5.3实验探究平抛运动的特点导学案高一下学期物理人教版

5.3平抛运动的实验同步练习【知识点填空】一、实验思路1.基本思路：把复杂的曲线运动分解为不同方向上两个相对简单的运动。2.平抛运动的分解方法由于物体是沿着水平方向抛出的，在运动过程中只受到竖直向下的重力作用，可尝试将平抛运动分解为方向的分运动和方向的分运动。二、进行实验方案一频闪照相法1.对频闪照片的分析(1)如图甲所示是一个小球做平抛运动时的频闪照片。选第一个小球球心为原点建立坐标系，可每3个小球(不计初始位置的球)取1个球测量相对应的横坐标和纵坐标，如图乙所示。(2)根据频闪照相的特点可知，若频闪周期为T，则每相邻两球的时间间隔相等，都是T，即图中OA、AB、BC对应的时间间隔就是。(3)将所测的数据填入表格，分析小球水平方向分运动和竖直方向分运动的特点。OABC横坐标0x1x2x3纵坐标0y1y2y32.数据处理(1)水平方向：数据满足x1－0＝x2－x1＝x3－x2＝…，则说明小球在水平方向做运动。(2)竖直方向：根据坐标计算每一段时间间隔内的位移，然后计算出相邻相等时间内的位移差，如果满足Δy＝，则说明小球在竖直方向上的加速度为g。如果O点是平抛运动轨迹的初始点，则竖直方向初速度为0，小球在竖直方向做运动。方案二分步研究水平和竖直两个方向的运动规律步骤1：探究平抛运动竖直分运动的特点(1)在如图甲所示的实验中，用小锤击打弹性金属片后，A球沿水平方向抛出，做运动；同时B球被释放，自由下落，做运动。观察两球的运动轨迹，比较它们落地时间的先后。甲(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，多次重复这个实验，记录实验现象。(3)结论：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运动。步骤2：探究平抛运动水平分运动的特点(1)在如图乙所示的装置中，斜槽M末端。钢球在斜槽M中从某一高度滚下，从末端飞出后做运动。乙(2)先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上。在装置中有一个水平放置的可上下调节的倾斜挡板N，钢球飞出后，落到挡板上。钢球落到倾斜的挡板上后，就会挤压复写纸，在白纸上留下印迹。(3)上下调节挡板N，通过多次实验，每次使钢球从斜槽上由静止滚下，在白纸上记录钢球所经过的多个位置。(4)用曲线把这些印迹连接起来，就得到小球做平抛运动的轨迹。(5)确定“相等的时间间隔”，看相等的时间内水平分运动的位移，进而确定水平分运动的规律。(6)结论：平抛运动在相等时间内水平方向，平抛运动水平方向为。三、注意事项1.斜槽安装：实验中必须调整斜槽末端切线水平，将小球放在斜槽末端水平部分，若能使小球在平直轨道上的任意位置，则斜槽末端切线水平。2.方木板固定：方木板必须处于平面内，固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直。3.小球释放(1)小球每次必须从斜槽上由静止滚下。(2)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。4.坐标原点：坐标原点不是槽口的端点，而是小球出槽口时球心在木板上的投影点。5.初速度的计算：在轨迹上选取离坐标原点O较远的一些点来计算初速度。五、误差分析1.安装斜槽时，其末端切线不水平，导致小球离开斜槽后不做平抛运动。2.建立坐标系时，坐标原点的位置确定不准确，导致轨迹上各点的坐标不准确。3.小球每次自由滚下时起始位置不完全相同，导致轨迹出现误差。4.确定小球运动的位置时不准确，会导致误差。5.量取轨迹上各点坐标时不准确，会导致误差。【针对性练习】1．小高同学用如图所示的实验装置来验证平抛运动的特征：两个完全相同的弧形轨道M、N分别用于发射小铁球P、Q，其中N的末端与水平板相切。两轨道上端分别装有电磁铁C、D，调节电磁铁C、D的高度，使。现将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小铁球能同时分别从轨道M、N的顶端滑下。（1）为完成本实验，弧形轨道M、N的表面（填“需要”或“不需要”）确保光滑，水平板的表面（填“需要”或“不需要”）确保光滑。（2）符合上述实验条件后，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，这说明平抛运动的水平分运动是。2．某学习小组用实验探究“平抛运动规律”。（1）在图1中用小锤敲击铁片，观察到A、B两个小球，则说明平抛运动在竖直方向上做运动。（2）在图2中同时断电后P、Q两个小球同时沿着斜槽滚下，观察到P、Q两个小球撞在一起，则说明平抛运动在方向上做运动。（3）图3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（多选）。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3．某学习小组利用不同的实验装置，进行探究平抛运动规律的实验：（1）甲同学采用如图甲所示的装置。为了验证做平抛运动的小球在竖直方向做自由落体运动，用小锤打击弹性金属片，A球水平抛出，同时B球被松开自由下落。关于该实验，下列说法中正确的有。A．两球的质量应相等B．两球的质量可以不相等C．两球应同时落地D．应改变装置的高度，多次实验E.实验也能说明A球在水平方向上做匀速直线运动（2）乙同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图乙所示的小球做平抛运动的照片，图中背景方格的边长均为5cm，如果重力加速度g取，照相机的闪光频率为Hz；小球平抛的初速度大小为m/s，经过B点时的竖直分速度大小为m/s。（所有结果保留2位有效数字）4．某学习小组探究平抛运动的特点。（1）采用如图甲所示装置探究平抛运动竖直分运动的特点。用小锤击打弹性金属片后，A球沿水平方向抛出，做平抛运动；同时B球被释放，自由下落，做自由落体运动。实验发现两球同时落地。分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度，多次重复实验，发现两球仍同时落地。根据该实验现象，可以得出A球在竖直方向的分运动是。（2）探究平抛运动水平分运动的特点时，得到小球平抛运动的轨迹如图乙所示，其中O为抛出点，a、b、c是轨迹上选取的三个点，O与a、a与b、b与c之间的竖直距离分别为h、3h、5h，则小球从O到a、a到b、b到c的运动时间（填“相等”或“不相等”）；又测得O与a、a与b、b与c之间的水平距离相等均为x，则可得出平抛运动在水平方向的分运动是匀速直线运动，小球平抛运动的初速度为（用h、x和重力加速度g表示）。5．某兴趣小组采用如图所示的实验装置“探究平抛运动的特点”：（1）根据实验过程，以下说法正确的是；A．斜槽M轨道必须光滑B．记录的点应适当多一些C．用平滑曲线把所有的点连接起来D．图中挡条N每次必须等间距下移（2）图是利用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是。A．释放小球时初速度不为0

