2017-2018年高中物理第五章曲线运动第3节实验：研究平抛运动教学案新人教版必修2

1、第 3 节实验：研究平抛运动一、实验目的1 用实验的方法描绘出平抛运动的轨迹。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。、实验原理1 利用追踪法逐点描出小球运动的轨迹。2.建立坐标系，如果轨迹上各点的y坐标与x坐标间的关系具有y=ax2 3的形式（a是个常量），则轨迹是一条抛物线。3测出轨迹上某点的坐标x、y,由x=vt、y=舟gt2得初速度三、 实验器材斜槽轨道、小钢球、木板、白纸、图钉、重垂线、刻度尺、三角板、铅笔等。四、 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。如图所示。2 建立坐标系用图钉将坐标纸固定于竖

2、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 在木板上的投影点Q 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，画出水平向右的x轴。3确定球的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 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。 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

3、球平抛运动的 轨迹。五、数据处理1 .判断平抛运动的轨迹是不是抛物线（1）如图所示，在x轴上作出等距离的几个点A、A A、，把线段0A的长度记为L, 那么0A= 2L、0A= 3L、。过A、A、A、向下作垂线，与轨迹的交点记为M、M、M、2(2) 设轨迹是一条抛物线，则M、M、M各点的y坐标与x坐标应该具有的形式为y=ax2，a是常量。(3) 用刻度尺测量某点的x、y两个坐标，代入y=ax2中，求出常量a。(4) 测量其他几个点的x、y坐标，代入上式，看由各点坐标求出的a值是否相等。如果在误差允许范围内相等，就说明该曲线为抛物线。2.计算平抛物体的初速度I 1(1) 在确定坐标原点为抛出点的情

4、况下，在轨迹曲线上任取几点(如A、BCD)。(2) 用刻度尺和三角板分别测出它们的坐标x和y。(3) 根据平抛运动水平方向是匀速直线运动(x=vot)及竖直方向是自由落体运动y= ggt2，分别计算小球的初速度V0,最后计算小球的初速度V。的平均值。六、 注意事项1 利用描迹法做实验时必须调整斜槽末端的切线沿水平方向。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.坐标原点不能是槽口的端点，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。6.在轨迹上

5、选取离坐标原点0点较远的一些点来计算初速度。七、 误差分析1.用描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。八、 获得平抛运动轨迹的其他方法1.喷水法如图所示，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。水从喷嘴中射出，在空中形成弯曲的细水柱，它显示了平抛运动的轨迹。将它描在背后 的纸上，进行分析处理。2.频闪照相法用数码照相机可记录下平抛运动的轨迹，如图所示。由于相邻两帧照片间的时间间隔是相等的，只要测量相邻两照片上小球的水平位移，就很容易判断平抛运动水平方向上的运动3

6、典型例题例 1.在“研究平抛运动”的实验中，可以描绘平抛物体运动轨迹和求物体的平抛初速度。实验简要步骤如下：A._ 让小钢球多次从 位置上滚下，记下小球运动途中经过的一系列位置B. 安装好器材，注意斜槽末端水平和木板竖直，记下小球在斜槽末端时球心在木板上的投影点0和过0点的竖直线，检测斜槽末端水平的方法是特点。如识ft览1.实麗原理艇冀腔步鼻的考奎2,良曾St梅处眶分捕乱啦前垒罠密知识点一实验原理及实验步骤的考查4实验数据处理分析典型例题例 2.(2016 赣州高一检测)在研究平抛运动的实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长L= 1.25 cm,若小球在平抛运动途中的几个位置如图中

7、a、b、c、d所示,则：(1) 小球做平抛运动的初速度的计算式是什么(用L、g表示)？其值是多少？(g取 9.82m/s)(2)a点是小球抛出点的位置吗？如果不是，那么抛出点的位置怎样确定？解析(1)平抛运动的竖直分运动是自由落体运动，即初速度为 0 的匀加速直线运动；水平分运动是匀速直线运动。由水平方向ab、be、cd的长度相等知，相邻两点间的时间间隔相等，设为T,竖直方向相邻两点间的位移之差相等，y=L。时间T内，水平位移为x= 2L所以V0=f= -= 2gL代入数据得V0= 0.7 m/s(2)由于ab、be、cd间竖直位移之比不满足 1 : 3 : 5 的关系，yac3LVyb，则有

