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3．实验：探究平抛运动的特点知识导图核心素养物理观念：(1)理解抛体运动、平抛运动的概念．(2)掌握描迹法、频闪照相法等探究平抛运动的常用方法．科学思维：平抛运动在水平方向运动和竖直方向运动的特点科学态度与责任：体会将复杂运动分解为简单运动的物理思想知识点一抛体运动和平抛运动阅读教材第10页第一自然段．1．抛体运动以一定的速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受的作用，这时的叫作抛体运动(projectilemotion)2．平抛运动初速度沿水平方向的抛体运动就叫作平抛运动．重力运动知识点二探究物体做平抛运动的特点阅读教材第10～11页“实验思路、进行实验”部分．1．实验思路由于物体是沿着水平方向抛出的，在运动过程中只受到竖直向下的作用，因此尝试将平抛运动分解为水平方向的分运动和竖直方向的分运动．重力2．进行实验方案一：用频闪照相或者录制视频的方法，记录物体在不同时刻的位置．如图是一个小球做平抛运动时的频闪照片．方案二：在水平和竖直两个方向中，先研究其中一个方向的运动规律，再设法分析另外一个方向的运动规律.学习任务一平抛运动特点的探究过程步骤1：探究平抛运动竖直分运动的特点实验器材小锤，2个金属小球，平抛运动仪，频闪照相机．实验过程(1)用小锤敲击弹性金属片，小球A沿水平方向飞出，做平抛运动，同时小球B被释放，做自由落体运动，通过听落地声音判断并观察两球落地的时间和位置．(2)改变敲击弹性金属片用力的大小，从而改变A球的水平初速度，判断并观察比较两球落地的时间和位置．(3)归纳结论：处于同一高度的两个小球，同时落地，且A球飞出一段水平距离．无论A球的初速度多大，总是与B球同时落地，表明平抛运动的竖直分运动是自由落体运动．(4)用频闪照相机对实验过程进行拍摄，频闪照片(图①)显示．A、B两球分别做平抛运动和自由落体运动的轨迹．步骤2：探究平抛运动水平分运动的特点实验器材平抛运动实验器，小钢球，刻度尺，白纸，复写纸，2块三角板，铅笔．实验过程(1)按照图②所示安装实验装置．(2)将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上．(3)调节斜槽M末端水平．(4)让钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出后做平抛运动．钢球落到倾斜的挡板上后，就会挤压复写纸，在白纸上留下印迹．(5)上下调节挡板N，通过多次实验，在白纸上记录钢球所经过的多个位置．(6)用平滑曲线把这些印迹连接起来，就得到钢球做平抛运动的轨迹．数据处理根据步骤1得出的平抛运动在竖直方向分运动的自由落体运动规律，取“相等的时间间隔”．再测量相等的时间内水平分运动的位移，比较相等时间内水平方向的位移在实验误差允许的范围内相等，进而确定水平分运动是匀速直线运动．学习任务二案例分析【例1】在“研究平抛运动”实验中，(1)①图甲是横挡条卡住平抛小球，用铅笔标注小球最高点，确定平抛运动轨迹的方法，坐标原点应选小球在斜槽末端点时的________．A．球心B．球的上端C．球的下端B②(多选)在此实验中，下列说法正确的是________．A．斜槽轨道必须光滑B．记录的点应适当多一些C．用光滑曲线把所有的点连接起来D．y轴的方向根据铅垂线确定BD(2)图乙是利用图甲装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片，由照片可判断实验操作的错误是________．A．释放小球时初速度不为0B．释放小球的初始位置不同C．斜槽末端切线不水平C(3)图丙是利用稳定的细水柱显示平抛运动轨迹的装置，其中正确的是()B【解析】(1)中记录点选取的是小球的上端，则确定原点时也要选取小球的上端．斜槽轨道可以不光滑，只要保证小球从同一位置释放即可．连线时不是连接所有的点，偏差比较大的点要舍去．(2)中小球做斜抛运动，斜槽末端切线不水平．【例2】某同学设计了一个研究平抛运动的实验．实验装置示意图如图甲所示，A是一块平面木板，在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽(图中P0P0′、P1P1′、…)，槽间距离均为d.把覆盖复写纸的白纸铺贴在平面硬板B上．实验时依次将B板插入A板的各插槽中，每次让小球从斜轨道的同一位置由静止释放．每打完一点后，把B板插入后一槽中并同时向纸面内侧平移距离d.实验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点，如图乙所示．(1)实验前应对实验装置反复调节，直到________．每次让小球从同一位置由静止释放，是为了____________________________________________(2)每次将B板向内侧平移距离d，是为了__________________________________________________________________.(3)在图乙中绘出小球做平抛运动的轨迹，【解析】本实验把小球通过的水平相等位移(即槽间距离d)，巧妙转化为题图中x轴上通过相同的位移(即向纸内侧平移距离d)，而竖直方向确定的落点为竖直位置，因而可画出平抛运动的轨迹．(1)根据实验设计方案，实验前应对实验装置进行调节，使斜轨道末端切线水平，以保证小球飞出时的速度沿水平方向，小球做平抛运动．每次让小球从同一位置由静止释放的目的是使小球每次做平抛运动的初速度相同，轨迹相同．(2)每次将B板向内侧平移距离d是为了保持记录纸上每两点之间的水平距离相同．