5.3实验：探究平抛运动的特点（导学案）【点石成金系列】2022-2023学年高中物理同步备课（人教版2019必修第二册）

3.实验：探究平抛运动的特点 【课标解读】 1．知道什么是平抛及物体做平抛运动的条件。 2．知道抛体运动只受重力作用。 3．探究平抛运动在水平方向上是匀速直线运动和竖直方向自由落体运动，并且这两个运动互不影响。 【核心素养】 物理观念：知道平抛运动可以分解成水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。 科学思维：观察现象→初步分析→猜测实验研究→得出规律→重复实验→鉴别结论→追求统一 科学探究： 利用已知的直线运动的规律来研究复杂的曲线运动，渗透物理学“化曲为直”“化繁为简”的方 法及“等效代换”正交分解”的思想方法。 科学态度与责任： 通过实验探究教学，激发学习兴趣和求知的欲望 1.抛体运动和平抛运动 (1)抛体运动：以一定的速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受____的作用，这时的运动叫作抛体运动。 (2)平抛运动：初速度沿______方向的抛体运动。 2．实验：探究平抛运动的特点 (1)实验原理 ①实验思路：由于物体是沿着水平方向抛出的，在运动过程中只受竖直向下的重力作用，因此可以尝试将平抛运动分解为水平方向的分运动和竖直方向的分运动。 ②实验方案 方案一：用频闪照相等方法记录做平抛运动的物体经过相等时间间隔所到达的位置，获得水平方向和竖直方向的位移随时间变化的具体数据，便可以独立分析水平方向和竖直方向的运动规律。 方案二：在水平和竖直两个方向中，先研究其中一个方向的运动规律，再设法分析另外一个方向的运动规律。 (2)实验器材(方案二) ①探究平抛运动竖直分运动特点的实验器材：小锤一个、相同的小铁球两个、平抛竖落仪一个。 ②探究平抛运动水平分运动特点的实验器材：斜槽、钢球、白纸、复写纸、铅垂线、铅笔、刻度尺、平抛铁架台(有背板及水平放置的可上下调节的挡板)。 课堂任务　探究过程·获取数据 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：如图甲所示，如何探究平抛运动竖直分运动的特点？ 活动2：探究平抛运动竖直分运动的特点时需要注意什么？ 活动3：如图乙，如何探究平抛运动水平分运动的特点？ 活动4：探究平抛运动水平分运动的特点时需要注意什么？ 课堂任务　分析数据·得出结论 活动1：探究平抛运动竖直分运动的特点时，A、B两球哪个先落地？说明什么？ 活动2：得到钢球做平抛运动的轨迹后，如何选取坐标原点和坐标轴？ 活动3：如图曲线OP是钢球做平抛运动的轨迹，如何由竖直方向的分运动确定“相等的时间间隔”？ 活动4：根据运动的合成与分解，测出相等时间间隔内的水平位移，你能得出什么结论？ 活动5：由实验得出平抛运动的特点是什么？ 课堂任务　误差分析·实验创新 1．A、B两球由于不完全相同，因而在空中所受阻力不同，产生误差。 2．探究平抛运动竖直方向分运动的特点时，用小锤击打弹性金属片后，A球不能完全水平飞出，B球不能立即被释放、同时下落，产生误差。 3．安装斜槽时，其末端切线不水平，导致小球离开斜槽后不做平抛运动，产生误差。 4．建立坐标系时，坐标原点的位置确定不准确，导致轨迹上各点的坐标不准确，产生误差。 5．小球每次自由滚下时起始位置不完全相同，导致轨迹出现误差。 6．确定小球运动的位置时不准确，会导致误差。 7．量取轨迹上各点坐标时不准确，会导致误差。 1．先研究水平方向的运动，再研究竖直方向的运动 可用图a装置，研究水平方向的运动。在如图a所示的装置中，两个相同的弧形轨道M、N分别用于发射小铁球P、Q。两轨道上端分别装有电磁铁C、D，调节电磁铁C、D的高度，使AC＝BD，从而保证小铁球P、Q在轨道出口处的水平初速度v0相等。 将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小铁球能以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的下端射出。观察两小铁球是否同时到达E处，发生碰撞。增加或者减小轨道M的高度，再进行实验，观察两小铁球是否发生碰撞。 再描绘出平抛运动的轨迹，以水平方向为x轴，竖直方向为y轴，从起点的位置开始，水平方向上相等的位移对应的时间间隔相等，以此确定出相等的时间间隔，测出从起点开始连续相等的时间间隔内的竖直方向的位移，即可研究竖直方向的运动。 2．用喷水法描绘物体做平抛运动的轨迹 如图b所示，倒置的饮料瓶内装着水，瓶塞内插着两根两端开口的细管，其中一根弯成水平，且水平端加接一根更细的硬管作为喷嘴。水从喷嘴中射出，在空中形成弯曲的细水柱，它显示了平抛运动的轨迹，可在装置一侧竖直放置一玻璃板，将平抛运动的轨迹描在玻璃板上。 3．用传感器和计算机描绘物体做平抛运动的轨迹 用传感器和计算机可以方便地描出做平抛运动的物体的轨迹。一种设计原理如图c所示。物体A在做平抛运动，它能够在竖直平面内向各个方向同时发射超声波脉冲和红外线脉冲。在它运动的平面内安放着超声—红外接收装