B．释放小球的初始位置不同

C．斜槽末端切线不水平（3）改用频闪照相来研究平抛运动，将频闪得到的连续三张照片叠放在方格纸上，如图所示，已知小球的直径为2cm，方格纸的边分别为水平和竖直方向，则该频闪相机频率为Hz。（重力加速度g取10m/s2）6．图甲是探究平抛运动的实验装置。用小锤击打弹性金属片后，a球沿水平方向抛出，做平抛运动，同时b球被释放，做自由落体运动，观察到两球同时落地。改变小锤击打力度，两球仍然同时落地。（1）以上现象说明。A．平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动B．两小球在空中运动的时间相等C．两小球落地时速度相等D．两小球在竖直方向的加速度相等（2）一同学利用频闪相机拍摄a小球运动过程，经处理后得到如图乙所示的点迹图像。图中O为坐标原点，B点在两坐标线交点，坐标，，A、C点均在坐标线的中点。则平抛小球在B点处的瞬时速度大小（结果保留两位小数）。7．用如图所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出，落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。（1）下列实验条件必须满足的有。A．斜槽轨道光滑

B．斜槽轨道末段水平C．挡板高度等间距变化

D．每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球（2）为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢球的球心对应白纸上的位置即为原点；在确定y轴时（选填“需要”或“不需要”）y轴与重锤线平行。（3）为了得到平抛物体的运动轨迹，同学们还提出了以下三种方案，其中不可行的是。A．从细管水平喷出稳定的细水柱，拍摄照片，即可得到平抛运动轨迹B．用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置，平滑连接各位置，即可得到平抛运动轨迹C．将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，铅笔以一定初速度水平抛出，将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹（4）某同学在水平桌面上用硬练习本做成一个斜面，使小钢球从斜面上某一位置滚下，如图所示，钢球沿桌面飞出后做平抛运动。请帮他用一把刻度尺测量钢球离开水平桌面时速度的大小，写出测量步骤和用所测的物理量表达速度的关系式。、8．某物理实验创新小组的几名同学对“研究平抛运动”的实验进行了改进，获得了老师的肯定。他们的实验装置如图所示，实验步骤如下：①安装好器材，将斜槽轨道的末端调整水平；②在一块平木板表面钉上复写纸和白纸，并将该木板面向槽口且竖直立于槽口附近；③使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞到木板上并在白纸上留下痕迹A；④将木板向远离槽口的方向平移距离x，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞到木板上并在白纸上留下痕迹B；⑤将木板再向远离槽口的方向平移距离x，小球还从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，在白纸上留下痕迹C；⑥测出A、B间的距离，B、C间的距离。已知当地重力加速度为g，则关于这个实验，回答下列问题：（1）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；（2）每次都要使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放的目的是；（3）小球做平抛运动的初速度（用x、、、g表示）。参考答案：1．