2022年《实验研究平抛运动》导学案 .pdf

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1、5.3 实验：研究平抛运动导学案【学习目标】 1、知道常见的几种获取平抛运动轨迹的方法；2、掌握判断平抛运动的轨迹是不是抛物线方法；3、会根据平抛运动的轨迹计算平抛物体的初速度；【重点难点】由实验理论分析探究平抛运动轨迹、初速度。【学法指导】通读教材，理解与之相关的基础知识，用红笔画出不懂的地方，完成学案和课后习题【知识链接】1、平抛运动的定义：；2、条件：；3、特点：；【学习过程】一、实验原理平抛运动可以看作是两个分运动的和运动；一个水平方向的_ ，其速度等于平抛物体运动的 _；另一个是竖直方向的_ ，通过实验确定作平抛运动的小球运动时的若干不同位置， 然后描出运动轨迹，测出曲线上任一点的坐

2、标，利用公式 _ 和_ 就可求出小球的水平分速度，即平抛物体的速度v0=_ . 三、实验器材：斜槽轨道、小球、木板、白纸、图钉、铅垂线、直尺、三角板、铅笔等. 四、实验步骤（1）案例一：利用平抛运动实验器（如同4-7-1 所示） 。注意事项：a/ 斜槽末端切线必须水平b/ 每次从同一位置无初速释放小球，以使小球每一次抛出后轨迹相同，每次描出的点在同一轨迹上c/ 安装实验装置时，要注意使轨道末端与图板相靠近，并保持它们的相对位置不变d/ 要用重垂线把图板校准到竖直方向，使小球运动靠近图板，又不接触图板e/ 坐标原点不是槽口末端点，应是球在槽口时，球心在图板上的水平投影点O f/ 球的释放高度要适

3、当，使其轨迹不至于太平也不至于太竖直，以减小测量误差g/ 计算初速度时，应选离O点远些的点、数据处理1，思考如何判断平抛运动的轨迹是不是抛物线；2、如何计算平抛物体的初速度？【例 1】在 “ 探究平抛运动的运动规律” 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。图 4-7-1 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学

4、习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - 完成上述步骤，将正确的答案填在横线上。上述实验步骤的合理顺序是。拓展如图 4-7-3 所示是研究平抛运动的实验装置简图，图4-7-4 是实验后白纸上的轨迹图。说明图 4-7-4 中的两条坐标轴是如何作出的。说明判断槽口的切线是否水平的方法。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？二、求平抛运动的初速度【例 2】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

5、段曲线的轨迹，如图4-7-5 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？课堂练习1在 “ 探究平抛物体运动的规律” 的实验中，小球做平抛运动的坐标原点位置应是（设小球半径为r ）A斜槽口末端O点B斜槽口O点正上方r 处C槽口 O点正前方r 处D小球位于槽末端时，球心在竖直木板上的水平投影点【解析】由于在实验中描出的点都是球心经过的位置。因此，所描轨迹的初始位置也应是球心所经位置。【答案】 D 1. 在做 “ 探究平抛物体的运动” 实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出小球平抛运动的轨迹

6、。为了能较准确地描绘运动轨迹，下面列出一些操作要求，将你认为正确选项前面的字母填在横线上： bdf 。（a）实验所用的斜槽要尽量的光滑，以减小摩擦（b）通过调节使斜槽的末端保持水平（c）每次释放小球的位置必须相同（d）每次必须由静止释放小球图 4-7-3 图 4-7-5A ABB y h x2 x1 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - （e）记录小球位置用的木条（或凹槽）每次必须严格地等距离下降（f

7、 ）小球运动时不应与木板上的白纸相碰撞（g）将球的位置记录在纸上后，取下纸，用直尺将点连成折线2. 在做 “ 探究平抛物体的运动” 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 CF A 游标卡尺 B秒表 C坐标纸 D天平 E弹簧秤 F重垂线【训练测试】1、一个同学在研究平抛物体的运动实验中，只画出了如图9 所示的一部分曲线，于是他在曲线上取水平距离s相等的三点A、B、C，量得s = 0.2m 。又量出它们之间的竖直距离分别为h1 = 0.1m ，h2 = 0.2m ，利用这些数据，可求得：（ 1）物体抛出时的初速度为 m/s；（ 2）物体经过B时竖直分速度为 m/s；（

