2021高一物理-1.3.2-实验：研究平抛运动-学案(教科版必修2)

第2课时试验：争辩平抛运动[导学目标]1.用试验的方法描绘出平抛运动的轨迹.2.依据平抛运动的轨迹求其初速度．一、试验目的1．用试验的方法描绘出平抛运动的轨迹．2．依据轨迹争辩平抛运动的特点并求初速度．二、试验原理平抛物体的运动可以看做是由两个分运动合成的，即水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动．使小球做平抛运动，利用描迹法描出小球的运动轨迹，建立坐标系，测出轨迹曲线上某一点的坐标x和y，依据公式：x＝v0t和y＝eq\f(1,2)gt2，就可求得v0＝xeq\r(\f(g,2y))，即为小球做平抛运动的初速度．三、试验器材斜槽(带小球)、木板及竖直固定支架、白纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺．四、试验步骤1．安装调平：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．如图1所示．图12．建立坐标系：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，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，在粗略确定的位置四周用铅笔较精确     地描出小球通过的位置，并在坐标纸上登记该点．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的轨迹．五、数据处理1．推断平抛运动的轨迹是不是抛物线(1)如图2所示，图2，在x轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3……把线段OA1的长度记为l，那么OA2＝2l、OA3＝3l……，由A1、A2、A3……向下作垂线，垂线与抛体轨迹的交点记为M1、M2、M3……假如轨迹的确是一条抛物线，M1、M2、M3……各点的y坐标与x坐标之间的关系应当具有y＝ax2的形式(a是一个待定的常量)．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(例如a＝0.23，可以不写单位)，于是知道了代表这个轨迹的一个可能的关系式(即y＝0.23x2)．测量其他几个点的x、y坐标．假如各点的x、y坐标均满足同一关系式y＝ax2(在误差允许范围内)，则说明这条曲线确定是一条抛物线．(2)依据平抛运动轨迹求平抛物体的初速度①在轨迹上任取一点，测出该点离原点的水平位移x及竖直位移y，就可求出初速度v0.因x＝v0t，y＝eq\f(1,2)gt2，故v0＝xeq\r(\f(g,2y)).图3②在轨迹上任取三点A、B、C(如图3所示)，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Δy＝yBC－yAB＝gt2所以t＝eq\r(\f(yBC－yAB,g))所以初速度v0＝eq\f(x,t)＝xeq\r(\f(g,yBC－yAB))六、留意事项1．试验中必需调整斜槽末端的切线水平(检验是否水平的方法是：将小球放在斜槽末端水平部分，将其向两边各轻轻拨动一次，看其是否有明显的运动倾向)．2．方木板必需处于竖直平面内，固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直．3．小球每次必需从斜槽上同一位置滚下．4．坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时球心在木板上的投影点．5．小球开头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始终到达右下角为宜．6．在轨迹上选取离坐标原点O较远的一些点来计算初速度．七、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．小球运动的位置确定不精确     ．3．量取轨迹上各点坐标时不精确     ．例1(1)在做“争辩平抛运动”试验时，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．游标卡尺 B．秒表C．坐标纸 D．天平E．弹簧秤 F．重垂线(2)试验中，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．斜槽轨道必需光滑C．斜槽轨道末端可以不水平D．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E．为了比较精确     地描出小球运动的轨迹，应当用一条曲线把全部的点连接起来[即学即用]1．在“争辩平抛运动”的试验中，可以描绘出小球平抛运动的轨迹，试验简要步骤如下：图4A．让小球多次从________位置滚下，登记小球遇到铅笔笔尖的一系列位置．B．按图4安装好器材，留意________，登记平抛初位置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轴建立坐标系，用平滑曲线画出平抛运动物体的轨迹．(1)完成上述步骤，将正确的答案填在横线上．(2)上述试验步骤的合理挨次是________．(3)怎样才能保证小球每次释放做平抛运动的轨迹相同呢？例2(1)平抛物体的运动规律可以概括为两点：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5所示为争辩平抛运动的试验装置，现把两个小铁球分别吸在电磁铁C、E上，然后切断电磁铁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断电释放它吸着的小铁球，两铁球同时落到地面．这个试验()图5A．只能说明上述规律中的第①条B．只能说明上述规律中的第②条C．不能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)在争辩平抛物体运动的试验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长L＝1.6cm，若小球在平抛运动途中的几个位置如图6中的a、b、c、d所示，则小球平抛的初速度的计算式为v0＝________(用L、g表示)，其值是________(g＝10m/s2)．小球在b点的速率为________．(图6[即学即用]图72．某同学做争辩平抛运动的试验时，不慎未定好原点，只画了竖直线，而且只描出了平抛物体的后一部分轨迹．如图7所示，依此图加一把刻度尺，如何计算出平抛物体的初速度v0?第2课时试验：争辩平抛运动课堂活动区核心学问探究例1(1)CF(2)AD解析本题考查的是仪器的选择和试验的留意事项．试验还需的器材是坐标纸和重垂线，描出的轨迹在坐标纸上，便利数据处理，重垂线是用来确定竖直木板是否竖直并确定纵坐标．做平抛运动的试验时，斜槽末端必需水平，以保证小球做平抛运动．使小球每次从斜槽上相同的位置自由滑下，以使小球在斜槽末端速度相同；在描画小球运动轨迹时，应用平滑的曲线连点，偏离轨迹较远的点可舍去．[即学即用]1．(1)A.同一B．斜槽末端切线水平，方木板竖直且与小球运动轨迹所在竖直面平行(2)BAC(3)为保证小球的运动轨迹相同，应使小球每次做平抛运动的初速度相同，所以应让小球每次都从斜槽上的相同位置滚下，安装器材时应留意使斜槽末端水平，方木板竖直且板面与斜槽末端切线平行紧靠斜槽末端放置．例2(1)B(2)2eq\r(gL)0.80m/s1.0m/s解析(1)由于左端小铁球平抛的同时，右端小铁球开头做自由落体，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同样的运动，也做自由落体运动，但无法说明平抛小铁球在水平方向的运动，故只有B正确．(2)图中a、b、c、d位置对应水平位移相等．说明a→b、b→c、c→d所用时间相同，依据匀变速直线运动的特点，Δx＝aT2，则有L＝gt2①而水平方向上2L＝v0t②联立①②得v0＝2eq\r(gL)＝2eq\r(10×1.6×10－2)m/s＝0.80小球在b点的竖直分速度vy＝eq\x\to(v)ac＝eq\f(3L,2t)③联立①③得vy＝1.5eq\r(gL)＝0.60m/s小球在b点的合速度v＝eq\r(v\o\al(2,0)＋v\o\al(2,y))＝1.0m/s[即学即用]2．Δxeq\r(\f(g,y2－2y1))解析为了求出平抛物体的初速度，要画出三条等距(Δx)、平行于y轴的竖直线与轨迹分别交于A、