2020-2021學年新教材物理人教版必修第二冊教案：第5章 3.實驗：探究平拋運動的特點 Word版含解析

1、好好學習，天天向上3實驗：探究平拋運動的特點實驗目標：1。物理觀念學會用實驗的方法描繪平拋運動的軌跡。2.物理觀念會判斷平拋運動的軌跡是不是拋物線.3。物理觀念掌握描跡法、頻閃照相法等探究實驗的常用方法。4.科學探究能設(shè)計不同的實驗方案,并對方案進行可行性論證，根據(jù)學?，F(xiàn)有條件,選擇最優(yōu)方案.5.科學探究能獲取信息,通過數(shù)據(jù)分析描繪平拋運動的軌跡.6。科學探究在合作探究、交流、反思過程中提高實驗能力.一、平拋運動1拋體運動：以一定的速度將物體拋出，在空氣阻力可以忽略的情況下，物體只受重力的作用，這時的運動叫作拋體運動.2平拋運動(1)概念：如果拋體運動的初速度是沿水平方向的，物體所做的運動叫作

2、平拋運動.(2)條件:物體具有水平方向的初速度且運動過程中只受到重力的作用。二、探究平拋運動的特點1實驗思路（1）提出問題平拋運動是曲線運動，速度和位移的大小和方向時刻在發(fā)生變化。這個復雜的曲線運動有什么規(guī)律呢？能否分解為兩個簡單的直線運動?（2）科學猜想由于物體是沿水平方向拋出的，在運動過程中只受重力作用。因此平拋運動可能是水平方向和豎直方向分運動的合成.那么只要研究出這兩個分運動的特點,平拋運動的規(guī)律就清楚了。2進行實驗方案一：利用頻閃照相法探究平拋運動的特點(1)實驗目的探究平拋運動的軌跡是一條什么曲線。探究平拋運動水平方向和豎直方向是什么運動。(2)實驗原理數(shù)碼相機每秒拍下小球做平拋運

3、動時的十幾幀或幾十幀照片，將照片上不同時刻的小球的位置連成平滑曲線，便得到小球的運動軌跡，如圖所示,由于相鄰兩幀照片間的時間間隔相等，只要測出相鄰兩幀照片上小球位置間的水平距離和豎直距離，就很容易判斷平拋運動在水平方向和豎直方向的運動特點。（3）數(shù)據(jù)處理建立以拋出點為坐標原點，以小球水平拋出時的初速度方向為x軸正方向，以豎直向下為y軸正方向的直角坐標系。測出相鄰兩幀照片中小球移動的水平距離和豎直距離.根據(jù)水平位移和豎直位移隨時間變化的具體數(shù)據(jù)分析小球水平方向分運動和豎直方向分運動的特點。(4）結(jié)果分析水平方向的分運動是勻速直線運動，豎直方向的分運動是勻加速直線運動.方案二：利用描跡法探究平拋運

4、動的特點(1）實驗設(shè)計實驗裝置如圖所示。小鋼球從斜槽上滾下，從水平槽飛出后做平拋運動。每次都使小鋼球在斜槽上同一位置滾下，小鋼球在空中做平拋運動的軌跡就是一定的,設(shè)法用鉛筆描出小鋼球經(jīng)過的位置。通過多次實驗，在豎直坐標紙上記錄小鋼球所經(jīng)過的多個位置,用平滑的曲線連起來就得到小鋼球做平拋運動的軌跡。（2）實驗器材和步驟實驗器材小鋼球、斜槽軌道、木板及豎直固定支架、坐標紙、圖釘、重垂線、鉛筆、三角板、刻度尺等。實驗步驟a安裝、調(diào)整斜槽將斜槽固定在實驗桌上，使其末端伸出桌面，斜槽末端的切線水平,如圖所示。b調(diào)整木板并確定坐標原點用圖釘將坐標紙固定在木板的左上角,把木板調(diào)整到豎直位置，使板面與小鋼球運

5、動軌跡所在的平面平行且靠近。把小鋼球放在槽口（斜槽末端)處，用鉛筆記下小鋼球在槽口時球心在坐標紙上的水平投影點o，o點即坐標原點。利用重垂線畫出過坐標原點的豎直線作為y軸，在水平方向建立x軸.c描點使小鋼球從斜槽上某一位置由靜止?jié)L下,小鋼球從斜槽末端飛出,先用眼睛粗略確定做平拋運動的小鋼球在某一x值處的y值,然后讓小鋼球從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下,移動筆尖在坐標紙上的位置，當小球恰好與筆尖正碰時，用鉛筆在坐標紙上描出代表小鋼球通過位置的點。重復幾次實驗，在坐標紙上描出一系列代表小鋼球通過位置的點.d描繪出平拋運動的軌跡取下坐標紙,將坐標紙上記下的一系列點用平滑曲線連接起來，即可得到小鋼球做平拋

