2020春高中人教版物理必修2学案第五章第三节实验研究平抛运动Word版含解析

第三节实验：研究平抛运动1．学会用实验的方法描述平抛运动的轨迹，掌握描迹法、频闪照相法等研究实验的常用方法。2．会判断平抛运动的轨迹是不是抛物线。3．学会依据物体做平抛运动的轨迹来计算物体的速度和找寻抛出点。1.实验原理(1)考证平抛运动的轨迹是不是抛物线①用□01描迹法(或□02频闪照相法)获取物体平抛运动的轨迹。032的②成立坐标系，假如轨迹上各点的y坐标与x坐标间的关系拥有□y＝ax形式(a是一个常量)，则轨迹是一条抛物线。(2)计算平抛物体的初速度①测出轨迹上某点的坐标x、y。1204g2y。②由平抛运动的位移公式x＝v0t和y＝2gt，可得v0＝□x2．实验方案方案一：钢球描迹法(后边要点用方案一)如图甲所示，钢球从斜槽上滚下，冲过水平槽飞出后做平抛运动。想法用铅笔描出小球经过的地点。方案二：喷水描迹法如图乙所示，倒置的饮料瓶内装着水，瓶塞内插着两根两头张口的细管，此中一根弯成水平，且水平端加接一段更细的硬管作为喷嘴。水从喷嘴中射出，在空中形成曲折的细水柱，它显示了平抛运动的轨迹。想法将它描在背后的纸上，进行剖析办理。方案三：频闪照相法数码相机每秒拍下小球做平抛运动时的十几帧或几十帧照片，将照片上不一样时刻的小球的地点连成光滑曲线便获取了小球的运动轨迹。如图丙所示。3．实验器械(方案一)斜槽、小球、方木板、铁架台、白纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺。讲堂任务研究过程·获取数据认真察看以下图片，认真参加“师生互动”。活动1：本实验的研究对象是谁？提示：小球。活动2：要在白纸上画什么？提示：描出小球做平抛运动的轨迹，并进行研究。活动3：要研究哪些问题？提示：一看小球的轨迹是不是抛物线，二是求出小球平抛运动的初速度。活动4：本实验的实验步骤是什么？提示：(1)安装调整：按图所示安装实验装置，使斜槽尾端水平(小球在斜槽尾端点恰巧静止)，白纸用图钉固定在方木板上。(2)建坐标系：以水平槽尾端端口上小球球心在白纸上的水平投影点为坐标原点O，过O点在白纸上画出竖直的y轴和水平的x轴。(3)画地点点：使小球从斜槽上同一地点由静止滚下，把笔尖放在小球可能经过的地点上，假如小球运动中遇到笔尖，就用铅笔在该地点画上一点。用相同方法，在小球运动路线上描下若干点。(4)描轨迹图：将白纸从木板上取下，从

