实验研究平抛运动学案

121ygt2，0gvx2y，海南省海口市第十四中学高中物理必修二学案：第五章曲线运动3实验：研究平抛运动班级_________组别_________座号_________姓名_________一、实验目的1.描绘平抛运动的轨迹。2.通过平抛运动的轨迹研究平抛运动的特点。3.根据平抛运动的轨迹判断平抛运动为抛物线运动。4.根据平抛运动的轨迹求平抛运动的初速度。二、实验原理平抛运动可以看做是两个分运动的合运动：一个是水平方向的匀速直线运动，另一个是竖直方向的自由落体运动。令小球做平抛运动，利用描迹法描出小球的运动轨迹，即小球做平抛运动的曲线，建立坐标系。测出曲线上某一点的坐标x和y，根据重力加速度g的数值，利用公式求出小球的飞行时间t，再利用公式x=v0t，求出小球的水平分速度即为小球做平抛运动的初速度。三、实验器材斜槽、铁架台、木板、小球、图钉、铅笔、刻度尺、三角板、重垂线、能水平喷出细水柱的饮料瓶等。四、实验过程参考案例一：用如图所示装置完成实验实验步骤及数据处理1.安装实验器材。2.检验斜槽的末端是否水平,坐标纸上的竖线是否竖直。3.在坐标纸上建立直角坐标系。4.从一固定位置无初速度释放小球,描点。5.根据描出的小球运动轨迹计算小球的初速度。6.根据实验获得的平抛轨迹判断平抛运动的轨迹是否为抛物线。参考案例二：利用水平喷出的细水柱显示平抛运动的轨迹1.实验步骤(1)将饮料瓶装上水，瓶口插上两根两端开口的细管，其中一根开口水平，水平端为喷嘴。2(2)将饮料瓶倒置固定，让水从喷嘴喷出。(3)将透明胶片竖直放置，在透明胶片上描出水流的轨迹。2.数据处理：在轨迹上选取几个不同的点，用刻度尺和三角板测出它们的坐标x和y，根据平抛运动的特点代入公式中，求得初速度。参考案例三：用频闪照相法探究平抛运动频闪照相是指每隔一定时间对同一物体进行一次照相,并将其位置呈现在同一张底片上的技术。先观察频闪照片,分析两个小球在竖直方向上的运动情况：它们在同一时间内下落的高度相同，验证了平抛运动的竖直分运动是自由落体运动；再测量知平抛小球在相等时间里通过的水平距离相同，从而证明平抛运动的水平分运动是匀速直线运动，且竖直方向的分运动不影响水平方向的分运动。五、探究思考与讨论1.探究实验装置及操作(1)若采用“参考案例一”，为什么要求斜槽末端水平？怎样证明斜槽末端水平?(2)若采用“参考案例一”，为什么小球每次必须从斜槽上同一位置无初速度滚下？(3)实验过程中，若采用“参考案例一”，小球运动轨迹是怎样描出的？(4)若采用“参考案例二”，如图，为什么在瓶中要插入另一根细直管？其作用是什么？2.探究实验数据处理(1)若采用“参考案例一”，怎样建立坐标系？怎样确定坐标原点？(2)如何判断平抛运动的轨迹是否为抛物线？(3)怎样根据描出的运动轨迹计算平抛运动的初速度？【知识点拨】1.实验注意事项(1)做第一个案例实验时要注意：①斜槽末端要水平。②每次都使小球在斜槽上从同一位置滚下。③每次都使小球由静止开始滚下。④描点时应记录小球球心的位置。⑤用平滑的曲线连接各点，不能用折线连接各点。2.“参考案例一”的误差来源3Ayv1.0ts0.1sg10，若实验采用的是“参考案例一”实验，误差主要来源于以下几方面：(1)斜槽末端不严格水平,导致小球的运动不是严格的平抛运动;(2)确定小球的位置时不准确；(3)测量轨迹上各点坐标时不准确；(4)小球从斜槽上滚下的初速度不为0。六、典例分析1、实验原理、步骤的理解【典例1】在“研究平抛物体的运动”的实验中，可以描绘物体做平抛运动的轨迹和求物体的平抛初速度。实验简要步骤如下：A.让小球多次从_______位置由静止滚下，记下小球穿过卡片孔的一系列位置。B.安装好器材，注意斜槽末端水平和平板竖直，记下斜槽末端O点和过O点的竖直线。检测斜槽末端水平的方法是________。C.测出曲线上某点的坐标x、y，用v0=________算出该小球的平抛初速度。实验需要对多个点求v0的值，然后求它们的平均值。D.