8、Vyb= 2f=亓=2则抛出点到b点的水平位移为vVyb0.7X0.525Xb=Votb=2Vyb0.525yb=2g=2X9.8答案(1)2gL0.7 m/s (2)见解析点评在数据的处理环节，要灵活运用分运动的运动规律分析问题，同时注意分运动与分运动、分运动与合运动的关系。由y=gf得L=gT2,所以a点不是抛出点。设gL= 0.525 m/s小球运动到b点时竖直方向上的分速度为小球从抛出点运动到b点所用时间为Vybm = 0.037 5 m = 3.75 cmg9.8抛出点到b点的竖直位移2-m 0.014 1 m = 1.41 cm5创新型实验典型例题例 3.试根据平抛运动原理设计测量

9、弹射器弹丸出射初速度的实验方法。提供的实验器 材有：弹射器(含弹丸)、铁架台(带有夹具)、米尺。C蚀XXXMMO炉O弹射器6(1)在方框中画出实验示意图。(2)在安装弹射器时应注意:O(3)实验中需要测量的量(在示意图中用字母标出)O(4)由于弹射器每次射出的弹丸初速度不可能完全相等，在实验中应采取的方法是(5)_ 计算公式为解析(1)如图所示。(2) 安装时要注意弹射器应固定，且弹射器发射方向保持水平。(3) 实验中需测量弹丸射出的水平距离x和射出的弹丸下落的高度y。(4)在弹射器高度不变的情况下多次实验，取X1,X2,，xn平均值x作为实验数据。答案见解析点评处理创新型实验题的关键是抽象出

10、物理模型，运用相关的物理规律领会实验原理。(5)nh-X-H由y= 2gt?得t=7、学业水平达标达标练-*I学业水乎小洲“辻学 生趙热打铁備比所学. 既嫦速度灵绑准度能力练谦下社力提升.提速 提威，毎逼一脸测、步训练提能区81.多选在做“研究平抛运动”的实验中，下列说法中正确的是（）A. 安装斜槽和木板时，一定要注意木板是否竖直B. 安装斜槽和木板时，只要注意小球不和木板发生摩擦即可C. 每次实验都要把小球从同一位置由静止释放D. 实验的目的是描出小球的运动轨迹，分析平抛运动的规律解析：选 ACD 安装斜槽和木板时，木板要竖直，以保证描点准确，A 正确，B 错误；为保证小球每次做平抛运动的初

11、速度相同，每次实验都要把小球从同一位置由静止释放，C正确；实验目的就是选项 D 所述，D 正确。2. （2016 长春月考）在“研究平抛物体的运动规律”的实验中，在安装实验装置的过程中，斜槽末端的切线必须是水平的，这样做的目的是（）A. 保证小球飞出时，速度既不太大，也不太小B. 保证小球飞出时，初速度水平C. 保证小球在空中运动的时间每次都相等I 1D. 保证小球运动的轨迹是一条抛物线解析：选 B 斜槽末端切线必须水平， 是为了确保初速度水平，以满足平抛运动的条件，故 B 正确。3.（1）多选在做“研究平抛运动”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外，下列器材中还需要的是（）A.游标卡

12、尺B.秒表C.坐标纸D.天平 E 弹簧测力计 F 重垂线（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滑下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解析：（1）实验中需要在坐标纸上记录小球的位置，描绘小球的运动轨迹，需要利用重 垂线确定坐标轴的y轴，故 C、F 是需要的。（2）使小球从斜槽上同一位置滑下，才能保证每次的轨迹相同，A 正确；斜槽没必要必须光滑，只要能使小球滑出的初速度相同即可， B 错误；实验中记录的点越多， 轨迹越精确， C 正确；斜槽末端必须水平，才能保证小球离开斜槽后做平抛运

13、动，D 错误。答案：（1）CF （2）AC4.（2016 富阳月考）在“研究平抛运动”的实验中，不会增大实验误差的是（）A. 小球每次自由滚落的高度不同B. 斜槽末端不水平C. 小球飞行过程受到空气阻力D. 斜槽与小球之间有摩擦解析：选 D 为保证小球每次做平抛运动的初速度相同，每次释放小球时应在斜槽上的 同一位置，A 错误；斜槽末端不水平，小球离开斜槽后不做平抛运动，B 错误；小球飞行过程受到空气阻力作用，它不做平抛运动，运动轨迹不是严格的抛物线，C 错误；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了，即使斜槽与小球间有摩擦，这一要求9也能做到，D 正确。5.多选在研究平抛运动的