O点开始经过画出的若干点描出一条光滑的曲线，以下图。活动5：本实验中有哪些注意事项？提示：(1)实验中一定调整斜槽尾端的切线水平(将小球放在斜槽尾端水平部分，若小球静止，则斜槽尾端水平)。(2)方木板一定处于竖直平面内，且y轴一定竖直。(3)小球每次一定从斜槽上同一地点由静止开释。(4)坐标原点不是槽口的端点，应是小球在槽口时球心在木板白纸上的水平投影点。(5)小球开始滚下的地点高度要适中，以使小球做平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角向来抵达右下角为宜。讲堂任务剖析数据·得出结论活动1：判断平抛运动的轨迹能否为抛物线的方法有哪几种？提示：以下图，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，用刻度尺丈量各点的坐标(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，再将其余点的坐标代入此关系式看看等式能否成立，若等式对各点的坐标都近似成立，则说明所描述的曲线为抛物线。(2)图象法：成立y-x2坐标系，依据所丈量的各个点的x坐标值计算出对应的x2值，在座标系中描点，连结各点看能否在一条过原点的直线上，若大概在一条过原点的直线上，则说明平抛运动的轨迹是抛物线。活动2：怎样计算平抛运动初速度？提示：在小球平抛运动轨迹上选用散布大概均匀的六个点——A、B、C、D、E、F，用刻度尺、三角板测出它们的坐标(x，y)，并记录在下边的表格中，已知g值，利用公式y＝12和x＝v0t，求出小球做平抛运动的初速度v0，最后算出v0的2gt均匀值。活动3：怎样判断O点是不是抛出点？提示：在以下图的轨迹上选用A、B、C三点，使OA、AB、BC的水平距离相等，则说明O到A、A到B、B到C的时间相等，过A、B、C三点作水平线和轴订交，得出A、B、C三点的纵坐标值yA、yB、yC。假如yA∶yB∶yC＝1∶4∶9，则说明O点为抛出点，若不知足上述比率关系，则说明O点不是抛出点。讲堂任务偏差剖析·实验创新1．安装斜槽时，其尾端切线不水平，致使小球走开斜槽后不做平抛运动，产生偏差。2．成立坐标系时，坐标原点的地点确立不正确，致使轨迹上各点的坐标禁止确。3．小球每次自由滚下时开端地点不完整相同，致使轨迹出现偏差。4．确立小球运动的地点时不正确，致使偏差。5．量取轨迹上各点坐标时不正确，致使偏差。假如平抛轨迹残破(即无抛出点)仍旧能够进行数据剖析：在轨迹上任取三点A、B、C(以下图)，使A、B间及B、C间的水平距离相等，由平抛运动的规律可知A、B间与B、C间所用时间相等，设为t，则h＝hBC2，所以t＝hBC－hABxg－hAB＝gtg，所以初速度v0＝t＝xBC－hAB。h讲堂任务典例研究·提高能力例1(多项选择)在研究平抛运动的规律时，能够采用以下图的各样装置，则以下操作合理的是( )A．采用装置甲研究平抛物体的竖直分运动时，应当用眼睛看A、B两球能否同时落地B．采用装置乙并要获取稳固的细水柱显示出平抛运动的轨迹时，竖直管上端必定要低于水面C．采用装置丙并要获取钢球做平抛运动的轨迹时，每次不必定从斜槽上同一地点由静止开释钢球D．除上述装置外，还能够用数码照相机每秒拍摄15帧钢球做平抛运动的照片以获取平抛运动的轨迹(1)装置甲是怎样研究平抛运动的竖直分运动的？提示：A、B小球同时开释，落地声同时响起，说明平抛运动的竖直分运动为自由落体运动。(2)装置乙、丙是怎样使水平初速度恒定的？除此以外还能够怎样获取平抛运动的轨迹？提示：装置乙利用A管上端处的压强恒等于大气压，即两管上端之间压强差恒定来使水流获取恒定的水平初速度；装置丙利用小球从同一地点静止开释来获得相同的水平初速度。除此以外还可用数码相机每秒拍下小球做平抛运动时的十几帧照片，以获取平抛运动的轨迹。[规范解答]小球着落的速度很快，运动时间很短，用眼睛很难正确判断出小球落地的先后次序，应听声音判断，A不合理；竖直管的上端A应低于水面，这是因为竖直管与空气相通，A处的压强一直等于大气压，不受瓶内水面高低的影响，所以能够获取稳固的细水柱，B正确；只有每次从同一地点由静止开释钢球，钢球做平抛运动的初速度才相同，C错误；获取钢球做平抛运动时每秒15帧的照片就等同于做平抛运动实验时在方格纸上描点的方法，相同能够获取平抛运动的轨迹，正确。[完满答案]BD不论用哪一种方式获取平抛运动的轨迹，进行平抛运动的研究，都一定找准起点地点，初速度一定水平。[变式训练1]在“研究平抛物体的运动”的实验中，(1)为使小球水平抛出，一定调整斜槽，使其尾端的切线成水平方向，检查方法是。(2)小球抛出点的地点一定实时记录在白纸上，而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________来确立的。(3)某同学成立的直角坐标系以下图，设他在安装实验装置和其余操作时准确无误，只有一处失误，即是。该同学在轨迹上任取一点M，测得坐标为(x，y)，则初速度的丈量值为________，丈量值比真切值要________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。答案(1)将小球搁置在槽口处轨道上，小球能保持静止(2)重垂线(3)坐标原点应当是小球在槽口时球心在白纸上的水平投影点g(4)v0＝x偏大2y分析(1)水平常小球均衡，放在槽口能静止不动。(2)用重垂线来确立竖直线最正确。(3)描述小球的运动轨迹时应是描述球心的地点，所以平抛起点应是小球出槽口时的球心地点，即坐标原点应当是小球在槽口时球心在白纸上的水平投影点。(4)依据

