新人教版高中物理必修第二册学案1：5.3 实验 探究平抛运动的特点

新人教版高中物理必修第二册PAGEPAGE15.3实验：探究平抛运动的特点学习目标1．知道什么是抛体运动和平抛运动。2．能根据运动的合成与分解以及对比法分别探究平抛运动竖直方向和水平方向的分运动特点。课前预习1．以一定的速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受的作用，这时的运动叫作。如果初速度是沿方向的，就是平抛运动。2．实验思路(1)由于物体是沿方向抛出的，在运动过程中只受到作用，因此可以将平抛运动分解为方向的分运动和方向的分运动。我们需要知道这两个方向的或随时间变化的信息。(2)分析与猜想：由于小球在平抛运动过程只受作用，小球在水平方向不受力的作用，故水平方向没有，水平方向做运动。在竖直方向，根据牛顿第二定律，小球在重力的作用下产生的加速度为，而在竖直方向的初速度为，竖直方向做运动。3．进行实验(1)方案一：设法记录做平抛运动的物体经过时间间隔所到达的位置，获得水平方向和竖直方向的随时间变化的具体数据，便可以独立分析水平方向和竖直方向的运动规律。可以用频闪照相或者录制视频的方法，记录物体在不同时刻的位置。(2)方案二：在水平和竖直两个方向中，先研究其中一个方向的运动规律，再设法分析另外一个方向的运动规律。典例精析命题一探究平抛运动的特点的基本思路1．两个同学根据不同的实验条件，进行了“探究平抛运动的特点”的实验：(1)甲同学采用如图甲所示的装置，用小锤击打弹性金属片，金属片把A球沿水平方向弹出，同时B球被松开自由下落，观察到两球同时落地。改变小锤击打的力度，即改变A球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明_____________________。(2)乙同学采用如图乙所示的装置，两个相同的弧形轨道M、N，分别用于发射两个相同的小铁球P、Q，其中M、N的末端可看作与光滑的水平板相切，两轨道上端C、D处分别装有电磁铁；调节两电磁铁的高度使AC＝BD，从而保证小铁球P、Q在轨道末端的水平初速度v0相等。现将小铁球P、Q分别吸在两电磁铁上，然后切断电源，使两小球能以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的末端射出。实验可观察到的现象应是______________________。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_______________________。命题二用斜槽轨道探究平抛运动水平分运动的特点2．在“探究平抛物体的运动特点”实验中，为了描出物体的运动轨迹，实验应有下列各个步骤：A．以O为原点，画出与y轴相垂直的水平方向的x轴；B．把事先做好的有缺口的纸片用手按在竖直木板上，使由斜槽上滚下、抛出的小球正好从纸片的方孔中通过，用铅笔在白纸上描下小球穿过这个缺口的位置；C．每次都使小球从斜槽上固定的标卡位置开始滚下，用同样的方法描出小球经过的一系列位置，并用平滑的曲线把它们连接起来，这样就描出了小球做平抛运动的轨迹；D．用图钉把白纸钉在竖直木板上，并在木板的左上角固定好斜槽；E．把斜槽末端拉高一个球半径处定为O点，在白纸上描出O点，利用重锤线在白纸上画出过O点向下的竖直线，定为y轴。(1)在上述的实验步骤中，缺少的步骤F是_____________________。(2)在实验中，实验步骤的正确顺序是________。3．(1)在做“探究平抛运动的特点”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有________。A．游标卡尺 B．秒表C．坐标纸 D．天平E．弹簧测力计 F．重锤线(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(3)(多选)引起实验结果偏差较大的原因可能是()A．安装斜槽时，斜槽末端切线方向不水平B．确定Oy轴时，没有用重锤线C．斜槽不是绝对光滑的，有一定摩擦D．空气阻力对小球运动有较大影响命题三用频闪照相法探究平抛运动的特点4．小球做平抛运动的频闪照片的一部分如图所示，图中每小格边长为1.09cm，闪光的频率为每秒30次，由图可知，小球在水平方向做________运动，水平初速度是________m/s；竖直方向的加速度是________m/s2，故在竖直方向做的是________运动。命题四实验创新设计5．