2.3 科学探究：平抛运动的特点 学案-福建省莆田第二中学2020-2021学年高一下学期物理鲁科版（2019）必修2

第3节　科学探究：平抛运动的特点 学案 学习目标： 1.平抛运动的条件及相应控制方法. 2.判断运动轨迹是否是抛物线的方法. 3.知道测量初速度时需要测量的物理量． 基础知识： 一、实验目的 (1)描绘物体做平抛运动的轨迹并分析其特点． (2)根据平抛运动的轨迹求平抛初速度． 二、实验器材 斜槽、小球、木板、铅垂线、坐标纸、图钉、刻度尺、铅笔(或卡孔)等． 三、实验原理与设计 将斜槽等器材安装起来，小球从斜槽上滚下，通过水平槽飞出后做平抛运动．使小球每次都从斜槽上同一位置由静止释放，小球在空中做平抛运动的轨迹相同．设法用铅笔描出小球经过的位置．通过多次实验，在坐标纸上记录小球所经过的多个位置，用平滑的曲线将各点连起来，从而得到小球做平抛运动的轨迹． 根据平抛运动的公式x＝v0t和y＝gt2，可求出小球做平抛运动的初速度． 四、实验步骤 (1)用图钉把坐标纸钉在竖直木板上，在木板的左上角固定斜槽，并使其末端保持水平． (2)用悬挂在槽口的铅垂线把木板调整到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直面平行且靠近，固定好木板． (3)把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口时球心在木板上的水平投影点O，再利用铅垂线在纸上画出通过O点的竖直线． (4)将小球从斜槽上合适的位置由静止释放，使小球的运动轨迹大致经过坐标纸的右下角． (5)把笔尖放在小球可能经过的位置，如果小球运动中碰到笔尖，用铅笔在坐标纸该位置画上一点．用同样的方法，从同一位置释放小球，在小球运动路线上描下若干点． 五、数据分析 (1)根据实验记录，在坐标纸上描绘小球平抛运动的轨迹． (2)在平抛运动轨迹上选取几个水平间距相等的测量点，测出并计算相应物理量填入你设计的表格中． (3)观察描出的轨迹，与你熟悉的曲线进行比较，猜想y与x的关系，作出y－x2图像，验证你的猜想． 六、实验结论 物体在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向做自由落体运动 重难点理解： 一．判断平抛运动的轨迹是否抛物线 (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y＝ax2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y＝ax2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：图像法 建立y ­x2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y ­x2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． 二．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x＝v0t，y＝gt2，故v0＝x. (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Δh＝hBC－hAB＝gt2 所以t＝， 所以初速度v0＝＝x. 典例1、在研究平抛运动的实验中，可以描绘物体做平抛运动的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 位置由静止滚下，记下小球穿过卡片孔的一系列位置． B．安装好器材，注意斜槽末端水平和平板竖直，记下斜槽末端小球球心在平板上的投影点O和画出过点O的竖直线．检测斜槽末端是否水平的方法是 ． 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．取下坐标纸，以O为原点，以竖直线为y轴，以垂直竖直线的方向为x轴建立坐标系，用平滑曲线画出平抛轨迹． (1)上述实验步骤的合理顺序是 (只排列序号即可)． (2)补充完整实验步骤． [解析]　(1)实验应该按照以下顺序进行：首先安装器材，然后记录小球位置，接着描绘平抛轨迹，最后处理实验数据求初速度．所以合理顺序为BADC. (2)实验描绘的是平抛运动的轨迹，要保证小球做平抛运动，且同一条平抛运动轨迹对应唯一的初速度，所以要求小球每次都从同一位置由静止滚下；检测斜槽末端是否水平的方法是平衡法，即将小球静止放置在斜槽末端的不同位置，看它是否滚动，若均不滚动说明已经水平；根据平抛运动规律可知x＝v0t，y＝gt2，两式联立可得v0＝x. [答案]　(1)BADC　(2)同一　平衡法　x 巩固练习： 1．(多选)在“研究平抛运动”的实验中，为了求平抛物体的初速度，需直接测的数据有(　　) A．小球开始滚下的高度 B．小球在空中飞行的时间 C．运动轨迹上某点P的水平坐标 D．运动轨迹上某点P的竖直坐标 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