高一物理人教版必修25.3研究平抛运动.doc

第五章曲线运动第3节实验：研究平抛运动 班级 姓名 【学习目标】1.学会用实验的方法描绘平抛运动的轨迹并验证轨迹是一条抛物线2能根据运动轨迹求平抛运动的初速度【学习重难点】求平抛运动的初速度【自主学习】一、实验原理使小球做平抛运动，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，由公式：xv0t和ygt2，可得v0x想一想：描出小球的运动轨迹有哪些方法？答案描绘轨迹可以采用的方法有斜面小槽法、喷水法和频闪照相法二、实验器材(以斜面小槽法为例)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、刻度尺三、实验步骤(以斜面小槽法为例)1按图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)2以水平槽末端端口上小球球心位置为坐标原点O，过O点画出竖直的y轴和水平的x轴3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4将白纸从木板上取下，从O点开始通过画出的若干点描出一条平滑的曲线，如图乙所示二、数据处理1判断平抛运动的轨迹是不是抛物线(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，轨迹上各点的坐标具有yax2的关系，且同一轨迹上a是一个特定的值(2)验证方法方法一：代入法。用刻度尺测量几个点的x、y坐标，分别代入yax2中求出常数a，看计算得到的a值在误差范围内是否为一常数方法二：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y值的x2值，在yx2坐标系中描点，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计算平抛运动的初速度(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.(2)平抛轨迹残缺(即无抛出点)如图所示，在轨迹上任取三点A、B、C，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t，所以初速度v0x.三、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，固定时要用重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6在轨迹上选取离坐标原点O点较远的一些点来计算初速度【课内探究】一、探究实验过程的考察【例1】在“研究平抛运动”的实验中，可以描绘平抛物体运动轨迹和求物体的平抛初速度实验简要步骤如下：A让小球多次从_位置上滚下，记下小球运动途中经过的一系列位置；B安装好器材，注意斜槽末端水平和木板竖直，记下小球在斜槽末端时球心在木板上的投影点O和过O点的竖直线，检测斜槽末端水平的方法是_C测出曲线上某点的坐标x、y，用v0_算出该小球的平抛初速度，实验需要对多个点求v0的值，然后求它们的平均值D取下白纸，以O为原点，以过O点的竖直线为y轴，水平线为x轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛轨迹上述实验步骤的合理顺序是_(只排列序号即可)变式训练1 某学生在做“研究平抛运动”的实验中，描出了如图所示的几个实验点，其中偏差较大的实验点B出现的原因可能是()A小球滚下的高度较其他各次高B小球滚下的高度较其他各次低C小球滚下时具有一定的初速度D以上说法均有可能二、平抛运动的初速度例2(1)研究平抛运动，下面哪些做法可以减小实验误差()A使用密度大、体积小的钢球B尽量减小钢球与斜槽间的摩擦C实验时，让小球每次都从同一高度由静止开始滚下D使斜槽末端切线保持水平(2)某同学在做“研究平抛运动”的实验中，忘记记下小球做平抛运动的起点位置O，A为小球运动一段时间后的位置，根据如图所示，求出小球做平抛运动的初速度为_m/s.变式训练2. 如图所示为一小球做平抛运动的闪光照相照片的一部分，图中背景方格的边长均为5 cm，如果g取10 m/s2，那么：(1)照相机的闪光频率是_Hz；(2)小球运动中水平分速度的大小是_ m/s；(3)小球经过B点时的速度大小是_ m/s.【巩固练习】1在探究平抛运动的规律时，可以选用如图所示的各种装置图，则以下操作合理的是()A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，竖直管上端A一定要低于水面C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拍摄钢球做平抛运动时每秒15帧的录像以获得平抛运动的轨迹2.在研究平抛运动的实验中，为了确定小球在不同时刻所通过的位置，实验时用如图534所示的装置，先将斜槽轨道的末端调整水平，在一块平木板表面钉上复写纸和白纸，并将该木板竖直立于槽口附近使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞到木板并在白纸上留下痕迹A；将木板向远离槽口方向平移距离x，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞在木板上得到痕迹B；将木板再向远离槽口方向平移距离x，小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，得到痕迹C.若测得木板每次移动的距离均为x10.00 cm.A、B间距离y14.78 cm，B、C间距离y214.58 cm.(g取9.80 m/s2)(1)根据以上直接测量的物理量求得小球的初速度为v0_(用题中所给字母表示)(2)小球的初速度的测量值为_ m/s.3.试根据平抛运动原理设计“测量弹射器中弹丸出射初速度”的实验方案提供的实验器材为：弹射器(含弹丸，如图所示)、铁架台(带有夹具)、米尺(1)画出实验示意图(2)在安装弹射器时应注意_(3)实验中需要测量的量为(并在示意图中用字母标出)_(4)由于弹射器每次射出的弹丸初速度不可能完全相等，在实验中应采取的方法是_(5)计算公式为_4. 在研究平抛运动的实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长L1.25 cm，若小球在平抛运动途中的几个位置如图5316中a、b、c、d所示，则(1)求小球平抛运动的初速度的计算式(用L、g表示)，其值是多少？(2)a点是平抛小球抛出点的位置吗？如果不是，那么抛出点的位置怎样确定？