高中物理人教版 (新课标)必修23.实验：研究平抛运动…学案及答案

这是一份高中物理人教版 (新课标)必修23.实验：研究平抛运动…学案及答案，共5页。学案主要包含了学习目标，学习重点，学习难点，学习过程，自主学习，知识梳理，合作探究，典例剖析等内容，欢迎下载使用。
1、知道用实验获得平抛运动轨迹的方法；
2、知道测量初速度时需要测量的物理量；
3、会推导平抛初速度的表达式，会计算平抛运动的初速度。
【学习重点】
描绘平抛物体运动的轨迹。
【学习难点】
描绘平抛物体运动的轨迹。
【学习过程】
【自主学习】
（为在实验中得到较准确的轨迹，请思考下列问题）
1．如何保证每次实验v0相同？
2．小球平抛的抛出点在哪？如何确定？

3．实验中与斜面轨道不光滑有关吗？为什么？

4．根据得到的实验轨迹点，如何描绘平抛运动的轨迹？

5．计算平抛物体的初速度：
（1）测量初速度时需要测量的物理量有哪些？
（2）如何推导平抛初速度的表达式？
【知识梳理】
1、描绘平抛运动的轨迹
为记录平抛运动轨迹，实验室中较常用的方法是教材介绍参考案例1：
该实验所需器材包括：附带金属小球的斜槽，木板及竖直固定支架，白纸，图钉，刻度尺，三角板，重锤，铅笔等。
实验步骤如下：
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轨道上，如小球能在任意位置静止，就表明水平程度已调好。
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上的白纸上，
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 把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口时球心在木板上的水平投影点O，O即为坐标原点。
④ 描绘运动轨迹 用铅笔的笔尖轻轻地靠在木板的平面上，不断调整笔尖的位置，使从斜槽上滚下的小球正好碰到笔尖，然后就用铅笔在该处白纸上点上一个黑点，这就记下了小球球心所对应的位置。保证小球每次从槽上开始滚下的位置都相同，用同样的方法可找出小球平抛轨迹上的一系列位置。取下白纸，用平滑的曲线把这些位置连接起来即得小球做平抛运动的轨迹。
上述实验步骤中我们必须注意以下事项：
① 实验中要保证通过斜槽末端点的切线水平，方木板必须处在竖直平面内，且与小球运动轨迹所在竖直平面平行，并使小球的运动靠近木板但不接触。
② 小球必须每次从斜槽上同一位置由静止开始滚下，为此，可在斜槽上某一位置固定一个挡板。
③ 坐标原点（小球做平抛运动的起点）不是槽口的端点，而应是小球在槽口时球的球心在木板上的水平投影点，位于槽口末端上方r处（r为小球半径）。
④ 应在斜槽上适当的位置释放小球，使它以适当的水平速度抛出，其轨迹由木板的左上角到达右下角，这样可以使实验误差较小。
⑤ 须在斜槽末端用重锤线检查白纸上所画y轴是否竖直。
分运动是匀速直线运动。
2、平抛初速度的计算
(1)在轨迹曲线上任取几点(如A、B、c、D)。
(2)用刻度尺和三角板分别测出它们的坐标x和y。
(3)据平抛运动水平方向是匀速直线运动()及竖直方向是自由落体运动()，分别计算小球的初速度，最后计算小球的初速度的平均值。（）
【合作探究】
分组实验
第二课时
【典例剖析】
例1 在“研究平抛运动”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。
C．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 。
提示 回顾该实验的操作步骤及注意事项，对照分析即得。
解析 ：
小结 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。
例2 如图所示是研究平抛运动的实验装置简图，图是实验后白纸上的轨迹图。
⑴ 说明图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。
O
x
y
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？
提示 回顾该实验的操作步骤及注意事项，对照分析即得。
解析
小结 正确画出坐标轴是研究平抛运动特点的必要准备，关键在于利用重垂线画出y轴和确定坐标原点的位置。
A
A′
B
C
C′
B′
例3 如图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：
。
提示 比较A、B、C三球的运动规律。
A
A’
B’
B
y
h
x2
x1
例4 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？
提示 根据平抛运动的两个分运动的规律，列方程求解。
解析
小结 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。有此列出方程求解，即可求得其初速度。
例5 在“研究平抛物体运动”的实验中，某同学只记录了A、B、C三点，各点的坐标如图所示，则物体运动的初速度为 m/s，开始平抛的初始位置的坐标为 （单位为cm）。
【巩固拓展训练】
1．有关“研究平抛物体运动”的实验中，小球在斜槽水平出口处的位置如右图所示，所谓末端的切线的起点O，即坐标水平轴的原点应该是 ( )
A．A点 B．B点 C ．C点 D．D点
2．安装实验装置的过程中，斜槽装置末端的切线必须是水平的，这样做的目的是（ ）
A．保证小球运动的轨迹是一条抛物线 B．保证小球飞出时的速度不太大，也不太小
C．保证小球飞出时，初速度水平 D．保证小球在空中运动的时间都相等
3．在“研究平抛物体运动”的实验中，如果小球每次从斜槽滚下的初始位置不同，则下列说法错误的是( )
A．小球平抛的初速度不同 B．小球每次做不同的抛物线运动
c．小球在空中运动的时间每次均不同 D．小球通过相同的水平位移所用时间均不同
4．为了准确地测出平抛轨道上某点的坐标，需要注意的是( )
A．选距原点近—些的点 B．应正确标出乎抛小球的球心在木板上的水平投影点
C．用重锤线准确地确定纵轴 D．选距原点远一些的点
5．本实验测v0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
6、某同学在做研究平抛运动的实验时，忘记记下斜槽末端位置，图中的A点为小球运动一段时间后的位置，他便以A点为坐标原点，建立了水平方向和竖直方向的坐标轴，得到如图所示的图象，试根据图象求出小球做平抛运动的初速度．(g取10m/s2)

7、右图是用闪光照相法测平抛物体的初速度时，用10次/秒的闪光照相机对正在做平抛运动的球拍摄的照片，背景是每格边长为5cm的正方形格子，求小球的初速度．能否用此照片求出当地的重力加速度?如能，根据该照片求出的重力加速度的数值是多少?
8、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P0P′0、P1P′1…），槽间距离均为d.把覆盖复写纸的白纸铺在硬板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7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7中绘出小球做平抛运动的轨迹。
9.试根据平抛运动原理设计“测量弹射器弹丸射出的初速度”的实验方案．提供的实验器材为弹射器 (含弹丸，如图所示)、铁架台(带有夹具)、米尺。
(1)画出实验示意图；
(2)在安装弹射器时应注意 ；
(3)实验中需要测量的量(并在示意图中用字母标出)为 ；
(4)由于弹射器每次射出的弹丸初速度不可能完全相等，在实验中应采取的方法是 ；
(5)计算公式为 .
10.一农用水泵的出水管是水平的．当水泵工作时，水流从整个水管中流出．现给你一个钢卷尺和游标卡尺，进行必要的测量估算出水泵的流量．需测量的物理量是① 、② 、
③ ，计算流量的表达式Q= 。