(3)如图所示(注意要用平滑的曲线连接)．【答案】见解析变式训练1(多选)在做“研究平抛运动”的实验时，下列说法正确的是()A．安装斜槽和木板时，一定要注意木板是否竖直B．安装斜槽和木板时，只需注意小球不和木板发生摩擦C．每次实验都要把小球从同一位置由静止释放D．实验的目的是描绘出小球的运动轨迹，分析平抛运动的规律解析：安装斜槽和木板时，必须使斜槽末端切线水平，使木板竖直，以确保小球水平飞出和正确画出小球的运动轨迹，A正确，B错误；小球每次从斜槽上的同一位置由静止开始滚下，可保证小球初速度不变，C正确；由实验目的可知，D正确．答案：ACD变式训练2如图所示，在用斜槽轨道做“研究平抛物体运动”的实验中，(1)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．保证小球飞出时，速度沿水平方向C．保证小球在空中运动的时间每次都相等(2)该实验装置对轨道的要求是()A．必须光滑B．可以粗糙解析：(1)斜槽末端水平，就是保证小球沿水平方向飞出，选项B正确．小球速度大小与释放位置有关，空中运动时间由抛出点的高度决定．(2)实验轨道无须光滑．答案：(1)B(2)B1．[2019·临沂高一检测](1)(多选)在做“研究平抛运动”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()A．游标卡尺B．秒表C．坐标纸D．天平E．弹簧测力计F．重垂线(2)(多选)实验中，下列说法正确的是()A．应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滑下B．斜槽轨道必须光滑C．要使描出的轨迹更好地反映真实运动，记录的点应适当多一些D．斜槽轨道末端可以不水平解析：(1)实验中需要在坐标纸上记录小球的位置，描绘小球的运动轨迹，需要利用重垂线确定坐标轴的y轴．故C、F是需要的．(2)使小球从斜槽上同—位置自由滑下，才能保证每次的轨迹相同，A正确；斜槽没必要必须光滑，只要能使小球滑出的初速度相同即可，B错误；实验中记录的点越多，轨迹越精确，C正确；斜槽末端必须水平，才能保证小球离开斜槽后做平抛运动，D错误．答案：(1)CF(2)AC2．(多选)在探究平抛运动的规律时，可以选用下列各种装置图，以下操作合理的是()A．选用装置1研究平抛物体竖直分运动，应该用眼睛看A、B两球是否同时落地B．选用装置2要获得稳定的细水柱所显示的平抛轨迹，竖直管上端A一定要低于水面C．选用装置3要获得钢球的平抛轨迹，每次不一定要从斜槽上同一位置由静止释放D．除上述装置外，也能用数码照相机拍摄钢球做平抛运动时每秒15帧的录像获得平抛轨迹解析：选用装置1研究平抛物体竖直分运动，由于两个小球不是落在同一点，应该用耳朵听A、B两球是否同时落地，A操作不合理；只有当装置2中竖直管上端A低于水面时才能保证出水口处水压恒定，水流速度恒定，就能获得稳定的细水柱所显示的平抛轨迹，所以B操作合理；选用装置图3要获得钢球的平抛轨迹，每次一定要从斜槽上同一位置由静止释放钢球，才能保证平抛小球的初速度相同，所以C操作不合理．能用数码照相机拍摄钢球做平抛运动时每秒15帧的录像获得平抛轨迹，D操作合理．所以正确选项是B、D.答案：BD3．(1)(多选)在“探究平抛运动的运动规律”的实验中，下列说法正确的是()A．必须称出小球的质量B．斜槽轨道必须是光滑的C．斜槽轨道末端的切线必须是水平的D．应该使小球每次从斜槽上相同位置由静止开始滚下CD(2)实验简要步骤如下：①让小球多次从________位置滚下，记下小球碰到铅笔笔尖的一系列位置．②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．③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．完成上述步骤，正确的实验顺序是________．同一斜槽末端切线水平①③解析：本实验与小球的质量无关，该实验要求小球从同一位置静止释放，至于斜槽轨道是否光滑对实验没有影响；实验中要求小球有水平初速度，所以斜槽轨道末端切线必须水平．4.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：(1)__________________________________________；(2)_________________________________________．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B球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B球在水平方向上的运动特点与匀速直线运动相同．答案：(1)做平抛运动的物体在水平方向做匀速直线运动(2)做平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动5.如果将平行光改为竖直方向，小球在运动过程中会在地面上留下影子．如图所示，用照相机测得的影子的位置如图中的A、B、C、D、E等点．现测得各点到A点之间的距离分别为19.6cm、39.8cm、60.2cm、79.6cm，试根据影子的运动讨论物体在水平方向上的运动情况．解析：小球在地面上留下的影子的运动情况反映了物体在水平方向的运动情况．各点到A点之间的距离即为物体在水平方向上的位移，可以作出位移图象来判断物体在水平方向的运动情况．如图所示．由图象可以看出，图线为经过原点的一条直线，说明位移随时间均匀变化，即影子的运动为匀速直线运动，也就说明物体在水平方向的运动为匀速直线运动．答案：见解析