1.3 探究平抛运动的特点-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理必修第二册同步全程学习全书word（教科版2019）

3　探究平抛运动的特点 一、实验原理 1.由于物体是沿着水平方向抛出的,在运动过程中只受到竖直向下的重力作用,因此我们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.可以用频闪照相或录制视频的方法,记录做平抛运动的物体在不同时刻的位置;也可以用描迹法获得物体做平抛运动的轨迹。 3.以抛出点为坐标原点,水平方向为x轴,竖直向下为y轴建立平面直角坐标系。当轨迹上各点的坐标具有y=ax2的关系,且同一轨迹的a是一个特定的值时,平抛运动的轨迹是抛物线。 二、实验器材 斜槽(带小球)、方木板及竖直固定支架、挡板、白纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺等。 三、实验步骤 1.探究平抛运动竖直分运动的特点 在如图所示的实验中,用小锤击打弹性金属片后,A球沿水平方向抛出,做平抛运动;同时B球被释放,自由下落,做自由落体运动。分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度,多次重复这个实验,记录实验现象。 (1)实验现象:A、B两个小球从相同高度同时开始运动,又同时落地。 (2)实验结论:A球在竖直方向上的分运动的运动性质和B球的运动性质相同,是自由落体运动,所以平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动。 2.探究平抛运动水平分运动的特点 (1)在如图所示的装置中,斜槽M末端水平。通过调节调平螺丝,使背板处于竖直平面内,卡好倾斜挡板N。将一张白纸衬垫一张复写纸,紧贴在背板上。 (2)钢球在斜槽中从某一高度滚下,从末端飞出后做平抛运动。钢球落到倾斜的挡板上后,就会挤压复写纸,在白纸上留下印迹。 (3)上下调节挡板N,通过多次实验,在白纸上记录钢球所经过的多个位置。最后,用平滑曲线把这些印迹连接起来,就得到钢球做平抛运动的轨迹。 一、数据处理 1.通过竖直分运动的规律来获得水平分运动所发生的时间T (1)在“探究平抛运动竖直分运动的特点”的实验中,已经得出了平抛运动的竖直分运动为自由落体运动,根据等时性原理我们知道水平分运动和竖直分运动是同时发生的,所以可以通过竖直分运动来找相等的时间间隔。 (2)根据自由落体运动的位移公式h=gt2,我们可以得出,在相邻相等的时间间隔内物体所发生的位移之比为 1∶3∶5∶…∶(2n+1),那么我们就可以从坐标系的纵轴上选取长度分别为h、3h、5h的相邻线段,即选取纵坐标分别为h、4h、9h的三个点,如图所示。 由图可知,物体由O→A、A→B和B→C所用的时间相等,有Δy=gT2。 2.分析水平分运动的规律 (1)在平抛的轨迹上找出水平分运动在相邻相等的时间间隔里所到达的位置,例如O、A、B、C等点,就找出了水平分运动在相邻相等的时间间隔内所发生的位移x。 (2)观察到水平分位移都近似相等,由x=v0T确定平抛运动的水平分运动是匀速直线运动。 二、注意事项 1.实验中必须调整斜槽末端的切线水平(检验是否水平的方法是将小球放在斜槽末端水平部分,将其向两边各轻轻拨动一次,看其是否会加速或减速运动)。 2.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,以使小球平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜。 三、实验的拓展创新——用其他方法获得平抛运动的轨迹 1.描迹法 (1)安装调整。 ①将带有斜槽轨道的木板固定在实验桌上,使其末端伸出桌面,轨道末端切线水平。 ②用图钉将坐标纸固定于竖直木板的左上角,把木板调整到竖直位置,使板面与钢球的运动轨迹所在平面平行且靠近,如图所示。 (2)建坐标系:把钢球放在槽口处,用铅笔记下钢球在槽口(轨道末端)时球心所在木板上的投影点O,O点即为坐标原点,利用重垂线画出过坐标原点的竖直线作为y轴,画出水平向右的x轴。 (3)确定钢球位置。 ①将钢球从斜槽上某一位置由静止滚下,钢球从轨道末端射出,先用眼睛粗略确定做平抛运动的钢球在某一x值处的y值。 ②让钢球由同一位置自由滚下,在粗略确定的位置附近用铅笔较准确地描出钢球通过的位置,并在坐标纸上记下该点。 ③用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置。 (4)描点得轨迹:取下坐标纸,将坐标纸上记下的一系列点用平滑曲线连接起来,即得到小球做平抛运动的轨迹。 2.喷水法 如图所示,倒置的瓶内装有水,瓶塞内插着两根两端开口的细管,其中一根弯成水平,且加上一个很细的喷嘴。 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,将它描在背后的纸上,进行分析处理。 类型一　实验原理与操作 [例1] 某学习小组做“探究平抛运动的特点”的实验。 (1)甲同学采用如图甲所示的装置。用小锤击打弹性金属片,金属片把A球沿水平方向弹出,同时B球被松开,自由下落,观察到两球同时落地,