12x＝v0t，y＝2gt，两式联立得：

v0＝x

g2y，因为坐标原点靠下，造成y值偏小，进而

v0偏大。例2某同学在做“研究平抛物体的运动”的实验时获取了以下图的物体运动轨迹，a、b、c三点的地点在运动轨迹上已经标出，g取10m/s2，则：(1)小球平抛运动的初速度v0＝________。(2)开始做平抛运动的地点坐标x＝________，y＝________。a点是平抛运动的抛出点吗？提示：ab与bc的水平距离相等，若a点为抛出点，则yab∶yac＝1∶4，而图中yab∶yac＝1∶3，可知

a点不是抛出点。(2)怎样求平抛运动的初速度？提示：从a到b与从b到c的运动时间相同，则可利用竖直方向上

y＝gT2得出相同时间

T，再利用水平方向上

xT＝v0T即可求出水平初速度。(3)怎样求出抛出点地点？提示：由已知条件易求得

b点竖直方向的速度，即可依照

vy＝gty求得抛出点到b点的运动时间，再由t＝ty－T，求得从抛出点到a点的运动时间。而后由x＝12可知抛出点距a点的水平距离与竖直距离，即可求出抛出点地点。v0t，y＝gt2[规范解答](1)由图象知，ab与bc的水平距离相等，故从a到b与从b到c的时间相等。在竖直方向上h＝gT2，得：bc－hab×－2h＝1010s＝0.1s，T＝g10则小球平抛运动的初速度v0＝xab＝20×10－2m＝2m/s。T0.1sb点竖直方向上的分速度：vby＝hac＝30×10－2m0.2s＝1.5m/s2T小球从抛出点运动到b点的时间：ty＝vby＝0.15s。g所以从平抛起点到a点时间为：t＝ty－T＝0.15s－0.1s＝0.05s所以从开始到a点水平方向上的位移为：x＝v0t＝2m/s×0.05s＝0.1m＝10cm，竖直方向上的位移：1212y＝2gt＝2×10×0.05m＝0.0125m＝1.25cm。所以开始做平抛运动的地点坐标为：[完满答案](1)2m/s(2)－10cm