6、運動的軌跡。特別提示斜槽的粗糙程度對該實驗沒有影響，因為每次鋼球從同一高度滾下,所受摩擦力相同，到達槽口的速度相同，因此軌跡依然重合，不影響實驗結(jié)果.（3）注意事項應保持斜槽末端的切線水平，釘有坐標紙的木板豎直，并使小鋼球的運動靠近坐標紙但不接觸.小鋼球每次必須從斜槽上同一位置無初速度滾下,在斜槽上釋放小鋼球的高度應適當，使小鋼球以合適的水平初速度拋出，其軌跡在坐標紙的左上角到右下角間分布，從而減小測量誤差。坐標原點(小鋼球做平拋運動的起點）不是槽口的端點，應是小鋼球在槽口時球心在坐標紙上的水平投影點。實驗原理及操作【例1】用如圖1所示裝置研究平拋運動。將白紙和復寫紙對齊重疊并固定在豎直的硬板

7、上。鋼球沿斜槽軌道pq滑下后從q點飛出，落在水平擋板mn上。由于擋板靠近硬板一側(cè)較低，鋼球落在擋板上時，鋼球側(cè)面會在白紙上擠壓出一個痕跡點。移動擋板，重新釋放鋼球，如此重復，白紙上將留下一系列痕跡點。圖1（1）下列實驗條件必須滿足的有_。a斜槽軌道光滑b斜槽軌道末段水平c擋板高度等間距變化d每次從斜槽上相同的位置無初速度釋放鋼球（2)為定量研究，建立以水平方向為x軸、豎直方向為y軸的坐標系.a取平拋運動的起始點為坐標原點，將鋼球靜置于q點，鋼球的_（選填“最上端”“最下端或“球心”)對應白紙上的位置即為原點；在確定y軸時_（選填“需要”或“不需要”）y軸與重垂線平行.b若遺漏記錄平拋軌跡的起始

8、點，也可按下述方法處理數(shù)據(jù)：如圖2所示,在軌跡上取a、b、c三點，ab和bc的水平間距相等且均為x，測得ab和bc的豎直間距分別是y1和y2,則_（選填“大于”“等于或“小于”)?？汕蟮娩撉蚱綊伒某跛俣葀0大小為_（已知當?shù)刂亓铀俣葹間，結(jié)果用上述字母表示)。圖2(3）為了得到平拋物體的運動軌跡，同學們還提出了以下三種方案，其中可行的是_。a從細管水平噴出穩(wěn)定的細水柱，拍攝照片，即可得到平拋運動軌跡b用頻閃照相法在同一底片上記錄平拋鋼球在不同時刻的位置，平滑連接各位置，即可得到平拋運動軌跡c將鉛筆垂直于豎直的白紙板放置，筆尖緊靠白紙板，鉛筆以一定初速度水平拋出,將會在白紙上留下筆尖的平拋運動

9、軌跡解析根據(jù)平拋運動的規(guī)律:水平方向做勻速直線運動，豎直方向做自由落體運動解答。（1)本實驗中要保證鋼球飛出斜槽末端時的速度水平,即鋼球做平拋運動，且每次飛出時的速度應相同，所以只要每次將鋼球從斜槽上同一位置由靜止釋放即可，故b、d正確.(2）a.平拋運動的起始點應為鋼球靜置于q點時，鋼球的球心對應紙上的位置，由于平拋運動在豎直方向做自由落體運動，所以在確定y軸時需要y軸與重垂線平行；b由初速度為零的勻加速直線運動規(guī)律即在相等時間間隔內(nèi)所通過的位移之比為1357可知，由于a點不是拋出點，所以；設(shè)ab、bc間所用的時間為t，豎直方向有：y2y1gt2，水平方向有:xv0t,聯(lián)立解得:v0x.（3

10、)平拋運動的特性：初速度為v0，加速度為g，細管水平噴出水柱滿足要求，a正確；用頻閃照相法在同一底片上記錄鋼球不同時刻的位置即平拋運動的軌跡上的點，平滑連接在一起即為平拋運動軌跡，所以此方案可行,b正確;將鉛筆垂直于豎直的白板放置，以一定初速度水平拋出，筆尖與白紙間有摩擦阻力，所以鉛筆做的不是平拋運動,故此方案不可行，c錯誤。【答案】(1)bd(2)a。球心需要b大于x（3）ab數(shù)據(jù)處理【例2】(1）在“研究平拋物體的運動的實驗中，為減小空氣阻力對小球的影響,選擇小球時，應選擇下列的_.a實心小鐵球b空心鐵球c實心小木球 d以上三種球都可以(2）在研究平拋運動的實驗中,斜槽末端要_，且要求小球

