5.3 实验：探究平抛运动的特点—人教版(2019) 高中物理必修第二册学案

高一必修二物理导学案课题：5.3实验：探究平抛运动的特点一、学习目标1．初步了解什么是平抛运动及探究平抛运动的实验原理，并会测量平抛运动的初速度。

2．能够通过对运动数据的处理获取初速度，会分析产生实验误差的原因。

3．通过实验的设计和数据的处理，提升科学推论与论证的能力。

二、阅读课本实验目的：1.用实验的方法描出平抛运动的轨迹。

2.判断平抛运动的轨迹是否为抛物线。

3.根据平抛运动的轨迹求其初速度。

实验器材：斜槽,_______________,白纸,小球,图钉,铅笔,有孔的卡片,刻度尺,重垂线实验原理：.实验的基本思想——___________。

(1)用卡位法描点并绘制小球平抛运动的轨迹。

(2)建立坐标系,测出轨迹上某点的坐标x、y, 据x=___,y=______得初速度v0=______。

实验步骤：1.安装实验器材:(1)将带有斜槽的平抛运动实验器置于桌面上,装好平抛轨道,调整斜槽末端切线水平;然后,调节调平螺丝,观察重垂线或气泡水准,使面板处于竖直平面内,卡好定位板,装置如图所示。

(2)给描迹记录纸衬垫一张复写纸或打字蜡纸,紧贴记录面板用压纸板固定在面板上。

2.建立坐标系:把小球放在槽口处,用铅笔记下小球在槽口(斜槽末端)时球心所在描迹记录纸的投影点O,O点即为坐标原点,用重垂线画出过坐标原点的竖直线,作为y轴,画出过坐标原点水平向右的直线,作为x轴。

3.确定小球的位置:(1)把接球挡板拉到最上方一格的位置。

(2)将定位板定在某一位置固定好,小球紧靠定位板由静止释放,小球沿轨道向下运动,以一定的初速度由轨道的平直部分水平抛出。

(3)下落的小球打在向记录面板倾斜的接球挡板上,同时在记录面板上留下一个印迹点。

(4)再将接球挡板向下拉一格,重复上述操作方法,打出第二个印迹点,如此继续下拉接球挡板,直至最低点,即可得到平抛的小球下落时的一系列印迹点。

4.描点得轨迹:取下描迹记录纸,将描迹记录纸记下的一系列点用平滑曲线连起来,即得到小球做平抛运动的轨迹。

数据处理：1.判断平抛运动的轨迹是否为抛物线：在x轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3…向下作垂线,垂线与抛体轨迹的交点记为M1、M2、M3…用刻度尺测量各点的坐标(x,y)。

(1)代数计算法:将某点(如M3点)的坐标(x,y)代入y=ax2求出常数a,再将其他点的坐标代入此关系式看看等式是否成立,若等式对各点的坐标都近似成立,则说明描绘得出的曲线为抛物线。

(2)图像法:建立y -x2坐标系,根据所测量的各个点的x坐标值计算出对应的x2值,在坐标系中描点,连接各点看是否在一条直线上,若大致在一条直线上,则说明平抛运动的轨迹是抛物线。

2.计算初速度:在小球平抛运动轨迹上选取分布均匀的六个点——A、B、C、D、E、F,用刻度尺、三角板测出它们的坐标(x,y),并记录在下面的表格中,已知g值,利用公式y= gt2和x=v0t,求出小球做平抛运动的初速度v0,最后算出v0的平均值。

误差分析：1.用轨迹法时斜槽末端没有水平,使得小球离开斜槽后不做平抛运动。

2.描点不准确。

3.在轨迹上量取某点坐标(x,y)时出现误差。

注意事项：1.斜槽安装:实验中必须调整斜槽末端的切线水平,将小球放在斜槽末端水平部分,若没有明显的运动倾向,斜槽末端的切线就水平了。

2.方木板固定:方木板必须处于竖直平面内,固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直。

3.小球释放:(1)小球每次必须从斜槽上同一位置滚下。

(2)小球开始滚下的高度要适中,以使小球平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜。

4.坐标原点:坐标原点不是槽口的端点,应是小球出槽口时球心在木板上的投影点。

5.初速度的计算:在轨迹上选取离坐标原点O点较远的一些点来计算初速度。

三、探究思考1、除上述获得小球做平抛运动的轨迹的方法外,还可以如何获取平抛运动的轨迹?2、如何获取以下物体平抛运动的初速度?3、如图所示是此装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片,由照片可以判断实验操作错误的原因是什么?四、典例讲解典例1、(1)[多选]在做“探究平抛运动的特点”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有________。

A．游标卡尺B．秒表C．坐标纸D．天平E．弹簧测力计F．重锤线(2)[多选]实验中，下列说法正确的是________。

A．应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滚下B．斜槽轨道必须光滑C．要使描出的轨迹更好地反映真实运动，记录的点应适当多一些D．斜槽轨道末端可以不水平(3)[多选]引起实验结果偏差较大的原因可能是_____________________。

A．安装斜槽时，斜槽末端切线方向不水平B．确定Oy轴时，没有用重锤线C．斜槽不是绝对光滑的，有一定摩擦D．空气阻力对小球运动有较大影响典例2、如图所示，探究平抛运动的特点的实验装置放置在水平桌面上，利用光电门传感器和碰撞传感器可测得小球的水平初速度和飞行时间，底板上的标尺可以测得水平位移。

保持水平槽口距底板高度h＝0.420 m不变。

改变小球在斜槽导轨上下滑的起始位置，测出小球做平抛运动的初速度v0、飞行时间t和水平位移d，记录在表中。

(1)由表中数据可知，在h一定时，小球水平位移d与其初速度v0成________关系，与________无关。

(2)一位同学计算出小球飞行时间的理论值t理＝2hg＝2×0.42010s＝289.8 ms，发现理论值与测量值之差约为3 ms。

经检查，实验及测量无误，其原因是__________________________________________________________________。