x＝－10cm，y＝－1.25cm。－1.25cm1假如水平位移相同，而竖直方向位移不知足1∶3∶5的关系，则此轨迹原点并不是抛出点。2原点不是抛出点的轨迹不可以用v0＝来计算初速度，此时需要先根据匀变速直线运动规律找到竖直方向上连续相等时间的位移，由y＝gT2求得T，再由水平方向的匀速直线运动数据求初速度。竖直方向的速度的确很重要，而这个速度能够由中间时刻的刹时速度等于这段时间的均匀速度求出。假如知道了某时刻竖直方向速度，既能够求解平抛运动进行了多久，也能够求此时刻竖直方向的位移。[变式训练2－1]以下图是某同学依据实验画出的平抛小球的运动轨迹，O为平抛的起点，在轨迹上任取三点A、B、C，测得A、B两点竖直坐标y1＝5.0cm、2＝45.0cm，A、B两点水平间距x为40.0cm，则平抛小球的初速度v0为________y3为60.0cm，则小球在C点的速度vC为________m/s。，若C点的竖直坐标ym/s(结果保存两位有效数字，g取10m/s2)答案1212x分析竖直方向：y1＝2gt1，y2＝2gt2，可得v0＝t2－t1＝2.0m/s；运动到C点时的竖直分速度vy＝2gy3，vC＝v02＋vy2＝4.0m/s。[变式训练2－2]试依据平抛运动原理设计丈量弹射器弹丸射出速度的实验方法。供给实验器械：弹射器(含弹丸，以下图)、铁架台(带夹具)、米尺。①在方框中画出实验表示图。②在安装弹射器时应注意哪些问题？③说明实验中需要丈量的量有哪些，并在表示图顶用字母标出。④因为弹射器每次射出的弹丸初速度不行能完整相等，在实验中应采纳什么方法？⑤写出初速度的计算公式。答案看法析分析依据研究平抛运动的实验及平抛运动的原理可知，使弹丸做平抛运动，经过丈量着落高度可求出时间，再测水平位移可求出平抛运动的初速度。①实验表示图以下图。②弹射器一定保持水平，以保证弹丸初速度沿水平方向。③应测出弹丸着落的高度y和水平射程x，以下图。④在不改变高度y的条件下进行多次实验，丈量水平射程x，得出水平射程x的均匀值x，以减小偏差。122y⑤因为y＝2gt，所以t＝g，又因为x＝v0t，所以v0＝x＝xg。t2y1．(实验目的与要求)(多项选择)在做“研究平抛运动”的实验中，以下说法中正确的是( )．安装斜槽和木板时，必定要注意木板能否竖直B．安装斜槽和木板时，只需注意小球不睦木板发生摩擦即可C．每次实验都要把小球从同一地点由静止开释D．实验的目的是描出小球的运动轨迹，剖析平抛运动的规律答案ACD分析安装斜槽和木板时，木板要竖直，以保证描点正确，A正确，B错误；为保证小球每次做平抛运动的初速度相同，每次实验都要把小球从同一地点由静止开释，C正确；实验目的就是D项所述，故D正确。2.(实验原理)以下图，在粗拙水平桌面上用练习本做成一个斜面，使小钢球从斜面上某一地点滚下，钢球沿桌面飞出后做平抛运动。用刻度尺测出以下哪一组数据能够求出钢球走开水平桌面时的速度( )．钢球在练习本上滚下的距离、钢球开释点离桌面的高度B．水平桌面的高度、钢球落地址与桌边的水平距离C．钢球开释点离桌面的高度、钢球在水平桌面上运动的距离D．钢球开释点离桌面的高度、钢球落地址与桌边的水平距离答案B12分析钢球沿桌面飞出后做平抛运动，依据平抛运动规律得y＝2gt，x＝v0t，g联立解得v0＝x2y，故要求出钢球走开水平桌面时的速度，需丈量水平桌面的高度y、钢球落地址与桌边的水平距离x，B项正确。3.(实验操作)利用以下图的装置研究平抛运动的特色，让小球多次沿同一轨迹运动，经过描点法画小球做平抛运动的轨迹，为了能较正确地描述运动轨迹，下边说法不正确的选项是( )．经过调理使斜槽的尾端保持水平B．每次开释小球的地点一定不一样C．每次一定在斜槽上的同一地点由静止开释小球D．小球运动时不该与木板上的白纸(或坐标纸)相接触答案

