2.3 科学探究：平抛运动的特点 学案 -2021-2022学年高一下学期物理鲁科版（2019）必修第二册

第3节　科学探究：平抛运动的特点 学案 学习目标： 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。 基础知识： 一、实验原理和方法 1．利用追踪法逐点描出小球运动的轨迹． 2．建立坐标系，如果轨迹上各点的y坐标与x坐标间的关系具有y＝ax2的形式(a是一个常量)，则轨迹是一条抛物线． 3．测出轨迹上某点的坐标x、y，根据x＝v0t，y＝gt2得初速度v0＝x. 二、实验器材 斜槽、小球、方木板、铁架台、坐标纸、图钉、铅垂线、三角板、铅笔、刻度尺． 三、实验步骤 1．按图甲所示安装实验装置，使斜槽末端水平． 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点开始连接画出的若干点描出一条平滑的曲线，如图乙所示． 四、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． 五、误差分析 1．仪器安装时，未检查斜槽末端是否水平会造成系统误差． 2．描点不准确，测量水平位移和竖直位移不准确会造成偶然误差． 六、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． 典例1、(1)在做“研究平抛运动”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外，下列器材中还需要的有________。 A.游标卡尺　B.秒表　C.坐标纸　D.天平　E.弹簧测力计　F.重垂线 (2)(多选)实验中，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滚下 B.斜槽轨道必须光滑 C.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 D.斜槽轨道末端可以不水平 (3)(多选)引起实验结果偏差较大的原因可能是________。 A.安装斜槽时，斜槽末端切线方向不水平 B.确定Oy轴时，没有用重垂线 C.斜槽不是绝对光滑的，有一定摩擦 D.空气阻力对小球运动有较大影响 解析　(1)实验中需要在坐标纸上记录小球的位置，描绘小球的运动轨迹，需要利用重垂线确定坐标轴的y轴。故C、F是需要的。 (2)使小球从斜槽上同一位置滚下，才能保证每次的轨迹相同，A正确；斜槽没必要必须光滑，只要能使小球飞出的初速度相同即可，B错误；实验中记录的点越多，轨迹越精确，C正确；斜槽末端必须水平，才能保证小球离开斜槽后做平抛运动，D错误。 (3)小球从斜槽末端飞出时，斜槽切线不水平，y轴方向不沿竖直方向，空气阻力对小球运动有较大影响，都会影响小球的运动轨迹或计数点的坐标值，从而引起较大的实验误差，而斜槽不绝对光滑只会影响小球平抛的初速度大小，不会影响实验结果偏差大小，故A、B、D正确。 答案　(1)C、F　(2)AC　(3)ABD 典例2、如图甲是研究平抛物体运动的实验装置图，如图乙是实验后在白纸上作的图和所测数据。 （1）在图甲上标出O点及Ox、Oy轴，并说明这两条坐标轴是如何作出的？ （2）说明判定槽口切线是否水平的方法； （3）实验过程中需经过多次释放小球才能描绘出小球运动的轨迹，进行这一实验步骤时应注意什么？ （4）根据图乙给出的数据，计算此平抛运动的初速度v0. 解析（1）利用拴在槽口处的重垂线作出Oy轴，Ox轴与Oy轴垂直，O点在槽口上方r（r为小球半径）处。 （2）将小球放在槽口的水平部分，小球既不向里滚也不向外滚，说明槽口末端是水平的。 （3）应注意每次小球都从轨道同一位置由静止释放。 （4）利用B点进行计算y=gt2/2 ，得 t==［(2×0.441)/9.8］1/2s=0.30 s v0=x/t=0.48/0.30m/s=1.6 m/s 答案：平抛的初速度