物理必修 第二册3 实验：探究平抛运动的特点导学案

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实验：探究平抛运动的特点目标体系构建明确目标·梳理脉络　 【学习目标】1．知道抛体运动和平抛运动，知道用运动分解的方法研究平抛运动。2．知道平抛运动的条件，并会描绘平抛运动的轨迹。3．会根据平抛运动的轨迹，研究平抛运动水平和竖直分运动的特点。4．通过探究平抛运动特点的实验，了解科学探究中获取及处理数据的方法。【思维脉络】课内互动探究细研深究·破疑解难　 一、抛体运动和平抛运动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__重力__作用的运动。2．平抛运动：初速度沿__水平__方向的抛体运动。3．平抛运动的特点：(1)初速度沿__水平__方向；(2)只受__重力__作用。二、实验：探究平抛运动的特点1．实验目的(1)用实验方法描出平抛运动的轨迹。(2)探究平抛运动竖直方向和水平方向运动的特点。2．实验原理用频闪照相的方法或研究平抛运动的实验装置得出小球做平抛运动的不同时刻的位置，用平滑曲线连接各位置，得到小球做平抛运动的轨迹。以小球平抛的起点为坐标原点，沿水平方向和竖直向下的方向建立直角坐标系，根据各点坐标数据研究小球在水平方向和竖直方向的运动规律。3．实验器材(1)频闪照相机、铅笔、刻度尺、三角板。(2)平抛实验装置、小钢球、白纸、复写纸、铅笔、刻度尺、三角板。4．进行试验方案一：频闪照相法：(1)实验现象：利用频闪照相机得到物体做平抛运动与自由落体运动对比的频闪照片如图1所示。(2)现象分析：①在竖直方向上，两种运动经过相等的时间，下落相同的高度，即在竖直方向上的运动是相同的，都是自由落体运动；②在水平方向上，平抛运动在通过相等的时间内前进的距离相同，即水平方向上的运动是匀速直线运动。(3)理论分析：①水平方向：初速度为v0，物体不受力，即Fx＝0，物体由于惯性而做匀速直线运动。②竖直方向：初速度为零，物体只受重力作用，即Fy＝mg，a＝g，物体做自由落体运动。方案二：分别研究水平和竖直方向分运动规律步骤1：探究平抛运动竖直分运动的特点(1)如图2所示，用小锤击打弹性金属片后，A球做__平抛__运动；同时B球被释放，做__自由落体__运动观察两球的运动轨迹，听它们落地的声音。(2)分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度，即改变A球的初速度，发现两球__仍同时落地__，说明平抛运动在竖直方向的分运动为__自由落体运动__。步骤2：探究平抛运动水平分运动的特点1．装置和实验(1)如图3所示，安装实验装置，使斜槽M末端__水平__，使固定的背板竖直，并将一张白纸和复写纸固定在背板上，N为水平放置的可上下调节的倾斜挡板。(2)让钢球从斜槽上某一高度滚下，从末端飞出后做平抛运动，使小球的轨迹与背板平行。钢球落到倾斜的挡板N上，挤压复写纸，在白纸上留下印迹。(3)上下调节挡板N，进行多次实验，每次使钢球从斜槽上__同一__(选填“同一”或“不同”)位置由静止滚下，在白纸上记录钢球所经过的多个位置。(4)以斜槽水平末端端口处小球球心在白纸上的投影点为坐标原点O，过O点画出竖直的y轴和水平的x轴。(5)取下坐标纸，用平滑的曲线把这些印迹连接起来，得到钢球做平抛运动的轨迹。(6)根据钢球在竖直方向是自由落体运动的特点，在轨迹上取竖直位移为y、4y、9y…的点，即各点之间的时间__间隔相等__，测量这些点之间的水平位移，确定水平方向分运动特点。(7)结论：平抛运动在相等时间内水平方向__位移相等__，平抛运动水平方向为__匀速直线运动__。2．注意事项(1)实验中必须调整斜槽末端的切线__水平__，使小球做平抛运动(调节方法：将小球放在斜槽末端水平部分，若小球__静止__，则斜槽末端水平)。(2)背板必须处于__竖直__面内，固定时要用铅垂线检查坐标纸竖线是否__竖直__。(3)小球每次必须从斜槽上__同一位置__由静止释放，这样可以使小球每次的轨迹相同。(4)坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时小球__球心__在背板上的投影点。(5)小球开始滚下的位置高度要适中，以使小球做平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜。