2019高中物理 第五章 曲线运动 3 实验:研究平抛运动学案 新人教版必修2.doc
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1、13 3 实验:研究平抛运动实验:研究平抛运动学习目标 1.学会用实验的方法描绘平抛运动的轨迹.2.会判断平抛运动的轨迹是不是抛物线.3.会根据平抛运动的轨迹计算平抛运动的初速度.4.掌握描迹法、频闪照相法等探究实验的常用方法.一、描绘平抛运动的轨迹1.实验原理用描迹法(或喷水法或频闪照相法)得到物体做平抛运动的轨迹.2.实验器材(以斜槽轨道实验为例)斜槽、小球、方木板、图钉、刻度尺、铅垂线、铅笔、坐标纸、铁架台.3.实验步骤(1)按图 1 甲所示安装实验装置,使斜槽末端水平(小球在斜槽末端点恰好静止).图 1(2)固定木板上的坐标纸,使木板保持竖直状态,小球的运动轨迹与板面平行,坐标纸方格横
2、线呈水平方向.(3)以斜槽水平末端端口上小球球心在木板上的投影点为坐标原点O,过O点画出竖直的y轴和水平的x轴.(4)使小球从斜槽上同一位置由静止滚下,把笔尖放在小球可能经过的位置上,如果小球运动中碰到笔尖,就用铅笔在该位置画上一点.用同样方法,在小球运动路线上描下若干点.(5)将坐标纸从木板上取下,从O点开始通过画出的若干点描出一条平滑的曲线,如图乙所示.4.注意事项(1)实验中必须调整斜槽末端的切线水平(将小球放在斜槽末端水平部分,若小球静止,则斜槽末端水平).(2)方木板必须处于竖直平面内,固定时要用铅垂线检查坐标纸竖线是否竖直.(3)小球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放.2(4)坐标
3、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)小球开始滚下的位置高度要适中,以使小球做平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜.二、数据处理1.判断平抛运动的轨迹是不是抛物线方法一 公式法(1)原理:若平抛运动的轨迹是抛物线,则当以抛出点为坐标原点,建立直角坐标系后,轨迹上各点的坐标应具有yax2的关系,而且同一轨迹a是一个确定的值.(2)验证方法用刻度尺测量几个点的x、y两个坐标,分别代入yax2中求出常量a,看计算得到的a值在误差允许的范围内是否是一个常数.方法二 图象法建立yx2坐标系,根据所测量的各个点的x、y坐标值分别计算出对应的y值和x2值,在yx2坐标系
4、中描点,连接各点看是否在一条直线上,并求出该直线的斜率即为a值.2.计算初速度在小球平抛运动轨迹上任取一点,用刻度尺测出它的坐标(x,y),利用公式ygt2和1 2xv0t,求出小球做平抛运动的初速度v0(g已知),多求几个点然后求出v0的平均值.一、平抛运动实验的原理与实验操作例 1 在“研究平抛运动”实验中.(1)图 2 是横挡条卡住平抛小球,用铅笔标注小球最高点,确定平抛运动轨迹的方法,坐标原点应选小球在斜槽末端点时的_.图 2A.球心B.球的上端C.球的下端在此实验中,下列说法正确的是_.3A.斜槽轨道必须光滑B.记录的点应适当多一些C.用光滑曲线把所有的点连接起来D.y轴的方向根据重
5、锤线确定(2)图 3 是利用图 2 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_.图 3A.释放小球时初速度不为 0B.释放小球的初始位置不同C.斜槽末端切线不水平(3)下图是利用稳定的细水柱显示平抛运动轨迹的装置,其中正确的是( )答案 (1)B BD (2)C (3)B【考点】研究平抛运动的基础性实验【题点】实验操作、注意事项和误差分析1.为保证小球做平抛运动,必须使斜槽的末端水平.2.为保证小球每次平抛的初速度相同,必须让小球从同一位置由静止释放.二、计算平抛运动的初速度计算平抛运动的初速度可以分为两种情况(1)平抛轨迹完整(即含有抛出点)在轨迹上任取一点,测出该点离
6、坐标原点的水平位移x及竖直位移y,就可求出初速度v0.因xv0t,ygt2,故v0x.1 2g 2y(2)平抛轨迹残缺(即无抛出点)4图 4在轨迹上任取三点A、B、C(如图 4 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hhBChABgt2所以thBChAB g所以初速度v0 x.x tg hBChAB例 2 某同学在做“研究平抛运动”实验时得到了如图 5 所示的运动轨迹,a、b、c三点的位置在运动轨迹上已标出,则:图 5(1)小球平抛的初速度为_m/s.(g取 10 m/s2)(2)小球运动到b点时速度大小vb_,方向_.(3)