取下白纸，以O为原点，以竖直线为y轴，以垂直竖直线的方向为x轴建立坐标系，用平滑曲线画出平抛轨迹。(1)上述实验步骤的合理顺序是________(只排列序号即可)。(2)补充完整实验步骤。2、实验数据的处理【典例2】(2012·扶沟高一检测)在研究小球平抛运动的实验中，某同学只记录了A、B、C三个点而忘了抛出点的位置，今取A为坐标原点，建立了如图所示的坐标系，平抛轨迹上三点的坐标值图中已标出，g=10m/s2，则：(1)小球由A运动到B所用的时间为_______s；(2)小球平抛的初速度为_______m/s；(3)小球经过B点时的速度大小为_______m/s；(4)小球水平抛出点的坐标为x＝_______cm，y＝_______cm。【解析】(1)A、B，B、C的水平位移相等，故A到B与B到C的时间相等，根据竖直方向上Δy=gT2得，(2)小球平抛的初速度(3)小球在B点竖直方向的速度则B点的速度(4)小球在A点竖直方向的速度vAy=vBy-gT=2.0m/s-10×0.1m/s=1.0m/s，从抛出点到A点的时间则小球水平抛出点的坐标x=-v0t=-1.0×0.1m=-0.1m=-10cm，y0.250.15Ts0.1sg10。0x0.1vm/s1.0m/sT0.1。By0.400.40vm/s2.0m/s2T0.2，2222B0Byvvv1.02.0m/s5m/s。42211ygt100.1m0.05m5cm22。答案：(1)0.1(2)1.0(3)(4)-10-5七、课后达标·训练1．(2012·怀宁高一检测)在做“研究平抛物体的运动”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉、铁架台、白纸之外，下列器材中还需要的是()A.秒表B.天平C.重垂线D.刻度尺2.(2012·会昌高一检测)在“研究平抛物体的运动”的实验中，以下说法正确的是()A．使用密度大、体积小的钢球B．尽可能减小钢球与斜槽间的摩擦C．每次让小球从同一高度滚下D．斜槽末端必须保持水平3．(2012·永康高一检测)(1)下面是通过描点法画小球平抛运动轨迹的一些操作要求，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上__________________。A．通过调节使斜槽的末端切线保持水平B．每次释放小球的位置必须相同C．记录小球位置用的凹槽每次必须严格等距离下降D．每次必须由静止释放小球E．小球运动时不应与木板上的白纸相接触F．将小球的位置记录在纸上后，取下纸，用直尺将点连成折线(2)在“研究平抛物体的运动”的实验中，得到的轨迹如图所示，其中O点为平抛运动的起点。根据平抛运动的规律及图中给出的数据，可计算出小球平抛的初速度v0=________m/s。4.(2012·揭阳高一检测)如图是小球做平抛运动的闪光照片，图中每个小方格的边长都是L=0.54cm。已知闪光时间是T=130s，那么重力加速度的计算公式为g=_______，其值是_______m/s2，小球的初速度的计算公式为v0=_______，其值是_______m/s，小球通过A点时的速率是_______m/s。(结果保留两位有效数字)55．请根据“研究平抛运动”实验的目的及要求回答下列问题：(1)在实验中，让小球多次从斜槽上同一位置由静止滚下，在白纸上依次记下小球的位置，就可描出小球运动的轨迹，某甲和某乙得到的记录纸分别如图甲、乙所示，从图中明显地看出：甲的实验错误是__________________________。(2)某同学在做该实验时，忘了记录抛出点，但他在竖直墙上准确记录了抛物线轨迹的一部分，如图丙所示(O点不是抛出点)，x轴沿水平方向，由图中所给的数据可求出平抛物体的初速度大小是_______m/s，抛出点的坐标为x=______cm，y=_______cm。(g取10m/s2)6.