直挡板A上(竖直挡板上固定有白纸和复写纸)，便在挡板上留下痕迹。改变挡板A和斜槽的距离，就可以得到多组数据。回答下列问题：
(1)安装实验装置时，斜槽末端的切线必须是水平的，这样做的目的是 ( )
A．保证小球飞出时速度既不太大，也不太小
B．保证小球离开斜槽时的速度是水平的
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
(2)每次移动挡板A时，是否需要移动相同的距离
(3)如果采用上述方案，你认为应该如何处理数据
(4)位同学在进行实验时，从斜槽末端开始，每次都将竖直挡板A向右平移4.4 cm,每次也都让小球从斜槽上同一位置由静止开始滚下。在竖直挡板A上便得到O、a、b、c、d、e等若干点，如图所示。测得各段距离分别为oa=0.78 cm，ab=2.35 cm，bc=3.92 cm，cd=5.49 cm，de=7.06 cm。己知当地的重力加速度为9.8 m/s2。
①根据以上数据，判断小球在水平方向的分运动是什么运动；
②计算小球的平抛运动的初速度．
5．3 实验：研究平抛运动
精讲精练
[例题1][思路分析] 本实验只能说明在竖直方向这两个小球的运动情况是一致的，所以能说明两个小球在竖直方向的分运动应该也是自由落体运动。
答案：C
[例题2][思路分析] （1）如图所示，小球在AB段、BC段水平位移相等，而小球在水平方向做匀速运动，因此小球在这两段的运动时间：
tAB =tBC=T。
小球在竖直方向做匀加速运动，由 y=aT2得
25cm－15cm=100cm/s2·T2
T=0.1s。
小球在水平方向上做匀速运动，有=100 cm/s=1 m/s
(2)由于小球在竖直方向上做匀加速直线运动，小球在B点的竖直分速度大小等于AC段在竖直方向的平均速度大小。
m/s=2 m/s,设小球从抛出点O到B点历时为tOB,
tOB==0.2s
小球从抛出点O到A历时tOA= tOB－T=0.1 s
因此 xOA=v0tOA=10cm,
yOA==5cm
故O点坐标值为（－10，－5）
课内训练
1．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）。
2．A
3．AB
4．A
课外探究
1．(1)B
(2)需要每次移动相同的距离
(3)取各相邻点间竖直位移差,比较其大小,若相等则竖直方向为匀变速直线运动
(4) ①由题意：竖直方向上的位移在相邻各段时间内的比值为1：3：5：7：9，经历相邻点的时间间隔相同，又在水平方向每次平移相同的距离，故在水平方向做匀速直线运动。
②1.1m/s
图5-11
20
10
A
B
C
x/cm
15
40
y/cm
课 内 训 练
课 外 探 究
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一、实验目的
探索平抛运动的轨迹及平抛运动在水平和竖直方向上两个分运动的规律。
二、实验原理
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5-11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、竖直固定在铁架台上的木板、白纸、图钉、小球，铅笔、刻度尺，铅垂线。
四、实验步骤
1．探究竖直方向的运动规律
(1)将两小球A、B放置在如图所示装置的图示位置处，注意使两小球的位置在同一水平线上。
(2)用小锤击打弹性金属片C，使小球A沿水平方向飞出，做平抛运动，同时小球B被松开，做自由落体运动。观察两小球是否同时落地。
(3)改变小球距地面的高度和小锤打击的力度，多次重复实验。
2．探究水平方向的运动规律
(1)如图所示，将斜槽固定在实验桌上，检查斜槽末端是否水平。
(2)将坐标纸用图钉固定在木板上，并用铁架台固定好木板，靠近斜槽竖直地放好木板，并用重垂线检查调整竖直木板，使坐标纸上的竖线竖直。
(3)选定斜槽末端所在的点为坐标原点O，从坐标原点0标出竖直向下的y轴和水平向右的x轴。
(4)使小球由斜槽的某一固定位置自由滑下，由0点开始做平抛运动，用眼睛粗略地确定做平抛运动的小球在某一x值处对应的竖直位置。
(5)再使小球从相同位置滚下，在第(4)步确定的位置附近，用铅笔较准确地确定小球通过的位置，并在坐标纸上记下这一点。
(6)依次改变x值，用同样的方法确定其他各点的位置。
(7)取下坐标纸，根据记录下的一系列位置，用平滑连接，画出小球做平抛运动的轨迹。
(8)在竖直坐标y轴上，从原点开始向下任取一个坐标为h的点，再找到坐标为4h、9h、16h……的点，并对这些点作水平线与轨迹相交，再过交点作竖直线与x轴相交。
(9)测量x轴上的点到原点0的距离并采集数据。
3．计算初速度
在曲线上选取A、B、C、D、E、F六个不同的点，用刻度尺和三角板测出它们的坐标x和y，利用公式x=v0t和计算出小球的初速度v0，最后计算出v0的平均值，并将有关数据记入表格内。
五、实验注意事项
1．实验中必须保持通过斜槽末端的切线水平，木板必须处在竖直平面内，并且与小球运动轨迹所在平面平行，使小球的运动靠近木板但不接触，这样才能满足小球做平抛运动的条件。
2．小球每次都必须从斜槽上的同一位置由静止释放。
3．坐标原点应是小球在槽口时，球的球心在木板上的投影点，不是槽口的端点。
4．尽量多记录小球平抛运动所经过的位置，这样才会使所画的平抛运动轨迹更准确。
精讲精练
知识点1 研究平抛运动的基本思路