7、小球抛出点的位置坐标x_cm,y_cm.答案 (1)2 (2)2.5m/s 与x轴方向夹角为 37 (3)10 1.25解析 (1)由平抛运动公式,在x轴方向上xabv0T,在竖直方向上hbchabgT2,代入数据解得T0.1s,v02m/s.(2)小球经过b点时竖直分速度vby1.5m/s,则vb2.5m/s,与x轴方hac 2Tv02vby2向的夹角为,tan ,即37.3 4(3)小球从开始运动到经过b点时历时tb0.15s,说明小球经过a点时已经运动了vby gta0.05s,所以小球抛出点的坐标xv0ta10cm,ygt1.25cm.1 2a2【考点】研究平抛运动的基础性实验【题点】
8、实验操作及用已知抛出点的轨迹求初速度5根据平抛运动轨迹测定初速度时,不要随便把题目所提供的第一个记录点当成平抛运动的抛出点.可利用自由落体运动在竖直方向上连续相同时间内下落高度之比为 135的关系来判断第一个记录点是否为抛出点,若不是,只能由 hgT2求出时间间隔.三、创新实验设计例 3 某同学设计了一个研究平抛运动的实验.实验装置示意图如图 6 甲所示,A是一块平面木板,在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽(图中P0P0、P1P1、),槽间距离均为d.把覆盖复写纸的白纸铺贴在平面硬板B上.实验时依次将B板插入A板的各插槽中,每次让小球从斜轨道的同一位置由静止释放.每打完一点后,把B板插入后一槽
9、中并同时向纸面内侧平移距离d.实验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点,如图乙所示.图 6(1)实验前应对实验装置反复调节,直到_.每次让小球从同一位置由静止释放,是为了_.(2)每次将B板向内侧平移距离d,是为了_.(3)在图乙中绘出小球做平抛运动的轨迹.答案 见解析解析 本实验把小球通过的水平相等位移(即槽间距离d),巧妙转化为题图中x轴上通过相同的位移(即向纸内侧平移距离d),而竖直方向确定的落点为竖直位置,因而可画出平抛运动的轨迹.(1)根据实验设计方案,实验前应对实验装置进行调节,使斜轨道末端切线水平,以保证小球飞出时的速度沿水平方向,小球做平抛运动.每次让小球从同一位置由静止释放的目的
10、是使小球每次做平抛运动的初速度相同,轨迹相同.(2)每次将B板向内侧平移距离d是为了保持记录纸上每两点之间的水平距离相同.(3)如图所示(注意要用平滑的曲线连接).6【考点】研究平抛运动的创新性实验【题点】研究平抛运动的创新性实验1.本实验中,把小球的平抛运动的轨迹由纸面内转换到垂直纸面的平面内.2.B板每向右平移距离d,同时向纸面内侧平移距离d,使转换具有等效性.1.(实验操作)(多选)在做“研究平抛运动”的实验时,下列说法正确的是( )A.安装斜槽和木板时,一定要注意木板是否竖直B.安装斜槽和木板时,只需注意小球不和木板发生摩擦C.每次实验都要把小球从同一位置由静止释放D.实验的目的是描绘
11、出小球的运动轨迹,分析平抛运动的规律答案 ACD解析 安装斜槽和木板时,必须使斜槽末端切线水平,使木板竖直,以确保小球水平飞出和正确画出小球的运动轨迹,A 正确,B 错误;小球每次从斜槽上的同一位置由静止开始滚下,可保证小球初速度不变,C 正确;由实验目的可知,D 正确.【考点】研究平抛运动的基础性实验【题点】实验操作、注意事项和误差分析2.(实验方案设计)(多选)在探究平抛运动的规律时,可以选用如图 7 所示的各种装置图,则以下操作合理的是( )图 7A.选用装置图甲研究平抛物体的竖直分运动时,应该用眼睛看A、B两球是否同时落地B.选用装置图乙并要获得稳定的细水柱显示出平抛运动的轨迹,竖直管
12、上端A一定要低于水面7C.选用装置图丙并要获得钢球做平抛运动的轨迹,每次不一定从斜槽上同一位置由静止释放钢球D.除上述装置外,还可以用数码照相机每秒拍摄 15 帧钢球做平抛运动的照片以获得平抛运动的轨迹答案 BD解析 小球下落的速度很快,运动时间很短,用眼睛看很难准确判断出小球落地的先后顺序,应听声音,选项 A 错误;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处的压强始终等于大气压强,不受瓶内水面高低的影响,因此可以得到稳定的细水柱,选项 B 正确;只有每次从同一位置由静止释放钢球,钢球做平抛运动的初速度才相同,选项 C 错误;获得钢球做平抛运动时每秒 15 帧的照片就等同于做平抛
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