第2章 第3节 科学探究：平抛运动的特点（Word教参）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理必修第二册（鲁科版2019）

第3节　科学探究：平抛运动的特点 核心素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 知道平抛运动的条件及在实验中控制物体做平抛运动的方法．能通过实验描绘出物体做平抛运动的轨迹． 能用抛体运动规律相关的证据说明结论并做解释；能从不同角度分析解决抛体运动问题． 能完成“探究平抛运动的特点”等物理实验；能制定实验方案，获取数据；能分析数据、提出猜想；能撰写比较完整的实验报告；能根据实验报告进行交流． 能通过对平抛运动特点的研究，能认识物理学是人们有意识探究而形成的对自然现象的描述与解释；能体会物理学的技术应用对日常生活的影响． [对应学生用书P54] 知识点一 实验思路 1．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． 2．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． 3．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❶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❷，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❸． 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． 知识点二 进行实验 1.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． 2．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． (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． 知识点三 数据记录与分析 1.判断平抛运动的轨迹是不是抛物线 (1)如图所示，在x轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3、…，把线段OA1的长度记为L，那么OA2＝2L、OA3＝3L、….过A1、A2、A3、…向下作垂线，与轨迹的交点记为M1、M2、M3、… (2)设轨迹是一条抛物线，则M1、M2、M3…各点的y坐标与x坐标应该具有的形式为y＝ax2，a是常量． (3)用刻度尺测量某点的x、y两个坐标，代入y＝ax2中，求出常量A． (4)测量其他几个点的x、y坐标，代入上式，看由各点坐标求出的a值是否相等．如果在误差❺允许范围内相等，就说明该曲线为抛物线． 2．计算平抛物体的初速度 (1)在确定坐标原点为抛出点的情况下，在轨迹曲线上任取几点(如A、B、C、D). (2)用刻度尺和三角板分别测出它们的坐标x和y. (3)根据平抛运动水平方向是匀速直线运动(x＝v0t)及竖直方向是自由落体运动，分别计算小球的初速度v0，最后计算小球的初速度v0的平均值． 1．应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滑下(√) 2．斜槽轨道必须光滑(×) 3．斜槽轨道末端可以不水平(×) 4．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(√) 批注❶： 如何检验水平槽是否水平？ 将小球放在槽口的水平部分，小球既不向里滚动，也不向外滚动，说明槽口的末端是水平的． 批注❷：为什么要强调小球每次都要从同一位置无初速释放？ 为了让小球有相同的水平初速度，如果水平初速度不同，小球每次平抛的轨迹就不同，会增大实验误差． 批注❸：如何获得小球做平抛运动的轨迹？ 方案一：描迹法 方案二：径迹法 如图所示，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，且水平端加接一段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．设法把它描在背后的纸上就能进行分析处理了． 插入瓶中的另一根细管的作用，是保持从喷嘴射出水流的速度，使其不随瓶内水面的下降而减小．这是因为该管上端与空气相通，A处水的压强始终等于大气压，不受瓶内水面高低的影响．因此，在水面降到A处以前的很长一段时间内，都可以得到稳定的细水柱． 方