5实验五探究平抛运动的规律

基础回放随堂训练课堂探究学科素养培养实验五探究平抛运动的规律物理人教版（安徽专用）第四章曲线运动万有引力基础回放随堂训练课堂探究学科素养培养基础回放·要点整合基本实验要求1．实验原理2．实验器材(1)用描点法画出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)，根据x＝v0t，y＝12gt2得初速度v0＝x·g2y.斜槽、小球、方木板、铁架台、坐标纸(或白纸)、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺.基础回放随堂训练课堂探究学科素养培养3．实验步骤(1)安装调平：将带有斜槽轨道的木板固定在实验桌上，其末端伸出桌面外，轨道末端切线水平．基础回放·要点整合(2)建立坐标系: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,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,沿重垂线的方向画出过坐标原点的竖直线,作为y轴,过O点画出水平向右的x轴.(3)确定球位置：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，然后让小球由同一位置自由滚下，在粗略确定的位置附近利用带孔的硬纸板较准确地找出小球通过的位置，并在坐标纸上用铅笔记下该点．用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置．(4)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的轨迹．基础回放随堂训练课堂探究学科素养培养1．注意事项(1)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＝12gt2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.基础回放·要点整合ABCDEFx/mmy/mmv0的平均值v0＝xg/2y(m/s)(2)验证轨迹是抛物线:抛物线的数学表达式为y=ax2,将某点(如B点)的坐标(x,y)代入上式求出常数a,再将其他点的坐标代入此关系式并判断等式是否成立,若等式对各点的坐标都近似成立,则说明描绘所得出的曲线为抛物线.规律方法总结基础回放随堂训练课堂探究学科素养培养2．误差分析(1)斜槽末端没有调水平，小球离开斜槽后不做平抛运动．基础回放·要点整合(2)确定小球运动的位置时不准确．(3)量取轨迹上各点坐标时不准确．基础回放随堂训练课堂探究学科素养培养3.注意事项(1)实验中必须调整斜槽末端，使其切线水平(检查是否水平的方法是：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，看其是否有明显的运动倾向)．基础回放·要点整合(2)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)小球每次必须从斜槽上同一位置滚下．(4)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)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．(6)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．基础回放随堂训练课堂探究学科素养培养考点一对实验原理与实验步骤的考查【例1】(1)在做“探究平抛运动的规律”的实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出小球做平抛运动的轨迹，为了能较准确地描绘运动轨迹，下面列出了一些操作要求，将你认为不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保持水平B.每次释放小球的位置必须相同C.每次必须由静止释放小球D.小球运动时不应与木板上的白纸相接触E.将球的位置记录在纸上后，取下纸，用直尺将点连成折线课堂探究·考点突破E解析(1)做平抛运动的实验时,斜槽末端必须水平,以保证小球做平抛运动,使小球每次从斜槽上相同的位置自由滑下,以使小球在斜槽末端速度相同;调整方木板使其板面竖直且与小球的运动轨迹平行,使小球的运动靠近木板但不与木板接触,在描画小球运动轨迹时,应用平滑的曲线连接各点,偏离轨迹较远的点可舍去.基础回放随堂训练课堂探究学科素养培养(2)某同学在做“探究平抛运动的规律”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1所示,求出小球做平抛运动的初速度为______m/s.(g取10m/s2)课堂探究·考点突破图1解析(2)由题图可知AB、BC间的竖直距离yAB＝15cm＝0.15m，yBC＝0.25m因为小球在水平方向做匀速直线运动，又xAB＝xBC＝0.20m，所以小球从A运动到B与从B运动到C的时间相同,设此时间为t.据yBC－yAB＝gt2得t＝yBC－yABg＝0.25－0.1510s＝0.10s因为xAB＝v0t，所以v0＝xABt＝0.200.10m/s＝2.0m/s.2.0基础回放随堂训练课堂探究学科素养培养考点二对实验数据处理的考查【例2】如图2所示为通过实验得到的一条平抛运动的轨迹，在竖直坐标轴y上,从原点开始向下任取一个坐标为h的点,再找到坐标为4h、9h、16h、…的点,过这些点做水平线,与轨迹分别相交于A、B、C…各点,交点的横坐标分别为OA′、OB′、OC′、…,用直尺量得OA′=A′B′＝B′C′=…,这说明()课堂探究·考点突破图2基础回放随堂训练课堂探究学科素养培养课堂探究·考点突破A．因为小球从O到A、A到B、B到C的运动时间不等，所以平抛运动沿水平方向的分运动是变速运动B．因为小球从O到A、A到B、B到C的运动时间在增加，所以平抛运动沿水平方向的分运动是减速运动C．因为小球沿竖直方向的分运动是初速度为零的匀加速直线运动，所以在小球运动过程中从O到A、A到B、B到C的运动时间都是相等的，故平抛运动沿水平方向的分运动是匀速直线运动D．