在做“研究平抛物体的运动”的实验时，为了确定小球在不同时刻所通过的位置，用如图所示的装置，将一块平木板钉上复写纸和白纸，竖直立于槽口前某处且和斜槽所在的平面垂直，使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，小球撞在木板上留下痕迹A；将木板向后移距离x，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，小球撞在木板上留下痕迹B；又将木板再向后移距离x，小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，再得到痕迹C。若测得木板每次后移距离x=20.00cm，A、B间距离y1=4.70cm，B、C间距离y2=14.50cm。(g取9.80m/s2)根据以上直接测量的物理量推导出小球初速度的计算公式为v0=_______(用题中所给字母表示)。小球初速度值为________m/s。6答案解析1．【解析】选C、D。实验中需要确定竖直方向，所以要用到重垂线，C正确；为了求平抛运动的初速度，需要测量小球做平抛运动的水平位移和竖直位移，需要用到刻度尺，D正确；实验不需要测量时间和质量，故不需要秒表和天平，所以A、B错误。2.【解析】选A、C、D。小球在空气中飞行，受到空气阻力的作用，它不做平抛运动，运动轨迹不是严格的抛物线，为了减小此系统误差，应选择密度大、体积小的钢球，以减小空气阻力的影响，A正确；为保证小球做平抛运动的初速度相同，每次释放小球时应使小球在斜槽上的同一位置，C正确；斜槽末端水平，小球离开斜槽后才做平抛运动，D正确；实验中只要求小球离开斜槽末端的瞬时速度水平且相同就可以，即使斜槽与小球间有摩擦，这一要求也能达到，B错误。3．【解析】(1)斜槽末端水平，小球离开斜槽后才做平抛运动，A正确；为保证小球做平抛运动的初速度相同，每次释放小球时应使小球在斜槽上的同一位置由静止释放，B、D正确；记录小球位置用的凹槽没有必要严格等距离下降，只要能多记下几个位置，能较准确地描绘出平抛运动的轨迹即可，C错误；小球运动时若与木板上的白纸相接触，则有摩擦力作用，小球将不做平抛运动，E正确；将球的位置记录在纸上后，取下纸，用平滑的曲线连接即可得到平抛运动的轨迹，F错误。(2)做平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动，竖直方向上做自由落体运动。根据201xvtygt2，得，0gvx2y，代入两点的坐标得70111g9.8vx0.32m/s1.60m/s2y20.1960222g9.8vx0.48m/s1.60m/s2y20.441则01020vvv1.60m/s2答案：(1)A、B、D、E(2)1.604.【解析】平抛小球在水平方向上做匀速直线运动，竖直方向上做自由落体运动。由于闪光时间是T=130s，故照片中相邻的两点间的时间间隔是T=130s，在竖直方向上，根据Δy=gT2得222222y2L20.5410gm/s9.7m/s1TT()30，小球的初速度为203L30.5410vm/s0.49m/s1T30；A点竖直方向上的速度2Ay8L80.5410vm/s0.65m/s12T230，则A点的速率2222A0Ayvvv0.490.65m/s0.81m/s答案：22LT9.73LT0.490.815．【解析】(1)甲的实验错误是初速度不水平，不是平抛运动。(2)O到A，A到B,B到C的水平位移相等，故O到A，A到B，B到C的时间相等，根据竖直方向上Δy=gT2得，T=y0.10s0.1sg10。小球平抛的初速度0x0.4vm/s4.0m/sT0.1。小球在A点竖直方向的速度8Ay0.600.60vm/s3.0m/s2T0.2，则小球在O点竖直方向的速度vOy=vAy-gT=3.0m/s-10×0.1m/s=2.0m/s，从抛出点到O点的时间t=Oyv2.0sg10=0.2s，则小球水平抛出点的坐标x=-v0t=-4.0×0.2m=-0.8m=-80cm，y=2211gt100.2m22=-0.2m=-20cm答案：(1)斜槽末端不水平造成初速度不水平，不是平抛运动