物理必修 第二册第2节 平抛运动学案设计

这是一份物理必修 第二册第2节 平抛运动学案设计，共5页。学案主要包含了实验目的，实验器材，实验原理与设计，实验步骤，数据分析，实验结论等内容，欢迎下载使用。

1.平抛运动的条件及相应控制方法.
2.判断运动轨迹是否是抛物线的方法.
3.知道测量初速度时需要测量的物理量．
一、实验目的
(1)描绘物体做平抛运动的轨迹并分析其特点．
(2)根据平抛运动的轨迹求平抛初速度．
二、实验器材
斜槽、小球、木板、铅垂线、坐标纸、图钉、刻度尺、铅笔(或卡孔)等．
三、实验原理与设计
将斜槽等器材安装起来，小球从斜槽上滚下，通过水平槽飞出后做平抛运动．使小球每次都从斜槽上同一位置由静止释放，小球在空中做平抛运动的轨迹相同．设法用铅笔描出小球经过的位置．通过多次实验，在坐标纸上记录小球所经过的多个位置，用平滑的曲线将各点连起来，从而得到小球做平抛运动的轨迹．
根据平抛运动的公式x＝v0t和y＝eq \f(1,2)gt2，可求出小球做平抛运动的初速度．
四、实验步骤
(1)用图钉把坐标纸钉在竖直木板上，在木板的左上角固定斜槽，并使其末端保持水平．
(2)用悬挂在槽口的铅垂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且靠近，固定好木板．
(3)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，再利用铅垂线在纸上画出通过O点的竖直线．
(4)将小球从斜槽上合适的位置由静止释放，使小球的运动轨迹大致经过坐标纸的右下角．
(5)把笔尖放在小球可能经过的位置，如果小球运动中碰到笔尖，用铅笔在坐标纸该位置画上一点．用同样的方法，从同一位置释放小球，在小球运动路线上描下若干点．
五、数据分析
(1)根据实验记录，在坐标纸上描绘小球平抛运动的轨迹．
(2)在平抛运动轨迹上选取几个水平间距相等的测量点，测出并计算相应物理量填入你设计的表格中．
(3)观察描出的轨迹，与你熟悉的曲线进行比较，猜想y与x的关系，作出y－x2图像，验证你的猜想．
六、实验结论
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
一．判断平抛运动的轨迹是否抛物线
(1)原理：若平抛运动的轨迹是抛物线，则当以抛出点为坐标原点建立直角坐标系后，轨迹上各点的坐标具有y＝ax2的关系，且同一轨迹上a是一个特定的值．
(2)验证方法
方法一：代入法
用刻度尺测量几个点的x、y坐标，分别代入y＝ax2中求出常数a，看计算得到的a值在误差范围内是否为一常数．
方法二：图像法
建立y ­x2坐标系，根据所测量的各个点的x、y坐标值分别计算出对应y值的x2值，在y ­x2坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，并求出该直线的斜率即为a值．
二．计算平抛运动的初速度
(1)平抛轨迹完整(即含有抛出点)
在轨迹上任取一点，测出该点离原点的水平位移x及竖直位移y，就可求出初速度v0.因x＝v0t，y＝eq \f(1,2)gt2，故v0＝xeq \r(\f(g,2y)).
(2)平抛轨迹残缺(即无抛出点)
如图所示，在轨迹上任取三点A、B、C，使A、B间及B、C间的水平距离相等，由平抛运动的规律可知，A、B间与B、C间所用时间相等，
设为t，则Δh＝hBC－hAB＝gt2
所以t＝eq \r(\f(hBC－hAB,g))，
所以初速度v0＝eq \f(x,t)＝xeq \r(\f(g,hBC－hAB)).
典例1、在研究平抛运动的实验中，可以描绘物体做平抛运动的轨迹和求物体的平抛初速度．实验简要步骤如下：
A．让小球多次从 位置由静止滚下，记下小球穿过卡片孔的一系列位置．
B．安装好器材，注意斜槽末端水平和平板竖直，记下斜槽末端小球球心在平板上的投影点O和画出过点O的竖直线．检测斜槽末端是否水平的方法是 ．
C．测出曲线上某点的坐标x、y，用v0＝ 算出该小球的平抛初速度．实验需要对多个点求v0的值，然后求它们的平均值．
D．取下坐标纸，以O为原点，以竖直线为y轴，以垂直竖直线的方向为x轴建立坐标系，用平滑曲线画出平抛轨迹．
(1)上述实验步骤的合理顺序是 (只排列序号即可)．
(2)补充完整实验步骤．
[解析] (1)实验应该按照以下顺序进行：首先安装器材，然后记录小球位置，接着描绘平抛轨迹，最后处理实验数据求初速度．所以合理顺序为BADC.
(2)实验描绘的是平抛运动的轨迹，要保证小球做平抛运动，且同一条平抛运动轨迹对应唯一的初速度，所以要求小球每次都从同一位置由静止滚下；检测斜槽末端是否水平的方法是平衡法，即将小球静止放置在斜槽末端的不同位置，看它是否滚动，若均不滚动说明已经水平；根据平抛运动规律可知x＝v0t，y＝eq \f(1,2)gt2，两式联立可得v0＝xeq \r(\f(g,2y)).
[答案] (1)BADC (2)同一 平衡法 xeq \r(\f(g,2y))
1．(多选)在“研究平抛运动”的实验中，为了求平抛物体的初速度，需直接测的数据有( )
A．小球开始滚下的高度
B．小球在空中飞行的时间
C．运动轨迹上某点P的水平坐标
D．运动轨迹上某点P的竖直坐标
2．如图所示为一小球做平抛运动的闪光照相照片的一部分，图中背景方格的边长均为5 cm，如果g取10 m/s2，那么：
(1)照相机的闪光频率是 Hz.
(2)小球运动中水平分速度的大小是 m/s.
(3)小球经过B点时的速度大小是 m/s.
3．在“研究平抛物体运动”的实验中：
(1)为使小球水平抛出，必须调整斜槽，使其末端的切线成水平方向，检查方法是 ．
(2)小球抛出点的位置必须及时记录在白纸上，然后从这一点画水平线和竖直线作为x轴和y轴，竖直线是用 来确定的．
(3)某同学建立的直角坐标系如图所示，假设他在安装实验装置和其余操作时准确无误，只有一处失误，即是 ．
(4)该同学在轨迹上任取一点M，测得坐标为(x，y)，则初速度的测量值为 ，测量值比真实值要 (选填“偏大”“偏小”或“不变”)．
参考答案
1.CD 2.[答案] (1)10 (2)1.5 (3)2.5
3.答案(1)将小球放置在槽口处轨道上，小球能保持静止 (2)铅垂线 (3)坐标原点应该是小球在槽口时球心在白纸上的水平投影点 (4)v0＝xeq \r(\f(g,2y)) 偏大