45实验探究平抛运动导学案

172019届高三物理一轮复习导学案四、曲线运动（5）【课题】实验：探究平抛物体的运动【实验目的】1．用实验方法描出平抛物体的运动轨迹。2．从实验轨迹求平抛物体的初速度。【实验原理】平抛物体的运动可以看作是两个分运动的合运动：一个是水平方向的匀速直线运动，另一个是竖直方向的自由落体运动。令小球做平抛运动，利用描迹法描出小球的运动轨迹，即小球做平抛运动的曲线，建立坐标系，测出曲线上的某一点的坐标x和y，根据重力加速度g的数值，利用公式y=gt2/2，求出小球的飞行时间t，再利用公式x=vt,求出小球的水平分速度，即为小球做平抛运动的初速度。【实验器材】斜槽，竖直固定在铁架台上的木板，白纸，图钉，小球，有孔的卡片，刻度尺，重锤线。【实验步骤】1．安装调整斜槽：用图钉把白纸钉在竖直板上，在木板的左上角固定斜槽，可用平衡法调整斜槽，即将小球轻放在斜槽平直部分的末端处，能使小球________________________静止，就表明水平已调好。2．调整木板：用悬挂在槽口的重锤线把木板调整到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直面平行。然后把重锤线方向记录到钉在木板的白纸上，固定木板，使在重复实验的过程中，木板与斜槽的相对位置保持不变。3．确定坐标原点O：把小球放在槽口处，用铅笔记下球在槽口时球心在图板上的水平投影点O，O点即为坐标原点。4．描绘运动轨迹：使小球由斜槽的某一固定位置______________，由O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________________。5．计算初速度：以O点为原点画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴（过O点作y轴的垂线），并在曲线上选取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，用公式__________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。【注意事项】1．实验中必须保持通过斜槽末端点的切线水平，方木板必须处在竖直面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，并使小球的运动靠近图板但不接触。2．小球必须每次从斜槽上同一位置滚下。3．坐标原点（小球做平抛运动的起点）不是槽口的端点，应是小球在槽口时，球的球心在木板上的水平投影点。4．要在平抛轨道上选取距O点远些的点计算球的初速度，这样可使结果的误差较小。18【典型剖析】[例1]（上海市嘉定区2008年4月模拟）（7分）（1）在做“研究平抛运动”的实验时，让小球多次沿同一轨道运动，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要求，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上__________。（A）通过调节使斜槽的末端保持水平（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）记录小球位置用的铅笔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（2）作出平抛运动的轨迹后，为算出其初速度，实验中需测量的数据有__________和__________。其初速度的表达式为v0＝__________。（3）某学生在做“研究平抛运动”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，根据图示，求出物体做平抛运动的初速度为（）A、1.0m/sB、10m/sC、2.0m/sD、20m/s[例2]（上海市长宁区2008年4月模拟）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，被电磁铁吸住的与轨道末端等高的小球B同时自由下落．改变整个装置的高度H和改变A球释放时的初位置做同样的实验，发现A、B两球总是同时落地．（1）该实验现象揭示了A球在离开轨道后在__________方向上分运动的规律；（2）该实验装置的设计思想所体现的物理思维方法和实验方法是__________________和__________________．