5.3《实验研究平抛运动》导学案

15.3《实验：研究平抛运动》导学案【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。【学法指导】通读教材，理解与之相关的基础知识，用红笔画出不懂的地方，完成学案和课后习题【知识链接】1、平抛运动的定义：；2、条件：；3、特点：；【学习过程】一、实验原理平抛运动可以看作是两个分运动的和运动；一个水平方向的____________，其速度等于平抛物体运动的________；另一个是竖直方向的___________，通过实验确定作平抛运动的小球运动时的若干不同位置，然后描出运动轨迹，测出曲线上任一点的坐标，利用公式_________和__________就可求出小球的水平分速度，即平抛物体的速度v0=__________.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）案例一：利用平抛运动实验器（如同4-7-1所示）。注意事项：a/斜槽末端切线必须水平b/每次从同一位置无初速释放小球，以使小球每一次抛出后轨迹相同，每次描出的点在同一轨迹上c/安装实验装置时，要注意使轨道末端与图板相靠近，并保持它们的相对位置不变d/要用重垂线把图板校准到竖直方向，使小球运动靠近图板，又不接触图板e/坐标原点不是槽口末端点，应是球在槽口时，球心在图板上的水平投影点Of/球的释放高度要适当，使其轨迹不至于太平也不至于太竖直，以减小测量误差g/计算初速度时，应选离O点远些的点、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1】在“探究平抛运动的运动规律”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：A．让小球多次从位置上滚下，记下小球碰到铅笔笔尖的一系列位置。B．按图安装好器材，注意，记下平抛初位置O点和过O点的竖直线。图4-7-12C．取下白纸，以O为原点，以竖直线为y轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛运动物体的轨迹。⑴完成上述步骤，将正确的答案填在横线上。⑵上述实验步骤的合理顺序是。拓展如图4-7-3所示是研究平抛运动的实验装置简图，图4-7-4是实验后白纸上的轨迹图。⑴说明图4-7-4中的两条坐标轴是如何作出的。⑵说明判断槽口的切线是否水平的方法。⑶实验过程中需要经多次释放小球才能描绘出小球运动的轨迹，进行这一步骤时应注意什么？二、求平抛运动的初速度【例2】在“研究平抛物体的运动”的实验中，某同学只在竖直板面上记下了重锤线y的方向，但忘记了平抛的初位置，在坐标纸上描出了一段曲线的轨迹，如图4-7-5所示。现在曲线上取A、B两点，量出它们到y轴的距离，AA’=x1，BB’=x2，以及AB的竖直距离h，用这些可以求出求得小球平抛时的初速度为多大？课堂练习1．在“探究平抛物体运动的规律”的实验中，小球做平抛运动的坐标原点位置应是（设小球半径为r）A．斜槽口末端O点B．斜槽口O点正上方r处C．槽口O点正前方r处D．小球位于槽末端时，球心在竖直木板上的水平投影点【解析】由于在实验中描出的点都是球心经过的位置。因此，所描轨迹的初始位置也应是球心所经位置。【答案】D1.在做“探究平抛物体的运动”实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出小球平抛运动的轨迹。为了能较准确地描绘运动轨迹，下面列出一些操作要求，将你认为正确选项前面的字母填在横线上：bdf。（a）实验所用的斜槽要尽量的光滑，以减小摩擦（b）通过调节使斜槽的末端保持水平（c）每次释放小球的位置必须相同（d）每次必须由静止释放小球图4-7-3图4-7-5AA’B’Byhx2x13（e）记录小球位置用的木条（或凹槽）每次必须严格地等距离下降（f）小球运动时不应与木板上的白纸相碰撞（g）将球的位置记录在纸上后，取下纸，用直尺将点连成折线2.在做“探究平抛物体的运动”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外，下列器材中还需要的是CFA．游标卡尺B．秒表C．坐标纸D．天平E．弹簧秤F．重垂线【训练测试】1、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s相等的三点A、B、C，量得s=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m/s；（2）物体经过B时竖直分速度为m/s；（3）抛出点在A点上方高度为m处。2、某同学做平抛运动实验时，在白纸上只画出了表示竖直向下方向的Y轴和平抛物体运动轨迹的后一部分，而且漏标了抛出点的位置，如图所示.这位同学希望据此图能测出物体的初速度，请你给他出出主意：（1）简要说明据此图测定该物初速度的方法________.（2）需要增加的测量工具有_____________________.（3）用测量出的物理量表示测量的结果：v0=______________3、如图所示，为一平抛物体运动的闪光照片示意图，照片与实际大小相比缩小10倍.对照片中小球位置进行测量得：1与4闪光点竖直距离为1.5cm，4与7闪光点竖直距离为2.5cm，各闪光点之间水平距离均为0.5cm.则(1)小球抛出时的速度大小为多少?(2)验证小球抛出点是否在闪光点1处，若不在，则抛出点距闪光点1的实际水平距离和竖直距离分别为多少?(空气阻力不计，g＝10m/s2)图944、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小球运动的初速度的大小是m/s；⑶小球经过B点时的速度大小为m/s。