不需要需要匀速直线运动【详解】（1）[1]实验要求两球到达斜槽末端的速度相同即可，所以弧形轨道M、N的表面不需要光滑。[2]实验要验证平抛运动水平方向是否为匀速直线运动，所以水平面板需要确保光滑，确保Q为匀速直线运动才能对比。（2）[3]仅仅改变弧形轨道M的高度，不影响小球P平抛的初速度。重复上述实验，仍能观察到相同的现象，这说明两球在水平方向的运动完全相同，说明平抛运动在水平方向做匀速直线运动。2．同时落地自由落体水平匀速直线AC/CA【详解】（1）[1][2]由于任意高度，平抛运动和自由落体运动都会同时落地，说明平抛运动在竖直方向上做自由落体运动；（2）[3][4]在图2中同时断电后P、Q两个小球同时沿着斜槽滚下，观察到P、Q两个小球撞在一起，则说明平抛运动在水平方向方向上做匀速直线运动；（3）[5]A．为保证小球做平抛运动初速度水平，安装斜槽轨道，使其末端保持水平，故A正确；BC．为保证小球做平抛运动初速度相同，故每次小球应从同一位置由静止释放，故B错误，C正确。故选AC。3．BCD101.52.0【详解】（1）[1]AB．根据实验结果可知平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动，不需要质量相等，因此实验时需要A、B两球从同一高度开始运动，不需要两球质量相等，故A错误，B正确；C．小锤打击弹性金属片后，A球做平抛运动，B球做自由落体运动，A球在竖直方向上的运动情况应该跟B球相同，因此两球同时落地，故C正确；D．为探究实验的科学性，应改变装置的高度多次实验，故D正确；E．本实验只能说明A球在竖直方向的运动性质，不能说明A球在水平方向做匀速直线运动，故E错误。故选BCD。（2）[2]由图乙可知，在竖直方向上根据可得故[3]小球平抛的初速度大小为[4]经过B点时的竖直分速度大小为4．自由落体运动相等【详解】（1）[1]多次重复实验，发现两球仍同时落地，可知A球竖直方向的运动与B球竖直方向的运动相同，可以得出A球在竖直方向的分运动是自由落体运动。（2）[2]O为抛出点，小球做平抛运动，竖直方向有可得可得[3]小球平抛运动的初速度为5．BC10【详解】（1）[1]A．要保证小球的初速度相同，小球每次从斜槽上开始运动的位置必须相同，斜槽轨道不一定要光滑，故A错误；B．记录的点适当多一些可以减小误差，故B正确；C．为比较准确地描出小球运动的轨迹，根据记录点的分布规律，用平滑曲线拟合成运动轨迹，个别偏差较大的点，应当舍去，故C错误；D．描绘轨迹不需要等间距描点，所以图中挡条N每次不必等间距下移，故D错误。故选B。（2）[2]AB．由图可知，该小球的初速度方向偏上，与小球的初速度的大小无关，与释放小球的位置也无关，故AB错误；C．由图可知，该小球的初速度方向偏上，即小球的初速度的方向不是沿水平方向，则可知是斜槽末端切线不水平，故C正确。故选C。（3）[3]设该相机的频闪周期为T，相邻两小球位置之间的竖直间距分别为竖直方向小球做自由落体运动，由得代入数据解得则该频闪相机频率为6．ABD/ADB/BAD/BDA/DAB/DBA2.83【详解】（1）[1]B．因为两球同时释放，同时落地，所以两球下落的时间相等；故B正确；AD．b球做自由落体运动，则竖直方向上a球做自由落体，两小球在竖直方向的加速度相等，故AD正确；C．因为下落的高度相同，落地时两球竖直方向的速度相同，因为a球有初速度，所以a球落地的速度比b球的落地速度大，故C错误。故选ABD。（2）[2]根据图中的几何关系可知，A点的纵坐标为5cm，B点的纵坐标为20cm，C点的纵坐标为45cm，因为AB的竖直距离为BC之间的竖直距离为则竖直方向上，由运动学公式可知在水平方向上竖直方向上则解得7．BD/DB需要C见解析【详解】（1）[1]ABD．为了能画出平抛运动轨迹，首先保证小球做的是平抛运动，所以斜槽轨道不一定要光滑，但必须是水平的。同时要让小球总是从同一位置无初速度释放，这样才能保证有相同的平抛初速度，才能找到同一运动