2024-2025学年新教材高中物理第五章抛体运动第三节实验：探究平抛运动的特点学案新人教版必修2

PAGE1-第三节试验：探究平抛运动的特点目标体系构建明确目标·梳理脉络【学习目标】1．知道什么是平抛运动。2．会用运动的合成与分解的方法探究平抛运动的特点。3．从试验轨迹求平抛物体的初速度。【思维脉络】课内互动探究细研深究·破疑解难1．试验目的(1)用试验方法描出平抛运动的轨迹。(2)探究平抛运动竖直方向和水平方向运动的特点。2．试验原理用频闪照相的方法或探讨平抛运动的试验装置得出小球做平抛运动的不同时刻的位置，用平滑曲线连接各位置，得到小球做平抛运动的轨迹。以小球平抛的起点为坐标原点，沿水平方向和竖直向下的方向建立直角坐标系，依据各点坐标数据探讨小球在水平方向和竖直方向的运动规律。3．试验器材1．频闪照相机、铅笔、刻度尺、三角板。2．平抛试验装置、小钢球、白纸、复写纸、铅笔、刻度尺、三角板。4．试验步骤(一)频闪照相法：(1)试验现象：利用频闪照相机得到物体做平抛运动与自由落体运动对比的频闪照片如图所示。(2)现象分析：①在竖直方向上，两种运动经过相等的时间，下落相同的高度，即在竖直方向上的运动是相同的，都是自由落体运动；②在水平方向上，平抛运动在通过相等的时间内前进的距离相同，即水平方向上的运动是匀速直线运动。(3)理论分析：①水平方向：初速度为v0，物体不受力，即Fx＝0，物体由于惯性而做匀速直线运动。②竖直方向：初速度为零，物体只受重力作用，即Fy＝mg，a＝g，物体做自由落体运动。(二)描迹法：(1)安装调平①将带有斜槽轨道的木板固定在试验桌上，其末端伸出桌面外，轨道末端切线水平。②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。如图所示。(2)建坐标系把小球放在槽口处，用铅笔登记小球在槽口(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，用重锤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)确定小球位置：①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。②让小球由同一位置自由滚下，在粗略确定的位置旁边用铅笔较精确地描出小球通过的位置，并在坐标纸上登记该点。③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，将坐标纸上登记的一系列点用平滑曲线连起来，即得到小球平抛运动轨迹。(5)数据处理①测出相等时间T、2T、3T…内小球做平抛运动的水平位移和竖直位移。②把测量的数据记录在表格中：时间T2T3T…水平位移竖直位移③通过依据分析水平分运动和竖直分运动的特点。(6)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。②确定小球运动的位置时不精确。③量取轨迹上各点坐标时不精确。(7)留意事项①试验中必需保持斜槽末端水平。②要用重锤线检查木板、坐标纸上的竖直线是否竖直。③小球必需每次从斜槽上相同的位置自由滚下。④试验时，眼睛应平视运动小球，并较精确地确定小球通过的位置。⑤要在斜槽上较大的高度释放小球，使其以较大的水平速度运动，从而减小相对误差。⑥要用平滑的曲线画出轨迹，舍弃个别偏差较大的点。⑦在轨迹上选点时，不要离抛出点过近，并且使所选取的点之间尽量远些。考点对试验操作过程的考查┃┃典例剖析■典题1(多选)(2024·河南省林州市第一中学高二下学期2月调研)在探究平抛运动的规律时，可以选用下列各种装置图，以下操作合理的是(BD)A．