11、要從_釋放，現(xiàn)用一張印有小方格的紙記錄軌跡，小方格邊長l2.5 cm，若小球在平拋運動途中的幾個位置如圖所示，小球由a到b位置的時間間隔為_s，小球平拋的初速度大小為_m/s.小球在b點的速度為_m/s。解析(1）為了減小空氣阻力對小球的影響，要選擇體積較小質(zhì)量較大的小球，故選實心小鐵球,故a正確，b、c、d錯誤；(2)在研究平拋運動的實驗中，為保證小球做平拋運動，斜槽末端要水平，為保證每次運動軌跡相同，要求小球從同一位置無初速度釋放，小球豎直方向做自由落體運動,有:hgt2,即為：lgt2，得：ts0。05 s。小球初速度為:v0 m/s1 m/s；b位置豎直方向速度為：vym/s0.75

12、m/s；則b點的速度為：vb m/s1.25 m/s。答案(1）a(2）切線水平同一位置無初速度0.0511.25實驗拓展與創(chuàng)新【例3】某同學設(shè)計了一個研究平拋運動的實驗，實驗裝置示意圖如圖甲所示。a是一塊水平木板,在其上等間隔地開鑿出一組平行的插槽(甲圖中的p0p0、p1p1）,槽間距離均為d.把覆蓋復寫紙的白紙鋪貼在硬板b上，實驗時依次將b插入a板的各插槽中,每次讓小球從斜軌的同一位置由靜止釋放。每打完一點后,把b板插入后一槽中并同時向紙面內(nèi)側(cè)平移距離d。實驗得到小球在白紙上打下的若干痕跡點，如圖乙所示。甲乙(1)實驗前應對實驗裝置反復調(diào)節(jié),直到_為止。每次讓小球從同一位置由靜止釋放,是為

13、了_.（2)每次將b板向紙面內(nèi)側(cè)平移距離d，是為了_。（3)在圖乙中繪出小球做平拋運動的軌跡.思路點撥本題是利用留跡法描繪平拋運動的軌跡，解題的關(guān)鍵是明確每次將b板向紙面內(nèi)側(cè)平移距離d的目的。解析(1)小球每次離開斜軌后，應做軌跡相同的平拋運動，所以實驗前要反復調(diào)節(jié)實驗裝置,使斜軌末端水平。每次從同一位置由靜止釋放小球,是為了使小球每次運動的初速度相同。（2）每次b板插入后一槽中會使小球的水平位移增加d,所以每次將b板向紙面內(nèi)側(cè)平移d，就可以對應水平位移的變化,使b板上的x坐標能表示水平位置的變化。(3)用平滑曲線連接各點，可得軌跡如圖所示?！敬鸢浮浚?）斜軌末端水平保證小球每次射出時初速度相

14、同(2)使板上的x坐標能表示小球的水平位移(3)如解析圖所示1（多選）在探究平拋運動的規(guī)律時，可以選用如圖所示的各種裝置圖，則以下操作合理的是()甲乙丙a選用圖甲裝置研究平拋物體的豎直分運動時，應該用眼睛看a、b兩球是否同時落地b選用圖乙裝置并要獲得穩(wěn)定的細水柱顯示出平拋運動的軌跡，豎直管上端a一定要低于水面c選用圖丙裝置并要獲得鋼球做平拋運動的軌跡，每次不一定從斜槽上同一位置由靜止釋放鋼球d除上述裝置外，還可以用數(shù)碼照相機拍攝鋼球做平拋運動時每秒15幀的錄像以獲得平拋運動的軌跡bd小球下落的速度很快，運動時間很短,用眼睛很難準確判斷出小球落地的先后順序,應聽聲音,選項a錯誤;豎直管的上端a應

15、低于水面，這是因為豎直管與空氣相通,a處的壓強始終等于大氣壓,使另一出水管的上端口處壓強與a處的壓強有恒定的壓強差，不受瓶內(nèi)水面高低的影響，因此可以得到穩(wěn)定的細水柱，選項b正確；只有每次從同一高度釋放鋼球，鋼球做平拋運動的初速度才相同，選項c錯誤;獲得每秒15幀的錄像就等同于做平拋運動實驗時描方格圖的方法，同樣可以探究平拋運動的規(guī)律，選項d正確。2在“探究平拋運動的運動規(guī)律”的實驗中，可以描繪出小球平拋運動的軌跡，實驗簡要步驟如下:a讓小球多次從_位置自由滾下，記下小球碰到鉛筆筆尖的一系列位置b按圖安裝好器材，注意_,記下平拋初位置o點和過o點的豎直線c取下白紙，以o為原點，以豎直線為y軸建立