8、 3）抛出点在A点上方高度为 m处。2、 某同学做平抛运动实验时，在白纸上只画出了表示竖直向下方向的Y 轴和平抛物体运动轨迹的后一部分，而且漏标了抛出点的位置，如图所示 .这位同学希望据此图能测出物体的初速度，请你给他出出主意：（ 1） 简要说明据此图测定该物初速度的方法_. （ 2） 需要增加的测量工具有_. （ 3） 用测量出的物理量表示测量的结果：v0=_ 3、如图所示，为一平抛物体运动的闪光照片示意图，照片与实际大小相比缩小10 倍.对照片中小球位置进行测量得：1与 4 闪光点竖直距离为 1.5 cm，4 与 7 闪光点竖直距离为2.5 cm，各闪光点之间水平距离均为0.5 cm.则(

9、1)小球抛出时的速度大小为多少? (2)验证小球抛出点是否在闪光点1 处，若不在， 则抛出点距闪光点1 的实际水平距离和竖直距离分别为多少?(空气阻力不计，g 10 m/s2) 4、如图所示为一小球作平抛运动的闪光照片的一部分，图中背景方格的边长均为图 9 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - 5cm，g=10m/s2，那么：闪光频率为Hz；小球运动的初速度的大小是m/s；小球经过B 点时的速度大小为

10、m/s。5、 下图是小球平抛运动轨迹中的三点,测得 A、 B 间和 B、 C 间的水平距离分别为x1和 x2,且 x1=x2=15 厘米 ,A、B 间和 B、C 间的竖直距离分别为y1=15 厘米 , y2=25 厘米 ,若 g 取 10 米/秒2,则小球平抛的初速度为米/秒;小球经过B 点时的竖直分速度为米/秒 . 6、某学生在做“研究平抛物体运动”的实验中，忘记记下小球做平抛运动的起点位置O，A 为物体运动一段时间后的位置，根据图17 所示，求出物体做平抛运动的初速度为_。(g 取 10 ms2)【参考答案】1、答： 2 1.5 (2分) 0.0125 2、答：（ l） 画出三条两两之间等

11、距离（ x）的与Y 轴平行的竖线，分别与轨迹曲线交于A、 B、C 三点，过这三点各作一条垂直于Y 轴的线 .测量 A、B 之间的竖直距离y1和 A、C 之闻的竖直距离y2,根据以上数据可算出初速 . （ 2） 刻度尺(3)122yygx3、解：(1)设 14 之间时间为T，竖直方向有：(2.5-1.5)10-210 mgT2所以 T = 0.1 s 水平方向 :0.510-23 10 mv0T所以 v0=1.5 m/s (2)设物体在1 点的竖直分速度为v1y名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - -

12、 - - - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - 14 竖直方向： 1.510-210 m=v1yT+21gT2解得 v1y=1 m/s 因 v1y0，所以 1点不是抛出点设抛出点为O 点，距 1 水平位移为x m，竖直位移为y m，有 : 水平方向x=v0t竖直方向：gtvgtyy1221解得 t= 0.1 s x=0.15 m=15 cm y=0.05 m=5 cm 即抛出点距1 点水平位移为15 cm，竖直位移为5 cm. 4、答：物体竖直方向做自由落体运动，无论A 是不是抛出点，2aTs均成立 (式中s为相邻两闪光点竖直距离之差，T为相邻

13、两闪光点的时间间隔)水平方向有Tvs/0(/s即相邻两点的水平间隔) 由Tsv/0和asT可得gLv20，代人数值得s/m.v410。sgLasT161，故闪光频率HzTf161在B 点时的竖直分速度s/m.TLTCAvB82272竖直间隔、，过B 点时水平分速度0vvB，故s/m.vvvBBB13225、答案： 1.5; 2.0 、6、答案： 2.0m/s 【学习反思】如何判断平抛运动的轨迹是不是抛物线？如何计算平抛物体的初速度？【例 1】在 “ 探究平抛运动的运动规律” 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

