资源简介

人教版（2019）高中物理必修二第五章抛体运动
第3节实验：探究平抛运动的特点教学设计
核心素养
1.物理观念 知道抛体运动、平抛运动的含义，掌握其为匀变速曲线运动。 √
2.科学思维 掌握化曲为直的思想，通过实验掌握研究方法。 √
3.科学探究 通过观察实验，能够提出物理问题，分析实验数据，得到实验结论。 √
4.科学态度与责任 掌握平抛运动的特点，有将所学知识应用到生活中的意识。 √
重点
重点 1.知道实验原理、步骤以及注意事项，会判断平抛运动的轨迹。
2.会计算平抛运动物体的初速度，能掌握描迹法、频闪照相法、对比法等探究实验的常用方法。
教学流程
新课教学
【教师】同学之间讨论一下平抛运动的定义、特点和性质。
（一）平抛运动
1.定义：以一定的初速度沿水平方向将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受重力的作用，这样的抛体运动，叫作平抛运动。
2.特点：
（1）初速度方向为水平。
（2）不计阻力，只受重力作用。
（3）运动轨迹是曲线.
3.性质：加速度恒为g的匀变速曲线运动。
（二）实验思路
【教师】下面我们通过实验来探究物体做平抛运动的特点。在实验开始前，请思考：平抛运动与我们之前研究的直线运动的显著区别是什么？如何用实验来研究平抛运动的特点？
【学生】平抛运动的轨迹是曲线，可以分解成两个方向的直线运动，比直线运动复杂。
【教师】分析运动可以从受力分析上找线索。
【学生】我们可以按照把复杂的曲线运动分解为两个相对简单的直线运动的思路，分别研究物体在竖直方向和水平方向的运动。
【教师】根据对平抛物体的受力分析，你对物体在水平方向和竖直方向的运动规律有怎样的猜想？
【学生】平抛运动可以看作是在竖直方向的分运动和水平方向的分运动的合运动。如果这两个分运动研究清楚了，平抛运动的规律自然就清楚了。
【教师】下面我们就按这样的思路进行实验与分析。
（三）进行实验
步骤1：探究平抛运动竖直分运动的特点
根据生活现象引导学生猜想：平抛运动在竖直方向做什么运动？
实验探究：
实验中，用小锤击打弹性金属片后，A球沿水平方向抛出，做平抛运动，同时B球被释放，自由下落，做自由落体运动。A，B两球同时开始运动。观察两球的运动轨迹，比较它们落地时间的先后（可以根据落地声音判断两小球的落地是否同时）。
分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度，多次重复这个实验，记录实验现象有什么变化。从这个实验看，平抛运动在竖直方向的分运动是什么运动？
【教师活动】展示实验的频闪图片
【学生】平抛运动的小球在竖直方向上做自由落体运动。
步骤2：探究平抛运动水平分运动的特点
【教师】小球水平方向做什么运动呢？
【学生】如果我们能够得到平抛运动的轨迹，利用前面探究得出的平抛运动竖直分运动的特点，就可以分析得出平抛运动在水平方向分运动的特点。
【教师】根据所给的器材，怎样得到钢球做平抛运动的轨迹？
【教师】在如图所示的装置中，下面有四个调平螺丝，在做实验前要调平螺丝，使重锤与底座上的标记对齐，保证仪器处于竖直平面内。调节斜槽M末端水平。钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出后做平抛运动。
【教师】在装置中有一个水平放置的可上下调节的倾斜挡板N，钢球飞出后，落到挡板上。实验前，先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上。钢球落到倾斜的挡板上后，就会挤压复写纸，在白纸上留下印迹。如何记录平抛运动的轨迹？
【学生】上下调节挡板N，通过多次实验，在白上记录钢球所经过的多个位置。最后，用平滑曲线把这些印迹连接起来，就得到钢球做平抛运动的轨迹。
【教师】根据步骤1得出的平抛运动在竖直方向分速度随时间变化的规律，怎样得到水平分运动的规律？
【学生】设法确定相等的时间间隔。再看相等的时间内水平分运动的位移，进而确定水平分运动的规律。
【教师】为了研究平抛运动的特点，我们可以根据竖直方向的自由落体运动确定相同的间隔时间，根据公式，将t=1s、2s、3s...分别代入公式，求出相应时刻的竖直位移，在所得的平滑曲线上找到对应的点A、B、C...，再找出对应的水平位移根据水平位移之间的关系判断水平方向上的运动状态。
步骤3：数据分析
根据所记录的数据以及相邻小球时间间隔相等的特点，分析小球在水平方向分运动的特点，然后再按照这个办法，分析小球在竖直方向分运动的特点。
实验结论：平抛运动可分解为水平方向上的分运动是匀速直线运动，竖直方向上的分运动是自由落体运动。
必备知识
知识点一、抛体运动
1.定义
以一定的速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受重力的作用，这时的运动叫抛体运动。抛体运动开始的速度叫初速度。
2.分类
（1）平抛运动
初速度沿水平方向的抛体运动。
斜抛运动
初速度斜向上方或斜向下方的抛体运动。
知识点二、实验：探究平抛运动的特点
1.探究平抛运动的特点
（1）频闪照相法：数码照相机每秒拍下小球做平抛运动时的十几帧或几十帧照片．将照片上不同时刻的小球的位置连成平滑曲线便得到了小球的运动轨迹．
（2）对比实验法
探究平抛运动竖直分运动的特点，如图甲所示，分别改变小球距离地面的高度和小锤击打的力度，可观察到两小球总是同时落地。
探究平抛运动水平分运动的特点，如图乙所示。分别改变小球距离地面的高度和圆弧上的位置，可观察到两小球总是同时到达水平面上某一位置。
2.描述平抛运动的轨迹
（1）安装调整：
①将带有斜槽轨道的木板固定在实验桌上，使其末端伸出桌面，轨道末端切线水平．
②用图钉将坐标纸固定于竖直木板的左上角，把木板调整到竖直位置，使板面与小球的运动轨迹所在平面平行且靠近．如图所示：
（2）建坐标系：把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口(轨道末端)时球心所在木板上的投影点O，O点即为坐标原点，利用重垂线画出过坐标原点的竖直线作为y轴，画出水平向右的x轴．
（3）确定小球位置：
①将小球从斜槽上某一位置由静止滑下，小球从轨道末端射出，先用眼睛粗略确定做平抛运动的小球在某一x值处的y值．
②让小球由同一位置自由滚下，在粗略确定的位置附近用铅笔较准确地描出小球通过的位置，并在坐标纸上记下该点．
③用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置．
（3）描点得轨迹：取下坐标纸，将坐标纸上记下的一系列点用平滑曲线连起来，即得到小球平抛运动轨迹．
知识点三、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，则说明所描绘得出的曲线为抛物线．
(2)图象法：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．
A B C D E F
x/mm
y/mm
v0＝x/(m·s－1)
v0的平均值
知识点四、误差分析
1．安装斜槽时，其末端切线不水平，导致小球离开斜槽后不做平抛运动．
2．建立坐标系时，坐标原点的位置确定不准确，导致轨迹上各点的坐标不准确．
3．小球每次自由滚下时起始位置不完全相同，导致轨迹出现误差．
4．确定小球运动的位置时不准确，会导致误差．
5．量取轨迹上各点坐标时不准确，会导致误差．
知识点五、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，将其向两边各轻轻拨动一次，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由静止滚下．
(2)小球开始滚下的位置高度要适中，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．
课后练
1．(1)在做“研究平抛运动”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外，下列器材还需要有的有_______；
A．游标卡尺 B．秒表 C．坐标纸 D．天平 E.重垂线 F.弹簧测力计
(2)实验中，下列说法中正确的是_______；
A．应使小球每次从斜槽上不同的位置自由滑下
B．要使描出的轨迹更好的反映真实运动，记录的点应适当多一些
C．斜槽轨道必须光滑
D．斜槽轨道末端可以不水平
(3)引起实验结果偏差较大的原因不可能的是_______。
A．安装斜槽时，斜槽末端切线方向不水平
B．确定Oy轴时，没有用重垂线
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
2．某物理兴趣小组在研究平抛运动规律的时候用到了如图所示的装置，将正方形白板竖直放置，管口固定在白板的左上角，反复调整使水流以3.0m/s的速度水平喷出。测得水流落在白板右边的落点距离右上角0.76m，白板的边长为1.2m。
(1)水流喷到白板右边需要____________s；
(2)请写出验证喷出水流后在竖直方向上是匀加速运动的方法______________________；
(3)若不考虑空气阻力，根据以上测得数据，可求出当地重力加速度g=___________m/s2。（结果保留2位有效数字）
3．在做“研究平抛物体的运动”的实验时：
(1)为使小球水平抛出，必须调整斜槽，使其末端的切线_______．
(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)某同学通过实验得到的轨迹如图所示，判断O点是否是抛出点：________(填“是”或“否”)．
(4)该同学在轨迹上选取间距较大的几个点，测出其坐标，并在直角坐标系内绘出了y-x2图象，则此平抛物体的初速度v0＝________m/s．(取g＝10 m/s2)
4．在做“研究平抛运动”的实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描迹法画出小球做平抛运动的轨迹。
(1)某同学在记录的白纸上画出小球的运动轨迹如图所示，其中有一次实验记录的位置C远离他所描绘的运动轨迹，分析造成这一结果的可能原因，写出两种。
①____________________________________________；
②____________________________________________。
(2)在实验中，如果斜槽末端的切线方向不是水平的，即切线方向斜向上或斜向下，则测出初速度的结果是__________。
A．切线斜向上时偏大，斜向下时偏小
B．切线斜向上时偏小，斜向下时偏大
C．切线斜向上和斜向下时均偏小
D．切线斜向上和斜向下时均偏大
5．某同学用图示装置研究平抛运动及其特点。他的实验操作是：在小球A、B处于同一高度时，用小锤轻击弹性金属片，使A球水平飞出，同时B球被松开。
①他观察到的现象是：小球A、B______（填“同时”或“不同时”）落地；
②让A、B球恢复初始状态，用较大的力敲击弹性金属片。A球在空中运动的时间将___（填“变长”，“不变”或“变短”）；
③上述现象( )
A．仅能说明平抛运动水平方向做匀速直线运动
B．仅能说明平抛运动竖直方向做自由落体运动
C．既能说明平抛运动水平方向做匀速直线运动又能说明平抛运动竖直方向做自由落体运动
6．频闪照相是研究变速运动常用的实验手段。在暗室中，频闪仪的快门处于常开状态，频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光，照亮运动的物体，于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置。某物理小组利用图甲所示的装置探究平抛运动的特点。他们分别在该装置正上方和右侧正前方安装了频闪仪A、B并进行了拍摄，得到的频闪照片如图乙所示，O为抛出点，P为运动轨迹上某点。根据实验分析下列问题。
（1）图乙中，频闪仪B所拍摄的频闪照片为___________[填“（a）”或“（b）”]。
（2）乙图中频闪照片（b）可以说明___________。
试卷第1页，共3页
答案
1． CE B C
【解析】
(1)除了题干中器材之外，还需要重锤线确保小球的平抛运动是在竖直平面内，需要用坐标纸描绘平抛运动的轨迹，所以需要的器材为C、E。
(2)A．为了保证小球每次平抛初速度相同，应使小球每次从斜槽上不同的位置自由滑下，斜槽轨道不必光滑，AC错误；
B．要使描出的轨迹更好的反映真实运动，记录的点应适当多一些，B正确；
D．小球从斜槽轨道末端离开时，速度需要水平，所以斜槽末端必须切线水平，D错误。
故选B。
(3)A．安装斜槽时，斜槽末端切线方向不水平，小球飞出后不做平抛运动，会引起实验误差，A正确；
B．确定Oy轴时，没有用重垂线，小球可能不在竖直平面内运动，会引起实验误差，B正确；
C．为了保证小球每次平抛初速度相同，应使小球每次从斜槽上不同的位置自由滑下，斜槽轨道不必光滑，C错误；
D．小球受到空气阻力的作用，不做严格的平抛运动，会引起实验误差，D正确。
本题选择不可能的，故选C。
2． 0.40 在白板上画出等间距的竖直线，找出与轨迹的交点，测出相邻交点的竖直位移，看位移之差在误差允许范围内是否为定值 9.5
【解析】
（1）根据平抛运动的规律，水平方向水流做匀速运动，由公式
可得时间t=0.40s。
（2）根据匀变速直线运动的规律，可以验证竖直方向的运动是匀变速直线运动，即看连续相等时间的竖直位移只差是不是个定值。可采用的方法为在白板上画出等间距的竖直线，找出与轨迹的交点，测出相邻交点的竖直位移，看位移之差在误差允许范围内是否为定值。
（3）根据平抛运动的规律，竖直方向
解得g=9.5m/s2。
3． 水平 重垂线 是 0.5
【解析】
（1）如果小球无初速释放在斜槽的末端，不滚动，则表明斜槽末端水平．
（2）竖直方向用重锤线确定，因为小球在竖直方向所受的重力是竖直向下的．
（3）由轨迹可知，在相等的时间内，竖直方向的起始位移之比为1：3：5…，表明竖直方向是自由落体运动，O点就是抛出点．
（4）根据y=gt2，x=v0t得，平抛运动的轨迹方程为y＝x2，则斜率，解得初速度v0=0.5 m/s．
点睛：此题考查研究平抛运动的实验；第3问要根据平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律得出竖直位移与水平位移的关系式，结合图线的斜率求出初速度的大小．
4． 小球由斜槽上开始下落时的位置升高了 小球开始下落时的初速度不为零 C
【解析】
(1)C点远离描绘的运动轨迹，说明小球离开斜槽末端时速度发生了较大的变化，可能是小球由斜槽上开始下落的位置升高了，也可能是小球开始下落时的初速度不为零。
(2)斜槽末端的切线方向不是水平的，说明小球在斜槽末端的初速度方向不是水平的，故测出的初速度是实际初速度在水平方向上的分速度，即测出初速度的结果是偏小的。故C项正确。
5． 同时 不变 B
【解析】
①小锤轻击弹性金属片时，通过实验可以观察到它们同时落地；
②让A、B球恢复初始状态，用较大的力敲击弹性金属片，由于两球下落的竖直高度不变，则A球在空中运动的时间将不变。
③由于实验中观察到两球同时落地，说明两球在竖直方向的运动规律相同，故仅能说明平抛运动竖直方向做自由落体运动。
故选B。
6． （a） 小球在水平方向上的分运动为匀速直线运动
【解析】
（1）频闪仪B记录的是小球竖直方向的运动情况，而小球在竖直方向做自由落体运动，所以频闪仪B所拍摄的频闪照片为（a）。
（2）根据上面分析可知频闪照片（b）是频闪仪A所拍摄的，照片中频闪时间间隔内小球的位移大小相同，可以说明小球在水平方向上的分运动为匀速直线运动。

展开更多......

收起↑