16、坐標系，用平滑曲線畫平拋運動物體的軌跡.完成上述步驟，正確的實驗順序是_。解析安裝器材時，應使斜槽末端水平,以保證小球做平拋運動。實驗中，每次小球應從同一位置下落，以保證每次的運動軌跡都相同。答案同一斜槽末端水平bac 3兩個同學根據(jù)不同的實驗條件,進行了“研究平拋運動”的實驗：甲乙（1)甲同學采用如圖甲所示的裝置。用小錘擊打彈性金屬片，使a球沿水平方向彈出,同時b球被松開，自由下落，觀察到兩球同時落地，改變小錘擊打的力度，即改變a球被彈出時的速度，兩球仍然同時落地,這說明_。（2)乙同學采用如圖乙所示的裝置。兩個相同的弧形軌道m(xù)、n，分別用于發(fā)射小鐵球p、q，其中n的末端可看作與光滑的水平板

17、相切，兩軌道上端分別裝有電磁鐵c、d；調(diào)節(jié)電磁鐵c、d的高度使acbd，從而保證小鐵球p、q在軌道出口處的水平初速度v0相等,現(xiàn)將小鐵球p、q分別吸在電磁鐵c、d上，然后切斷電源，使兩小球同時以相同的初速度v0分別從軌道m(xù)、n的末端射出。實驗可觀察到的現(xiàn)象應是_。僅僅改變弧形軌道m(xù)的高度，重復上述實驗,仍能觀察到相同的現(xiàn)象，這說明_。解析（1)通過對照實驗，說明兩球具有等時性，由此說明做平拋運動的物體在豎直方向上做自由落體運動。（2)兩球在水平軌道上相遇，水平方向運動情況相同,說明平拋運動的水平分運動是勻速直線運動。答案（1）做平拋運動的物體在豎直方向上做自由落體運動(2）p球擊中q球做平拋運

18、動的物體在水平方向上做勻速直線運動4如圖甲是研究平拋運動的實驗裝置圖,圖乙是實驗后在白紙上作的圖。甲乙(1)在甲圖上標出o點及ox、oy軸，并說明這兩條坐標軸是如何作出的.答：_。（2)固定斜槽軌道時應注意使_.（3)實驗過程中需經(jīng)過多次釋放小球才能描繪出小球平拋運動的軌跡,實驗中應注意_。（4）計算小球平拋初速度的公式v0_,根據(jù)圖乙給出的數(shù)據(jù),可計算出v0_m/s.解析（1)如圖所示，在斜槽末端小球球心在白紙上的投影為o點,從o點開始作平行重垂線向下的直線為oy軸，再垂直于oy作ox軸.(2）為了保證小球離開斜槽時的速度沿水平方向，應調(diào)整斜槽使底端切線沿水平方向。(3）為了保證小球每次做平

19、拋運動的軌跡一致，要求它的初速度相同，故每次都讓小球從斜槽的同一高度處無初速度滾下。(4)由于xv0t，ygt2,故初速度v0x,根據(jù)圖乙給出的數(shù)據(jù)，可計算出v01。6 m/s。答案(1）圖見解析利用重垂線作oy軸，再垂直于oy作ox軸(2)底端切線沿水平方向(3)使小球每次都從同一高度處無初速度滾下(4）x1.65在“研究平拋物體的運動”的實驗中：（1)為使小球水平拋出，必須調(diào)整斜槽，使其末端的切線成水平方向，檢查方法是_。（2)小球拋出點的位置必須及時記錄在白紙上，然后從這一點畫水平線和豎直線作為x軸和y軸，豎直線是用_來確定的.（3)某同學建立的直角坐標系如圖所示,如果他在安裝實驗裝置和

20、其余操作時準確無誤，只有一處失誤,即是_。(4）該同學在軌跡上任取一點m，測得坐標為(x，y),則初速度的測量值為_，測量值比真實值要_(選填“偏大”“偏小”或“不變”）。解析（1)水平時小球處處平衡，小球在槽口能靜止不動.(2)用重垂線來確定豎直線最準確.(3)描繪小球的運動軌跡時應是描繪球心的位置,因此坐標原點應在平拋起點的球心位置,即坐標原點應該是小球在槽口時球心在白紙上的水平投影點。（4)根據(jù)xv0t,ygt2，兩式聯(lián)立得：v0x,因為坐標原點靠下,造成y值偏小，從而v0偏大。答案(1)將小球放置在斜槽末端水平軌道上，小球能保持靜止（2)重垂線(3）坐標原點應該是小球在槽口時球心在白紙上的水平投影點（4）v0x偏大6(1)如圖所示，在研究物體做平拋運動時，讓小球a沿曲面軌道滾下，離開軌道末端時(末端水平，小球a離開軌道時和小球b在同一高度)，撞開接觸式開關(guān)s（開關(guān)對小球的作用力可忽略不計），被電