[例3]（2006年上海物理）利用单摆验证小球平抛运动规律，设计方案如图6（a）所示，在悬点O正下方有水平放置的炽热的电热丝P，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断；MN为水平木板，已知悬线长为L，悬点到木板的距离OO’＝h（h＞L）。（1）电热丝P必须放在悬点正下方的理由是：____________。（2）将小球向左拉起后自由释放，最后小球落到木板上的C点，O’C＝s，则小球做平抛运动的初速度为v0________。（3）在其他条件不变的情况下，若改变释放小球时悬线与竖直方向的夹角，小球落A2040x/cm2040y/cmABSH19点与O’点的水平距离s将随之改变，经多次实验，以s2为纵坐标、cos为横坐标，得到如图6（b）所示图像。则当＝30时，s为________m；若悬线长L＝1.0m，悬点到木板间的距离OO’为________m。[例4]（2007年南通高考考前热身训练）某同学设计了一个研究平抛运动的实验装置，如图3所示。在水平桌面上放置一个斜面，让钢球从斜面上由静止滚下，钢球滚过桌边后便做平抛运动。在钢球抛出后经过的地方放置一块水平木板，木板由支架固定成水平，木板所在高度可通过竖直标尺读出，木板可以上下自由调节。在木板上固定一张白纸。该同学在完成装置安装后进行了如下步骤的实验：A．在白纸上画一条直线，并在线上标出a、b、c三点，且ab=bc，如图3。量出ab长度L=20.00cm。B．让钢球从斜面上的某一位置由静止滚下，调节木板高度，使得钢球正好击中a点，记下此时木板与桌面的高度差h1=h。C．让钢球从斜面上的同一位置由静止滚下，调节木板高度，使得钢球正好击中b点，记下此时木板与桌面的高度差h2=h+10.00（cm）。D．让钢球从斜面上的同一位置由静止滚下，调节木板高度，使得钢球正好击中c点，记下此时木板与桌面的高度差h3=h+30.00（cm）。则该同学由上述测量结果即可粗测出钢球的平抛初速度大小vo=m/s，钢球击中b点时其竖直分速度大小为vby=m/s。已知钢球的重力加速度为g=10m/s2，空气阻力不计。图3Oabc钢球20【训练设计】1、一个同学做“研究平抛物体运动”的实验，只在纸上记下重锤线y方向，忘记在纸上记下斜槽末端位置，并只在坐标纸上描出如图所示曲线，现在我们可以在曲线上取A、B两点，用刻度尺分别量出它们到y的距离AA＇=x1，BB＇=x2，以及AB的竖直距离h，从而求出小球抛出的初速度v0为（）A、hgxx2/)(2122B、hgxx2/)(212C、hgxx2/212D、hgxx2/2122、卫星绕地球做匀速圆周运动时处于完全失重状态，所以在这种环境中已无法用天平称量物体的质量。假设某同学根据这种环境设计了如图所示的装置(图中O为光滑的小孔)来间接测量小物块的质量：给待测小物块一个初速度，使它在桌面上做匀速圆周运动。设航天器中有基本测量工具。（1）小物块与桌面间的摩擦力可以忽略不计，原因是_________（2）实验时需要测量的物理量是________________________（3）待测物块质量的表达式为m＝___________3、（扬州期末调研）如图甲所示为测量电动机转动角速度的实验装置，半径不大的圆形卡纸固定在电动机转轴上，在电动机的带动下匀速转动．在圆形卡纸的旁边安装一个改装了的电火花计时器．下面是该实验的实验步骤：Ⅰ．使电火花计时器与圆形卡纸保持良好接触；Ⅱ．启动电动机，使圆形卡纸转动起来；Ⅲ．接通电火花计时器的电源，使它工作起来；Ⅳ．关闭电动机，拆除电火花计时器；研究卡纸上留下的一段痕迹（如图乙所示），写出角速度ω的表达式，代入数据，得出ω的测量值。①．要得到角速度ω的测量值，还缺少一种必要的测量工具，它是_______A．秒表B．游标卡尺C．圆规D．量角器②．写出ω的表达式，并指出表达式中各个物理量的含义：_______________________________________________________________________________________；③．为了避免在卡纸连续转动的过程中出现打点重叠，在电火花计时器与盘面保持良好接触的同时，可以缓慢地将电火花计时器沿圆形卡纸半径方向向卡纸中心移动。则卡纸上打下的点的分布曲线不是一个圆，而是类似一种螺旋线，如图丙所示。这对测量结果有影响吗？。（选填“有影响”或“没有影响”）理由是：_____________。电火花计时器（甲）（乙）（丙）