由于小球沿竖直方向的分运动不是初速度为零的匀加速直线运动，所以平抛运动沿水平的分运动不是匀速直线运动基础回放随堂训练课堂探究学科素养培养解析本题是在已探究出平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动的情况下，通过该实验来探究平抛运动在水平方向的分运动．根据自由落体运动的规律可知，其在连续相等的时间内的位移之比为1∶3∶5∶…，故可知小球由O到A、A到B、B到C的运动时间相等．而在水平方向上，有OA′＝A′B′＝B′C′＝…，所以水平方向上的运动速度相等，做匀速直线运动．课堂探究·考点突破答案C基础回放随堂训练课堂探究学科素养培养【例3】某同学在研究平抛运动时,发现原来的实验方法不容易确定平抛小球在运动中的准确位置.于是,在实验中用了一块平木板附上复写纸和白纸,竖直立于正对槽某处,使小球从斜槽上滑下,小球撞在木板上留下痕迹A,将木板向后移距离x,再使小球从斜槽上同样高度滑下,小球撞在木板上留下痕迹B,将木板再向后移距离x,小球再从斜槽上同样高度滑下,再得到痕迹C,如图3所示.A、B间距离y1,A、C间距离y2,若测得木板后移距离x＝10cm,测得y1＝6.0cm,y2＝16.0cm.课堂探究·考点突破(1)根据以上物理量导出测量小球初速度的公式v0＝__________.(用题中所给字母表示)(2)小球初速度值为________．(保留两位有效数字，g取9.8m/s2)图3基础回放随堂训练课堂探究学科素养培养课堂探究·考点突破解析实验中将木板竖立在平抛小球对面，是用撞击的方法记录小球平抛过程中的下落位置(点)；木板每次向后移动相同距离x，则木板上相邻落点位置A、B、C之间的时间差T相等．答案(1)xgy2－2y1(2)1.6m/s根据平抛运动知识，小球水平方向运动的位移：x＝v0T在相同时间内，小球竖直方向自由落体运动的位移差：Δy＝(y2－y1)－y1＝gT2所以v0＝xgy2－2y1代入数据：v0＝0.1×9.80.16－2×0.06m/s＝1.6m/s.基础回放随堂训练课堂探究学科素养培养23．获得平抛运动轨迹的其他方法1.喷水法如图4所示，倒置的饮料瓶内装着水，瓶塞内插着两根两端开口的细管，其中一根弯成水平,加上一个很细的喷嘴．[直管的作用是保证A处的压强等于大气压强，使弯管喷出水的速度图4(平抛初速度)不受瓶内液面的影响]水从喷嘴中喷出，在空中形成弯曲的细水柱，它显示了平抛运动的轨迹，将它描在其后的纸上，进行分析处理．学科素养培养基础回放随堂训练课堂探究学科素养培养2．频闪照相法用数码相机可记录下平抛运动的轨迹，如图5所示．由于相邻两帧照片间的时间间隔是相等的，只要分别测量相邻两照片上小球的水平位移和竖直位移，就很容易判断平抛运动水平方向上和竖直方向上的运动特点．学科素养培养图5基础回放随堂训练课堂探究学科素养培养123456随堂训练·能力达标基础回放随堂训练课堂探究学科素养培养123456随堂训练·能力达标1．在“探究平抛运动的规律”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________位置滚下，记下小球碰到铅笔笔尖的一系列位置．B．安装器材，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，用平滑曲线画出平抛物体运动的轨迹．(1)完成上述步骤，将正确的答案填在横线上．(2)上述实验步骤的合理顺序是________．基础回放随堂训练课堂探究学科素养培养123456随堂训练·能力达标解析为保证小球的运动轨迹相同，应使小球每次做平抛运动的初速度相同，所以应让小球每次都从斜槽上的相同位置滚下，安装器材时应注意使斜槽末端切线水平，方木板竖直且板面与斜槽末端切线平行、紧靠斜槽末端放置．答案(1)斜槽上的相同斜槽末端切线水平，方木板竖直且与小球运动轨迹所在竖直面平行(2)BAC基础回放随堂训练课堂探究学科素养培养2．在“探究平抛运动的规律”的实验中：(1)为使小球水平抛出，必须调整斜槽，使其末端的切线成水平方向，检查方法是_____________________________________.(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)验证实验得到的轨迹是否准确的一般方法是：在水平方向从起点处取两段连续相等的位移，再作平行于y轴的直线交于曲线两点，则两段y轴方向上的位移大小之比为________．123456随堂训练·能力达标将小球放在端点处，看它是否滚动重垂线1∶3基础回放随堂训练课堂探究学科素养培养123456随堂训练·能力达标(4)某同学建立的直角坐标系如图6所示．假设他在安装实验装置和进行其他操作时都准确无误,只有一处失误，即是________________________．图6(5)该同学在轨迹上任取一点M，测得坐标为(x，y)．则初速度的测量值为________，真实值为__________________________．将坐标原点取在了槽口处xg2yxg2y＋r(r为小球半径)基础回放随堂训练课堂探究学科素养培养3.(2012·四川理综·22(1))某物理兴趣小组采用如图7所示的装置深入研究平抛运动．质量分别为mA和mB的A、B小球处于同一高度，M为A球中心初始时在水平地面上的垂直投影．用小锤打击弹性金属片，使A球沿水平方向飞出，同时松开B球，B球自由下落．A球落到地面N点处，B球落到地面P点处.测得mA＝0.04kg,mB=0.05kg,B球距地面的高度是1.225m,M、N点间的距离为1.500m,则B球落到P点的时间是______s,A球落地时的动能是______J.(忽略空气阻力，g取9.8m/s2)123456随堂训练·能力达标图7基础回放随堂训练课堂探究学科素养培养解析小球B做自由落体运动，根据h＝12gt2，得B球落到P点的时间t＝2hg＝2×1.2259.8s＝0.5s.小球A做平抛运动，在水平方向做匀速直线运动，根据x＝v0t，得B球做平抛运动的初速度v0＝xt＝1.5000.5m/s＝3.00m/s.根据动能定理，得mAgh＝Ek－12mAv20，所以A球落地时的动能Ek＝mAgh