(3)另一位同学分析并纠正了上述偏差后，另做了这个实验，竟发现测量值t′依然大于自己得到的理论值t理′，但二者之差在3～7 ms之间，且初速度越大差值越小。

对实验装置的安装进行检查，确认斜槽槽口与底座均水平，则导致偏差的原因是__________________________________________________[解析](1)由题表中数据可知，h一定时，小球的水平位移d与初速度v0成正比关系，与时间t无关。

(2)该同学计算时重力加速度取的是10 m/s2，一般情况下应取9.8 m/s2，从而导致约3 ms的偏差。

(3)小球直径过大、小球飞过光电门需要时间或光电门传感器置于槽口的内侧，使测量值大于理论值。

五、课堂检测与练习1、(多选)在做“研究平抛物体的运动”这一实验时,下面哪些说法是正确的( AB )A.安装弧形槽时,必须使槽的末端的切线方向保持水平B.进行实验时,每次都要让小球从同一位置由静止释放C.小球与弧形槽不可避免的摩擦,会影响实验结果D.为了得到实验结果,不要忘记用天平称出小球的质量2、如图为用频闪摄影方法拍摄的小球做平抛运动的照片,小球在运动过程中的几个位置如图中的a、b、c、d所示。

下列说法正确的是( C )A.若已知小方格的边长,可求得平抛的初速度B.若已知小方格的边长,可求得频闪周期C.若已知小方格的边长和当地的重力加速度,可求得a、b、c、d任一点的速度D.若已知小方格的边长和频闪周期,不可以求得当地的重力加速度3、(多选)某同学在做“研究平抛物体的运动”的实验,关于这个实验,以下说法正确的是( BCD )A.小球释放的初始位置越高越好B.每次小球要从同一高度由静止释放C.实验前要用重垂线检查坐标纸上的竖线是否竖直D.小球的平抛运动要靠近但不接触木板4、(多选)“研究平抛物体的运动”实验的装置如图所示,在实验前应( ABCA.将斜槽的末端切线调成水平B.将木板校准到竖直方向,并使木板平面与小球下落的竖直平面平行C.小球每次必须从斜槽上同一位置由静止开始释放D.在白纸上记录斜槽末端槽口的位置O,作为小球做平抛运动的起点和所建坐标系的原点5.(1)如图所示,在研究物体做平抛运动时,让小球A沿曲面轨道滚下,离开轨道末端时(末端水平,小球A离开轨道时和小球B在同一高度),撞开接触式开关S(开关对小球的作用力可忽略不计),被电磁铁吸住的小球B同时自由下落。

多次改变整个装置的高度H重复上述实验,发现A、B两球总是同时落地。

该实验现象说明了A球在离开轨道后______D______。

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匀速直线运动D.竖直方向的分运动是自由落体运动(2)“嫦娥四号”探月卫星的成功发射,标志着我国航天又迈上了一个新台阶。

假设我国宇航员乘坐探月卫星登上月球,如图所示是宇航员在月球表面水平抛出小球的闪光照片的一部分。

已知照片上方格的实际边长为a,闪光周期为T,据此可以得出______BD______。

A.月球上的重力加速度为B.照片上A点一定是平抛的起始位置C.小球运动到D点时速度大小为D.小球平抛的初速度为6、三个同学根据不同的实验条件,进行了“探究平抛运动规律”的实验:(1)甲同学采用如图(1)所示的装置,金属片把A球沿水平方向弹出,同时B球被松开,自由下落,观察到两球同时落地,改变A球被弹出时的速度,两球仍然同时落地,这说明______________________________________。

(2)乙同学采用如图(2)所示的装置,两个相同的弧形轨道M、N,两小铁球P、Q能以相同的初速度同时分别从轨道下端水平射出。

实验可观察到的现象应是___。

仅仅改变弧形轨道M 的高度,重复上述实验,仍能观察到相同的现象,这说明______________________________________。

(3)丙同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图(3)所示的“小球做平抛运动”的照片。

图中每个小方格的边长为 10 cm,则由图可求得拍摄时每____________s曝光一次,该小球平抛的初速度大小为____________m/s,经过 b点时速度大小为____________m/s。

(g取10 m/s2)【解析】(1)在打击金属片时,金属片把A球沿水平方向弹出,做平抛运动,同时B球被松开,做自由落体运动,两小球同时落地,说明A球与B球在竖直方向的运动规律相同,即:说明平抛运动竖直方向是自由落体运动。

(2)两小铁球P、Q能以相同的初速度同时分别从轨道下端水平射出,小铁球P做平抛运动,小铁球Q 在水平方向做匀速直线运动,可以看到:P球落地时刚好和Q球相遇;当同时改变两小球滚下的高度时,仍能相碰,这说明:初速度相同时,平抛运动在水平方向的运动规律与匀速直线运动规律相同,即:说明平抛运动在水平方向做匀速直线运动。

(3)平抛运动可分解为:竖直方向自由落体运动与水平方向匀速直线运动;在竖直方向上:由Δh=gt2可得:t=== s=0.1 s;小球的初速度:v0== m/s=2 m/s;在竖直方向上:v yb== m/s=1.5 m/s小球经过b点时的速度大小:v b== m/s=2.5 m/s;答案:(1)平抛运动在竖直方向为自由落体运动(2)P球落地时刚好和Q球相遇平抛运动在水平方向为匀速直线运动(3)0.12 2.57、在做“研究平抛运动”的实验中,为了确定小球不同时刻在空中所通过的位置,实验时用了如图所示的装置。