B分析

要使小球做平抛运动，斜槽轨道尾端一定水平，

A正确。要使小球每次抛出的初速度相等，开释小球时一定在斜槽上同一地点由静止开释，

B错误，C正确。小球走开轨道后，仅受重力作用，不可以有摩擦，

D正确。4．(实验操作与数据办理)在“研究平抛运动”的实验中，要描述出小球平抛运动的轨迹，实验简要步骤以下：A．让小球多次从________开释，在一张印有小方格的纸上记下小球经过的一系列地点，如图中a、b、c、d所示。B．按实验原理图安装好器械，注意________，记下平抛初地点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轴成立坐标系，用光滑曲线画平抛运动物体的运动轨迹。(1)达成上述步骤，将正确的答案填在横线上。(2)上述实验步骤的合理次序是________。已知图中小方格的边长L＝1.25cm，则小球平抛的初速度为v0＝________(用L、g表示)，其值是________。(取g＝9.8m/s2)(4)b点的速度vb＝________。(用L、g表示)答案(1)同一地点静止斜槽尾端切线水平(2)BAC(3)2Lg0.7m/s5(4)2Lg分析(1)需让小球重复同一个平抛运动多次，才能记录出小球的一系列地点，故一定让小球每次由同一地点静止开释。斜槽尾端切线水平，小球才会做平抛运动。(2)实验操作次序应为安装调整、建坐标系、画地点点、描轨迹图，即为BAC。(3)由y＝aT2得两点之间的时间间隔T＝Lg，2L所以小球的初速度v0＝T＝2Lg代入数据得v0＝0.7m/s。3L3Lg(4)vby＝2T＝2229Lg5由vb＝vby＋v0得vb＝4＋4Lg＝2Lg。5．(实验创新)在做“研究平抛运动”的实验中，为了确立小球在不一样时刻所经过的地点，实验时用以下图的装置，先将斜槽轨道的尾端调成水平，在一块平木板表面钉上复写纸和白纸，并将该木板竖直立于紧靠槽口处，使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止开释，小球撞到木板并在白纸上留下印迹A。将木板向远离槽口方向平移距离x，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止开释，小球撞在木板上获取印迹B。又将木板再向远离槽口方向平移距离x，小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止开释，再获取印迹C。若测得木板每次挪动距离x＝10.00cm，A、B间距离y1＝4.78cm，B、C间距离y2＝14.58cm，g取9.8m/s2。(1)依据以上直接丈量的物理量得小球初速度v0＝________(用题中所给字母表示)。(2)小球初速度的丈量值为________m/s。答案(1)xg(2)1y2－y1分析因为每次挪动距离x＝10.00cm，所以平抛运动中小球从A点到B点与2－y1从B点到C点的时间相同，设此时间为t。因为y2－y1＝gt2，所以t＝y，gxg故小球初速度v0＝t＝xy2－y1＝1m/s。6．(综合提高)(1)平抛物体的运动规律能够归纳为两点：①水平方向做匀速直线运动；②竖直方向做自由落体运动。如图甲所示为研究平抛运动的实验装置，现把两个小铁球分别吸在电磁铁C、E上，而后切断电磁铁C的电源，使一个小铁球从轨道A射出，并在射出时遇到碰撞开关S，使电磁铁E断电开释它吸着的小铁球，两铁球同时落到地面。这个实验( )A．只好说明上述规律中的第①条B．只好说明上述规律中的第②条C．不可以说明上述规律中的任何一条D．能同时说明上述两条规律(2)做杂技表演的汽车从高台水平飞出，在空中运动一段时间后着地。一架相机经过多次曝光，拍摄获取汽车在着地前后一段时间内的运动照片，如图乙所示(虚线为正方形格子)。已知汽车长度为3.6m，相邻两次曝光的时间间隔相等，第三个像是恰巧着地的时刻，由照片能够计算出汽车走开高台时的刹时速度大小为________m/s，高台离地面的高度为________m(取g＝10m/s2)。答案(1)B(2)1211.25分析(1)因为左端小铁球平抛的同时，右端小铁球开始做自由落体运动，且两球同时落地，说明平抛的小铁球在竖直方向上和右端小铁球做相同的运动，即做自由落体运动，但没法说明平抛小铁球在水平方向的运动，故

B正确。(2)汽车在竖直方向做自由落体运动，由

h＝gT2可得，两次曝光的时间间隔为T＝

hg＝

lg＝

3.610

s＝0.6s前三个像中，第二个像地点车的竖直速度为3l3×3.6vy＝2T＝2×0.6m/s＝9m/s汽车从开始平抛运动到第二个像地点的竖直位移为22yh1＝2g＝2×10m＝4.05m从抛出点到地面的高度为h2＝h1＋2l＝(4.05＋2×3.6)m＝11.25m水平初速度v0＝2l＝2×3.6＝。T0.6m/s12m/s7．(综合)在“研究平抛运动”实验中，(1)图甲是用横挡条卡住平抛小球，用铅笔标明小球经过的地点，确立平抛运动轨迹的方法，坐标原点应选小球在斜槽尾端点时的________在座标纸上的投影点。A．球心B．球的上端C．球的下端在此实验中，以下说法正确的选项是________。．斜槽轨道一定圆滑B．记录的点应适合多一些C．用圆滑曲线把全部的点连结起来D．y轴的方向依据重垂线确立(2)图乙是利用图甲装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片，由照片可判断实验操作错误的选项是________。A．开释小球时初速度不为0B．开释小球的初始地点不一样C．斜槽尾端切线不水平图丙是利用稳固的细水柱显示平抛运动轨迹的装置，此中正确的选项是________。答案(1)BBD(2)C(3)B分析(1)由题干中确立小球平抛运动轨迹的方法及实验原理知，坐标原点应选小球的上端在座标纸上的投影点，所以选B。实验过程中，斜槽轨道不要求圆滑，只需能够保证小球从同一地点静止开释，即便轨道粗拙，走开斜槽尾端的速度也是相同