如图所示，探究平抛运动的特点的实验装置放置在水平桌面上，利用光电门传感器和碰撞传感器可测得小球的水平初速度和飞行时间，底板上的标尺可以测得水平位移。保持水平槽口距底板高度h＝0.420m不变。改变小球在斜槽导轨上下滑的起始位置，测出小球做平抛运动的初速度v0、飞行时间t和水平位移d，记录在表中。v0(m/s)0.7411.0341.3181.584t(ms)292.7293.0292.8292.9d(cm)21.730.338.646.4(1)由表中数据可知，在h一定时，小球水平位移d与其初速度v0成________关系。(2)一位同学计算出小球飞行时间的理论值t理＝eq\r(\f(2h,g))＝eq\r(\f(2×0.420,10))s＝289.8ms，发现理论值与测量值之差约为3ms。经检查，实验及测量无误，其原因是________________________________________________。(3)另一位同学分析并纠正了上述偏差后，另做了这个实验，竟发现测量值t′依然大于自己得到的理论值t理′，但二者之差在3～7ms之间，且初速度越大差值越小。对实验装置的安装进行检查，确认斜槽槽口与底座均水平，则导致偏差的原因是______________。

--☆参考答案☆--课前预习1.重力抛体运动水平2.水平竖直向下的重力水平竖直位移速度重力加速度匀速直线重力加速度零自由落体3.相等位移典例精析1.[答案](1)平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动(2)P球击中Q球平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动[解析](1)图甲是通过实验来探究平抛运动的小球在竖直方向上的运动特点。结论为：平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动。(2)图乙是通过实验来探究平抛运动的小球在水平方向上的运动特点。实验现象是：P球击中Q球。结论为：平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动。2.[答案](1)调整斜槽，使放在斜槽末端的小球可停留在任何位置，说明斜槽末端切线已水平(2)DFEABC[解析]在“探究平抛物体的运动特点”实验中，影响探究、测量误差的重要因素之一是斜槽末端切线是否水平，而本题提供的步骤中正缺少对斜槽的调整。其安装、调整要求是：斜槽末端切线应水平。具体操作方法是：调整斜槽，并将小球放在斜槽末端，轻轻拨动小球，若小球可停留在槽末端的任何位置，说明斜槽末端切线已调整成水平。因此，(1)缺少的步骤F是：调整斜槽，使放在斜槽末端的小球可停留在任何位置，说明斜槽末端切线已水平。(2)实验步骤的正确顺序是DFEABC。3.[答案](1)CF(2)AC(3)ABD[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，需要利用重锤线确定坐标轴的y轴。故C、F是需要的。(2)使小球从斜槽上同一位置自由滚下，才能保证每次的轨迹相同，A正确；斜槽轨道不必须光滑，只要能使小球水平飞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；斜槽轨道末端必须水平，才能保证小球离开斜槽后做平抛运动，D错误。(3)小球从斜槽末端飞出时，斜槽末端切线不水平，y轴方向不沿竖直方向，空气阻力对小球运动有较大影响，都会影响小球的运动轨迹，从而引起较大的实验误差，而斜槽不绝对光滑只会影响小球平抛的初速度大小，不会引起实验结果偏差较大，故A、B、D正确，C错误。4.[答案]匀速直线0.3279.81自由落体[解析]由图可知，每隔eq\f(1,30)s小球在水平方向向右运动1.09cm，故小球在水平方向做匀速直线运动，水平初速度v0＝eq\f(1.09×10－2,\f(1,30))m/s＝0.327m/s；连续相等的时间eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,30)s))内竖直方向的位移差均为1.09cm，故小球在竖直方向做匀加速运动，加速度a＝eq\f(Δy,T2)＝eq\f(1.09×10－2,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,30)))2)m/s2＝9.81m/s2，近似等于重力加速度，故在竖直方