[例1] 如图所示，在研究平抛运动时，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做同样的实验，发现位于同一高度的A、B两球总是同时落地。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
知识点2 图线的处理方法
[例2] 在“研究平抛物体运动”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）小球平抛运动的初速度大小。
（2）小球做平抛运动的初始位置坐标。
教材补充
有趣的模型替代
我们在电影中经常可以看到这样惊险的场面：一辆高速行驶的汽车从山顶落入山谷。为了拍摄重为15 000 N的汽车从山崖上坠落的情景，电影导演常用一辆模型汽车代替实际汽车，设模型汽车与实际汽车的大小比例为1／25，那么也必须用1／25的模型来代替真实的山崖。设电影每分钟放映的胶片张数是一定的，但拍摄模型与拍摄实景时的胶片张数是不同的，为了简化问题，视汽车从山崖上坠落的运动为平抛运动。竖直方向上模型汽车与实际汽车都遵循，又，所以有。
为了使模型汽车坠落效果逼真，整个坠落过程拍摄模型与拍摄实景时用胶片张数是相同的，故拍摄模型时每分钟拍摄的胶片张数应是实景拍摄时的5倍。
学海泛舟
1．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得出结论：__________________________ 。
2．如果本实验在测平抛运动物体的初速度时产生误差，与误差无关的是 ( )
A．弧形槽与球间有摩擦
B．弧形槽末端切线不水平
C．小球受空气阻力
D．小球每次自由滚下的位置不同
3．甲、乙、丙三个小球分别位于如图所示的竖直平面内，甲、乙在同一条竖直线上，甲、丙在同一条水平线上，水平面上的P点在丙的正下方，在同一时刻甲、乙、丙开始运动，甲以水平速度v0平抛，乙以水平速度v0沿水平方向向右做匀速直线运动，丙做自由落体运动．则 ( )
A．若甲、乙、丙三球同时相遇，则一定发生在P点
B．若甲、丙二球在空中相遇，此时乙球一定在P点
C．若只有甲、乙二球在水平面上相遇，此时丙球还未着地
D．无论初速度v0大小如何，甲、乙、丙三球一定会同时在P点相遇
4．从水平水管中喷出的水柱显示了平抛运动的轨迹，从水柱的形成和水柱的形状，我们可以想到 ( )
A．由于水柱是向下弯曲的，它在竖直方向的速度应该越来越大
B．由于水柱是向下弯曲的，它在竖直方向的速度应该越来越小
C．尽管水柱是向下弯曲的，它在竖直方向的速度应该是不变的
D．从水柱是向下弯曲的这一现象，我们无法得出任何结论
1．为了得到平抛运动的规律，同学们设计了如图所示的实验装置：让小球从斜面上的同一位置由静止滚下，小球离开斜面后作平抛运动，打到竖直挡板A上(竖直挡板上固定有白纸和复写纸)，便在挡板上留下痕迹。改变挡板A和斜槽的距离，就可以得到多组数据。回答下列问题：
(1)安装实验装置时，斜槽末端的切线必须是水平的，这样做的目的是 ( )
A．保证小球飞出时速度既不太大，也不太小
B．保证小球离开斜槽时的速度是水平的
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
(2)每次移动挡板A时，是否需要移动相同的距离
(3)如果采用上述方案，你认为应该如何处理数据
(4)位同学在进行实验时，从斜槽末端开始，每次都将竖直挡板A向右平移4.4 cm,每次也都让小球从斜槽上同一位置由静止开始滚下。在竖直挡板A上便得到O、a、b、c、d、e等若干点，如图所示。测得各段距离分别为oa=0.78 cm，ab=2.35 cm，bc=3.92 cm，cd=5.49 cm，de=7.06 cm。己知当地的重力加速度为9.8 m/s2。
①根据以上数据，判断小球在水平方向的分运动是什么运动；
②计算小球的平抛运动的初速度．
5．3 实验：研究平抛运动
精讲精练
[例题1][思路分析] 本实验只能说明在竖直方向这两个小球的运动情况是一致的，所以能说明两个小球在竖直方向的分运动应该也是自由落体运动。
答案：C
[例题2][思路分析] （1）如图所示，小球在AB段、BC段水平位移相等，而小球在水平方向做匀速运动，因此小球在这两段的运动时间：
tAB =tBC=T。
小球在竖直方向做匀加速运动，由 y=aT2得
25cm－15cm=100cm/s2·T2
T=0.1s。
小球在水平方向上做匀速运动，有=100 cm/s=1 m/s
(2)由于小球在竖直方向上做匀加速直线运动，小球在B点的竖直分速度大小等于AC段在竖直方向的平均速度大小。
m/s=2 m/s,设小球从抛出点O到B点历时为tOB,
tOB==0.2s
小球从抛出点O到A历时tOA= tOB－T=0.1 s
因此 xOA=v0tOA=10cm,
yOA==5cm
故O点坐标值为（－10，－5）
课内训练
1．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）。
2．A
3．AB
4．A
课外探究
1．(1)B
(2)需要每次移动相同的距离
(3)取各相邻点间竖直位移差,比较其大小,若相等则竖直方向为匀变速直线运动
(4) ①由题意：竖直方向上的位移在相邻各段时间内的比值为1：3：5：7：9，经历相邻点的时间间隔相同，又在水平方向每次平移相同的距离，故在水平方向做匀速直线运动。
②1.1m/s
图5-11
20
10
A
B
C
x/cm
15
40
y/cm
课 内 训 练
课 外 探 究