5、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米/秒;小球经过B点时的竖直分速度为米/秒.6、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1—7所示，求出物体做平抛运动的初速度为______________________。(g取10m／s2)．【参考答案】1、答：21.5(2分)0.01252、答：（l）画出三条两两之间等距离（△x）的与Y轴平行的竖线，分别与轨迹曲线交于A、B、C三点，过这三点各作一条垂直于Y轴的线.测量A、B之间的竖直距离y1和A、C之闻的竖直距离y2,根据以上数据可算出初速.（2）刻度尺(3)122yygx3、解：(1)设1~4之间时间为T，竖直方向有：(2.5-1.5)×10-2×10m＝gT2所以T=0.1s水平方向:0.5×10-2×3×10m＝v0T所以v0=1.5m/s5(2)设物体在1点的竖直分速度为v1y1~4竖直方向：1.5×10-2×10m=v1yT+21gT2解得v1y=1m/s因v1y≠0，所以1点不是抛出点设抛出点为O点，距1水平位移为xm，竖直位移为ym，有:水平方向x=v0t竖直方向：gtvgtyy1221解得t=0.1sx=0.15m=15cmy=0.05m=5cm即抛出点距1点水平位移为15cm，竖直位移为5cm.4、答：物体竖直方向做自由落体运动，无论A是不是抛出点，2aTs均成立(式中s为相邻两闪光点竖直距离之差，T为相邻两闪光点的时间间隔)．水平方向有Tvs//0(//s即相邻两点的水平间隔)．由Tsv//0和asT可得gLv20，代人数值得s/m.v410。sgLasT161，故闪光频率HzTf161．在B点时的竖直分速度s/m.TLTCAv'B82272竖直间隔、，过B点时水平分速度0vvB，故s/m.vvvB'BB13225、答案：1.5;2.0、6、答案：2.0m/s【学习反思】如何判断平抛运动的轨迹是不是抛物线？如何计算平抛物体的初速度？【例1】在“探究平抛运动的运动规律”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：A．让小球多次从位置上滚下，记下小球碰到铅笔笔尖的一系列位置。B．按图安装好器材，注意，记下平抛初位置O点和过O点的竖直线。6C．取下白纸，以O为原点，以竖直线为y轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛运动物体的轨迹。⑴完成上述步骤，将正确的答案填在横线上。⑵上述实验步骤的合理顺序是。【解析】⑴A中为了保证小球每次平抛初速度相同，轨迹重合，应让小球从同一位置滚下。B中为了保证小球做平抛运动，要注意斜槽末端切线水平。⑵上述实验步骤的合理顺序是B、A、C。【点拨】为研究平抛运动规律，就需先得到平抛运动的轨迹，实验时应注意以下问题：一是保证小球每次平抛初速度相同；二是保证小球初速度分向水平。当然，还需要力求准确地记下小球经过的一系列位置。拓展如图4-7-3所示是研究平抛运动的实验装置简图，图4-7-4是实验后白纸上的轨迹图。⑴说明图4-7-4中的两条坐标轴是如何作出的。⑵说明判断槽口的切线是否水平的方法。⑶实验过程中需要经多次释放小球才能描绘出小球运动的轨迹，进行这一步骤时应注意什么？【解析】⑴利用拴在槽口处的重锤线画出y轴，x轴与y轴垂直。⑵将小球放在槽口的水平部分，小球既不向里滚动，也不向外滚动，说明槽口的末端是水平的。⑶应注意每次小球都从轨道上同一位置由静止释放。二、求平抛运动的初速度【例2】在“研究平抛物体的运动”的实验中，某同学只在竖直板面上记下了重锤线y的方向，但忘记了平抛的初位置，在坐标纸上描出了一段曲线的轨迹，如图4-7-5所示。现在曲线上取A、B两点，量出它们到y轴的距离，AA’=x1，BB’=x2，以及AB的竖直距离h，用这些可以求出求得小球平抛时的初速度为多大？【解析】设小球到达A点时，运动时间为t1，竖直方向的位移为y1；到达B点时，运动时间为t2，竖直方向的位移为y2。根据平抛运动的规律有,21,,21,222202211101gtytvxgtytvx其中y2－y1=h，所以)(221220xxhgv。图4-7-4Oxy图4-7-3图4-7-5AA’B’Byhx2x17【答案】)(221220xxhgv【点拨】平抛运动水平方向的分运动为匀速直线运动，竖直方向的分运动为自由落体运动。由此列出方程求解，即可求得其初速度。充分利用平抛运动的轨迹及其特点是本题求解的关【例3】如图4-7-7所示为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：。【解析】仔细观察照片可以发现，B、C两球在任一曝光瞬间的位置总在同一水平线上，说明平抛运动物体B在竖直方向上的运动特点与自由落体运动相同；而A、B两小球在任一曝光瞬间的位置总在同一竖直线上，说明平抛运动物体B在水平方向上的运动特点与匀速直线运动相同。所以，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。【点悟】本例提供了探究平抛运动的特点的另一方法，简明且较准确，但需要一定的设备，如有条件，不妨一试。拓展如图4-7-8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）时撞开接触开关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D．竖直方向的分运动是匀速直线运动【解析】A球平抛的同时B球自由下落，且两球在同一高度上，又两球总是同时落地，这只能说明A球在抛出后竖直方向的分运动是自由落体运动，但并不能说明A球的水平分运动是匀速直线运动。【答案】C6．利用单摆探究小球平抛运动规律，设计方案如图4-7-