选用装置1探讨平抛物体竖直分运动，应当用眼睛看A、B两球是否同时落地B．选用装置2要获得稳定的细水柱所显示的平抛轨迹，竖直管上端A肯定要低于水面C．选用装置3要获得钢球的平抛轨迹，每次不肯定要从斜槽上同一位置由静止释放D．除上述装置外，也能用数码照相机拍摄钢球做平抛运动时每秒15帧的录像获得平抛轨迹思路引导：理解各种方法的操作原理及试验留意事项是解决此类问题的关键。解析：小球下落的速度很快，运动时间很短，用眼睛很难精确推断出小球落地的先后依次，应听声音，选项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，管上端A处的压强始终等于大气压，不受瓶内水面凹凸的影响，因此可以得到稳定的细水柱，选项B正确；只有每次从同一高度由静止释放钢球，钢球做平抛运动的初速度才相同，选项C错误；获得每秒15帧的录像就等同于做平抛运动试验时描方格图的方法，同样可以探究平抛运动的规律，选项D正确。┃┃对点训练■1．(多选)如图所示，两个相同的弧形轨道M、N，分别用于放射小铁球P、Q，两轨道上端分别装有电磁铁C、D，电磁铁E装在与轨道M最低点等高处的某一水平位置。调C、D高度，使AC＝BD，将小铁球P、Q、R分别吸在电磁铁C、D、E上，然后同时切断C、D电源，P、Q从弧形轨道滚下，当小球P运动到圆弧末端时由装置切断E电源，小球R起先下落，变更弧形轨道M的高度以及电磁铁E的位置，再进行若干次调整，经过多次试验发觉，P、Q、R三球同时在水平面相撞。下列说法和做法正确的是(ABC)A．试验说明小铁球P离开轨道做平抛运动的竖直方向的分运动是自由落体运动B．试验说明小铁球P离开轨道做平抛运动的水平方向的分运动是匀速直线运动C．若试验时发觉小铁球P、R在空中相撞而不能同时击中水平的小铁球Q，为了三球同时相撞，可以适当将电磁铁E向右移动一些D．若试验时发觉小铁球P、R在空中相撞而不能同时击中水平的小铁球Q，为了三球同时相撞，可以适当将电磁铁E向左移动一些解析：P和R同时落地说明选项A正确；P和Q同时在水平面相撞说明选项B正确；P和R在空中相撞说明电磁铁E离轨道M近了，应将电磁铁向右移动一些，故选项C正确，D错误。考点试验数据处理┃┃典例剖析■典题2为了探究做平抛运动的物体在竖直方向上的运动规律，某同学设计了下面一个试验：如图所示，OD为一竖直木板，小球从斜槽上挡板处由静止起先运动，离开O点后做平抛运动，右侧用一束平行光照耀小球的运动，小球在运动过程中，便在木板上留下影子。如图是用频闪照相机拍摄的小球在运动过程中的位置以及在木板上留下的影子的位置，图中A、B、C、D等点即影子的位置。现测得各点到O点的距离分别为5.0cm、19.8cm、44.0cm、78.6cm。试依据影子的运动探讨物体在竖直方向上的运动状况。(已知照相机的闪光频率为10Hz)。思路引导：解答本题应留意以下两点：(1)频闪照相的时间间隔是相等的。(2)利用Δy＝aT2求自由落体运动的加速度。解析：小球运动过程中在木板上留下的影子反映了小球在竖直方向上的运动状况。照相机的闪光周期T＝0.1s。影子在每一个闪光时间内的位移分别是y1＝5cm、y2＝14.8cm、y3＝24.2cm、y4＝34.6cm。依据逐差法可求影子运动的加速度。y3－y1＝2a1T2，y4－y2＝2a2T2，所以a＝eq\f(a1＋a2,2)＝eq\f(y3＋y4－y1＋y2,4T2)，代入数据解得a＝9.75m/s2。┃┃对点训练■2．(2024·陕西省榆林高一下学期期中)某物理爱好小组在探究平抛运动的规律试验时，将小球做平抛运动，用频闪照相机对准方格背景照相，拍摄到了如图所示的照片，已知每个小方格边长9.8cm，当地的重力加速度为g＝9.8m/s2。(1)若以拍摄的第一点为坐标