考点一　对实验操作过程的考查┃┃典例剖析__■典题1 (多选)(2021·河南省林州市第一中学高二下学期2月调研)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(　BD　)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思路引导：理解各种方法的操作原理及实验注意事项是解决此类问题的关键。解析：小球下落的速度很快，运动时间很短，用眼睛很难准确判断出小球落地的先后顺序，应听声音，选项A不合理；竖直管的上端A应低于水面，这是因为竖直管与空气相通，管上端A处的压强始终等于大气压，不受瓶内水面高低的影响，因此可以得到稳定的细水柱，选项B正确；只有每次从同一高度由静止释放钢球，钢球做平抛运动的初速度才相同，选项C错误；获得每秒15帧的录像就等同于做平抛运动实验时描方格图的方法，同样可以探究平抛运动的规律，选项D正确。┃┃对点训练__■1．在“研究平抛运动”实验中。(1)如图所示是用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。①坐标原点应选小球在斜槽末端点时的__A__。A．球心　 B．球的上端　C．球的下端②在此实验中，下列说法正确的是__BD__。A．斜槽轨道必须光滑B．记录的点应适当多一些C．用平滑曲线把所有的点连接起来    D．y轴的方向根据重锤线确定(2)如图是拍摄小球做平抛运动的频闪照片，由照片可判断实验操作中的错误是__C__。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解析：(1)①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球心，故选A。②斜槽轨道的粗糙程度对小球的平抛运动无影响。A错误；记录的点应适当多一些，可以减小误差，B正确；用平滑曲线把大多数点连接起来，但并不一定是所有点，C错误；y轴的方向即小球做自由落体运动的方向，要根据重锤线确定，D正确。(2)由照片可判断小球做斜上抛运动，所以实验操作中斜槽末端切线不水平，C正确。考点二　实验数据处理┃┃典例剖析__■典题2 (2021·平顶山一中新区高级中学高一)(1)如图所示是研究平抛物体运动的演示实验装置。实验时，先用弹簧片C将B球紧压在DE间并与A球保持在同一水平面上，用小锤F击打弹簧片C，A球被水平抛出，同时B球自由下落。实验几次，无论打击力大或小，仪器距离地面高或低，我们听到A、B两球总是同时落地，这个实验__D__。A．说明A、B两球落地时的速度相同B．说明A、B两球在水平方向运动是做匀速直线运动C．说明平抛运动是自由落体和匀速直线运动的合运动D．说明平抛运动在竖直方向上是自由落体运动(2)如图所示是某学生在做“研究平抛物体运动”的实验时记录小球运动的轨迹，x轴为水平方向，y轴为竖直方向。O点为平抛的初始位置，P点为轨迹上一点。则①物体从O点运动到P点的时间为__0.2__ s；②物体的初速度为__2.0__ m/s；(结果保留2位有效数字)③该平抛运动的轨迹方程为__y＝x2__。(g取10 m/s2)解析：(1)几次实验，无论打击力大或小，还是仪器距离地面高或低，我们总能听到A、B两球同时落地，这说明平抛运动在竖直方向是自由落体运动。故D正确，ABC错误。(2)① O点为平抛的初始位置，P点为轨迹上一点。以O点为原点，建立坐标系，时间由竖直位移决定的，根据y＝gt2，得t＝＝s＝0.2 s。②平抛的初速度v0＝＝ m/s＝2.0 m/s。③由平抛的位移规律x＝v0t，y＝gt2，消去t得到y＝g2，将求的速度和重力加速度代入可得轨迹方程为y＝x2。┃┃对点训练__■2．(2021·陕西省榆林高一下学期期中)某物理兴趣小组在探究平抛运动的规律实验时，将小球做平抛运动，用频闪照相机对准方格背景照相，拍摄到了如图所示的照片，已知每个小方格边长 9.8 cm，当地的重力加速度为g＝9.8 m/s2。(1)若以拍摄的第一点为坐标原点，水平向右和竖直向下为正方向，则没有被拍摄到的小球位置坐标为__(58.8 cm，58.8 cm)__。(2)小球平抛的初速度大小为__1.96 m/s__。解析：由Δy＝gT2　得T＝0.1 s∴v0＝＝1.96 m/s又y4＝y3＋3Δy＝58.8 cm　x4＝v0·3T＝58.8 cm。