14、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。完成上述步骤，将正确的答案填在横线上。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - 上述实验步骤的合理顺序是。【解析】A中为了保证小球每次平抛初速度相同，轨迹重合，应让小球从同一位置滚下。B中为了保证小球做平抛运动，要注意斜槽末端切线水平。上述实验步骤的合理顺序是B、A、

15、C。【点拨】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。拓展如图 4-7-3 所示是研究平抛运动的实验装置简图，图4-7-4 是实验后白纸上的轨迹图。说明图 4-7-4 中的两条坐标轴是如何作出的。说明判断槽口的切线是否水平的方法。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？【解析】 利用拴在槽口处的重锤线画出y轴，x轴与y轴垂直。将小球放在槽口的水平部分，小球既不向里滚动，也不向外滚动，说明槽口的末端是水平的。应注意每次小球都

16、从轨道上同一位置由静止释放。二、求平抛运动的初速度【例 2】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4-7-5 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？【解析】设小球到达A点时，运动时间为t1，竖直方向的位移为y1；到达B点时，运动时间为t2，竖直方向的位移为y2。根据平抛运动的规律有,21,21,222202211101gtytvxgtytvx图 4-7-4 O x y 图 4-7-3 图 4-

17、7-5A ABB y h x2 x1 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - 其中y2y1=h，所以)(221220 xxhgv。【答案】)(221220 xxhgv【点拨】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。由此列出方程求解，即可求得其初速度。充分利用平抛运动的轨迹及其特点是本题求解的关【例 3】如图 4-7-7 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

18、，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：。【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，说明平抛运动物体B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，说明平抛运动物体B在水平方向上的运动特点与匀速直线运动相同。所以，做平抛运动的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。【点悟】 本例提供了探究平抛运动的特点的另一方法，简明且较准确， 但需要一

19、定的设备，如有条件， 不妨一试。拓展如图 4-7-8 所示，在研究平抛运动时，小球A沿轨道滑下，离开轨道末端（末端水平）时撞开接触开关S，被电磁铁吸住的小球B同时自由下落，改变整个装置的高度H做同样的实验，发现位于同一高度的A、B两个小球总是同时落地，该实验现象说明了A球在离开轨道后（）A水平方向的分运动是匀速直线运动B水平方向的分运动是匀加速直线运动C竖直方向的分运动是自D竖直方向的分运动是匀速直线运动【解析】A球平抛的同时B球自由下落，且两球在同一高度上，又两球总是同时落地，这只能说明A球在抛出后竖直方向的分运动是自由落体运动，但并不能说明A球的水平分运动是匀速直线运动。【答案】 C 6利

20、用单摆探究小球平抛运动规律，设计方案如图4-7-15（a）所示，在悬点O 正下方有水平放置的炽热的电热B A S H 图 4-7-8 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 丝 P，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断；MN 为水平木板，已知悬线长为L，悬点到木板的距离OO h（hL） 。（1）电热丝 P必须放在悬点正下方的理由是：。（2） 将小球向左拉起后自由释放，最后小球落到木板上的C点，O Cs，则小

21、球做平抛运动的初速度为v0。（3）在其他条件不变的情况下，若改变释放小球时悬线与竖直方向的夹角，小球落点与O 点的水平距离s将随之改变，经多次实验，以s2为纵坐标、 cos 为横坐标，得到如图4-7-15 （b）所示图像。所以当30 时，s为 m；若悬线长L1.0m，悬点到木板间的距离OO 为。【解析】（1） （ 2）略当 =30 时 cos =0.87 ，从图象找到对应的纵坐标为s2=0.27 ，因此s=0.52 。取 =90 ，则 cos =0，对应的s2=2m2，s=2m ， 与之对应的平抛初速度2020gLvm/s， 飞行时间t=s/v0=1/10s， 而h-L=221gt， 带入得h=1.5m。【答案】（1）保证小球沿水平方向抛出。（2）g2（hL）（ 3）0.52 ；1.5 。O OAPBCMN(avs2/cosO0.51.01.02.0(b)4-7-15 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -