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第五章 抛体运动
第三节 实验：探究平抛运动的特点
【教材分析】
抛体运动是运动的合成与分解方法的实例运用，是物理教学从直线运动转向曲线运动的转折点；学生生活中有丰富的抛体运动的经验，该内容是引导学生从生活走向物理的良好素材。
【教学目标与核心素养】
1.通过具体生活情景中开展探究活动，知道平抛运动的特点及运动轨迹。
2.引导学生经历探究过程，知道平抛形成的条件。
3.通过探究、理解平抛运动的规律，会用平抛运动规律解决实际问题。
【课型】新授课
【课时安排】1课时
【教学重、难点】
教学重点
1.平抛运动的规律
2.化曲为直、化繁为简、先分解后合成等物理方法的渗透。
教学难点
平抛运动的规律及探究。
【课前准备】 多媒体设备，教材，教参，导学案
【教学过程】
导入新课
生活中有一类特别的曲线运动，就像马路上的洒水车洒出的水，从洒水口水平喷出的水流，经过一段时间后落在马路上。我们管这种运动叫作“平抛运动”。上节课我们学习了如何研究曲线运动规律，同学们可以用研究曲线运动的方式来研究一下平抛运动。
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。
抛体运动和平抛运动
1．抛体运动：以一定的速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受重力作用的运动．
2．平抛运动：初速度沿水平方向的抛体运动．
3．平抛运动的特点：
(1)初速度沿水平方向；
(2)只受重力作用．
【方法技巧总结】
（一）、抛体运动和平抛运动
1．抛体运动：以一定的速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受重力作用的运动．
2．平抛运动：初速度沿水平方向的抛体运动．
3．平抛运动的特点：
(1)初速度沿水平方向；
(2)只受重力作用．
（二）、实验：探究平抛运动的特点
1．实验思路
(1)基本思路：根据运动的分解，把平抛运动分解为不同方向上两个相对简单的直线运动，分别研究物体在这两个方向的运动特点．
(2)平抛运动的分解：可以尝试将平抛运动分解为水平方向的分运动和竖直方向的分运动．
2．进行实验
方案一：频闪照相(或录制视频)的方法
(1)通过频闪照相(或录制视频)，获得小球做平抛运动时的频闪照片(如图所示)；
(2)以抛出点为原点，建立直角坐标系；
(3)通过频闪照片描出小球经过相等时间间隔所到达的位置；
(4)测量出经过T、2T、3T、…时间内小球做平抛运动的水平位移和竖直位移，并填入表格；
(5)分析数据得出小球水平分运动和竖直分运动的特点.
抛出时间 T 2T 3T 4T 5T
水平位移
竖直位移
结论 水平分运动特点
竖直分运动特点
方案二：分别研究水平和竖直方向分运动规律
步骤1：探究平抛运动竖直分运动的特点
(1)如图所示，用小锤击打弹性金属片后，A球做平抛运动；同时B球被释放，做自由落体运动．观察两球的运动轨迹，听它们落地的声音．
(2)分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度，即改变A球的初速度，发现两球仍同时落地，说明平抛运动在竖直方向的分运动为自由落体运动．
步骤2：探究平抛运动水平分运动的特点
(1)装置和实验
①如图所示，安装实验装置，使斜槽M末端切线水平，使固定的背板竖直，并将一张白纸和复写纸固定在背板上，N为水平放置的可上下调节的倾斜挡板．
②让钢球从斜槽上某一高度滚下，从末端飞出后做平抛运动，使钢球的轨迹与背板平行．钢球落到倾斜的挡板N上，挤压复写纸，在白纸上留下印迹．
③上下调节挡板N，进行多次实验，每次使钢球从斜槽上同一(选填“同一”或“不同”)位置由静止滚下，在白纸上记录钢球所经过的多个位置．
④以斜槽水平末端端口处钢球球心在白纸上的投影点为坐标原点O，过O点画出竖直的y轴和水平的x轴．
⑤取下坐标纸，用平滑的曲线把这些印迹连接起来，得到钢球做平抛运动的轨迹．
⑥根据钢球在竖直方向是自由落体运动的特点，在轨迹上取竖直位移为y、4y、9y…的点，即各点之间的时间间隔相等，测量这些点之间的水平位移，确定水平方向分运动的特点．
⑦结论：平抛运动在相等时间内水平方向位移相等，平抛运动水平方向为匀速直线运动．
(2)注意事项
①实验中必须调整斜槽末端的切线水平，使小球做平抛运动(调节方法：将小球放在斜槽末端水平部分，若小球静止，则斜槽末端水平)．
②背板必须处于竖直面内，固定时要用铅垂线检查坐标纸竖线是否竖直．
③小球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放，这样可以使小球每次的轨迹相同．
④坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时小球球心在背板上的投影点．
⑤小球开始滚下的位置高度要适中，以使小球做平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜.
【典型例题】
例1 (1)如图是实验室内研究平抛运动的装置．以下实验过程的一些做法，其中合理的有________．
A．安装斜槽轨道，使其末端保持水平
B．每次小球释放的初始位置可以任意选择
C．每次小球应从同一位置由静止释放
D．为描出小球的运动轨迹，描绘的点可以用折线连接
(2)该实验中，让小球多次从斜槽上滚下，在白纸上依次记下小球的位置，同学甲和同学乙得到的记录纸分别如图甲、乙所示，从图中明显看出甲的实验错误是_______________，乙的实验错误是____________________．
答案　(1)AC　(2)斜槽末端不水平　每次由静止释放小球的位置不同
解析　(1)斜槽末端水平，才能保证小球离开斜槽末端时速度方向为水平方向，故A正确；为保证小球多次运动是同一条轨迹，每次小球都应在同一位置由静止释放，B错误，C正确；小球的运动轨迹是平滑曲线，故连线时不能用折线，故D错误．
(2)用平滑曲线描绘出小球的运动轨迹，题图甲中小球的初速度明显不沿水平方向，故可推知斜槽末端不水平．题图乙中描绘的点零乱，难以形成一条平滑曲线，可推知初速度不是每次都相同，即每次由静止释放小球的位置不同．
例2. (2021·浙江杭州市北斗联盟期中)两个同学根据不同的实验条件，进行了“探究平抛运动的特点”的实验：
(1)甲同学采用如图甲所示的装置，击打金属片把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)乙同学采用如图乙所示的装置，两个相同的弧形光滑轨道M、N，N的末端与光滑的水平板相切，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________________．
答案　(1)平抛运动在竖直方向上是自由落体运动
(2)P球落地时刚好和Q球相遇　平抛运动在水平方向上是匀速直线运动
解析　(1)在击打金属片时，金属片把A球沿水平方向弹出，A球做平抛运动，同时B球被松开，做自由落体运动，两球同时落地，说明A球与B球在竖直方向的运动规律相同，即说明平抛运动在竖直方向上是自由落体运动．
(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，小球P做平抛运动，小球Q沿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；当改变弧形轨道M的高度时，两小球仍能相遇，说明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上是匀速直线运动．
【课上训练】
1．用频闪照相法探究平抛运动的特点，如图所示，记录了物体在不同时刻的位置，已知频闪周期一定，如果把平抛运动分解为水平运动和竖直运动，观察图片可知：
(1)物体在水平方向上做________运动，在竖直方向上做________运动，并说明理由：____________.
(2)图中a点________(选填“是”或“不是”)抛出点，请说明理由：_________________.
答案　(1)匀速直线　匀加速直线　理由见解析　(2)不是　理由见解析
解析　(1)记录物体位置的a、b、c、d相邻两点间的水平距离均相等，为两个小格，即水平方向上在相同时间内发生的位移相等，故物体在水平方向上做匀速直线运动；相邻两点间的竖直距离分别为1格、2格、3格，所以在竖直方向满足“相邻相等时间内位移差相等”，故竖直方向上做匀加速直线运动．
(2)假设a点为抛出点，则竖直方向初速度为零，物体在竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，a、b、c、d相邻两点间的竖直位移之比应为1∶3∶5，而题图中位移比为1∶2∶3，所以a点不是抛出点．
【课后作业】
1. .三个同学根据不同的实验装置，进行了“探究平抛运动的规律”的实验.
（1）甲同学采用如图1所示的装置.用小锤打击弹性金属片，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，改变小锤打击的力度，即改变A球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明__________.
（2）乙同学采用频闪摄影的方法拍摄到小球做平抛运动的照片.小球在平抛运动中的几个位置如图2中的所示，图中每个小方格的边长.则小球经过b点时的速度大小_________m/s.（，结果保留三位有效数字）
（3）丙同学采用如图3所示的装置.关于该实验方法，下列选项中与误差无关的是_______.
A.槽与小球间有摩擦 B.槽未端切线不水平
C.小球每次自由滚下时，木板的高度不同 D.小球每次自由滚下的位置不同
答案：（1）平抛运动的小球在竖直方向上做自由落体运动
（2）1.25
（3）A
解析：（1）在同一高度，同一时刻开始做平抛运动的小球与自由落体运动的小球总是同时落地，平抛运动在竖直方向上是自由落体运动.
（2）取三点分析，水平方向间隔均为，所以小球从a点到b点、从b点到c点的时间相同，设均为T，在竖直方向上由，解得.根据水平方向匀速运动有，解得.分析知小球经过b点时竖直方向上的速度，所以小球经过b点时的速度大小.
（3）槽与小球间有摩擦，对本实验没有直接影响，只要小球每次从同一位置静止释放，小球做平拋运动的初速度都相同，故选A.

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