14、实验中，某同学只记录了小球运动途中的A、B C三点的位置，取A点为坐标原点，则各点的位置坐标如图所示，g取 10 m/s2,下列说法正确的是（）10A.小球抛出点的位置坐标是（0,0）B.小球抛出点的位置坐标是（一 10, 5）C.小球平抛的初速度为 2 m/sD.小球平抛的初速度为 1 m/s解析：选 BD 在竖直方向，据 y=gT2得（0.4 0.15）m 0.15 m=g，解得T= 0.1 s,、， 1212.方向有y+ 0.15 = g（t+T） ,y+ 0.4 = 2g（t+ 2T），解得t= 0.1 s ,y= 0.05 m = 5 cm；在水平方向有x=V0t= 1x0.1 m

15、= 10 cm，因此抛出点的坐标为（一 10, 5） , B 正确。6.在用斜槽“研究平抛运动的规律”的实验中，某同学在建立坐标系时有一处失误。设他在安装实验装置和进行其余的操作时准确无误：答案：（1）错误地将坐标原点取在槽口处（2）偏大7.某同学在做“研究平抛运动”的实验中，忘记记下小球做平抛运动的起点位置Q A故Vo=mi川0.1 s1 m/s , D 正确；设小球从抛出点到A点所用的时间为t，则在竖直（1）观察图可知，他的失误之处是（2）他根据记录建立坐标系，运用教材实验原理测得的平抛初速度值与真实值相比_（填“偏大” “相等”或“偏小”）。解析：（1）坐标系原点应建在飞离斜槽槽口的小球

16、重心处，即在槽口正上方 半径）处，而该同学却错误地将坐标原点取在槽口处r（r为小球如图所示，正确的坐标系横轴应建在x处，原点应在O处。轨迹上取点 P,设其坐标真实值为（x,y），测量值为（x,y），则yy,x所以t测t真。V真=因此V测V真。11为物体运动一段时间后的位置，根据如图所示数据，求出物体做平抛运动的初速度为_m/s。（g取 10 m/s2）12(1) 小球平抛的初速度；(2) 小球开始做平抛运动的位置坐标(g= 10 m/s2)。解析：(1)设ab、be的时间间隔为T,由平抛运动的规律得V0T= 0.2 mg=0.2 m 0.1 m联立上式解得V0= 2 m/s ,T= 0.1 s

17、(2)小球在b点时竖直分速度Vby故小球从抛出到b点的时间tb= = 0.15 sg小球从抛出到a点的时间ta=tbT= (0.15 0.1) s = 0.05 s小球从抛出到a点在水平方向和竖直方向的位移故小球开始做平抛运动的位置坐标(10, 1.25)答案：(1)2 m/s (2)( 10, 1.25)C._测出曲线上某点的坐标x、y,用vo=_算出该小球的平抛初速度，实验需要 对多个点求vo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轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛轨迹解析：由题图可知AB BC间的竖直距离yAB= 15 cm = 0.15 m ,yBc= 0.25 m

18、,XBC=0.20 m 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=gt得t=0.25 0.15s = 0.10 s,又因为XAB=Vot，所以Vo=0.200.10m/s = 2.0 m/s答案：2.0& (2016 南安月考)如图所示是某同学做实验时得到的小球的运动轨迹， 点的位置在运动轨迹上已经标出，求：因为XAB=。据yBcyABXABT=a、b、c三Vby=yT= 1.5 m/sXa=Vota= 10cmya=2gt2=1.25 cm13请把上述步骤补充完整，并排出合理的顺序是 _(只排列序号即可)。解析A 步骤中要记下小球运动途中经过的一系列位置，不可能在一次平抛中完成， 每一次平抛一般只能确定一个位置，要确定多个位置， 要求小球每次的轨迹重合，小球开始平抛时的初速度必须相同，因此小球每次必须从同一位置上滚下。B 步骤中用平衡法，即将小球放到斜槽末端任一位置，如果斜槽末端是水平的，小球受到的支持力和重力是平衡的。不论将小球放到斜槽末端任何位置，