5.3 实验：探究平抛运动的特点-2023-2024学年高一元创物理提前学+强基础（人教版2019必修第二册）

2023-2024学年 高一 元创物理 提前学 + 强基础 必修二第五章：抛体运动 3 实验：探究平抛运动的特点 核心目标 1. 知道平抛运动研究方法，掌握描迹法、频闪照相法，会描绘平抛运动的轨迹，会判断轨迹是不是抛物线， 2. 了解获取及处理数据的方法，会根据平抛运动的轨迹，研究平抛运动水平和竖直分运动的特点。 【阅读+理解】----提前学知识要点 问题 以一定的速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受重力的作用，这时的运动叫作抛体运动。如果初速度是沿水平方向的，这样的抛体运动就叫作平抛运动。 下面我们通过实验来探究物体做平抛运动的特点。 1. 实验思路 平抛运动的轨迹是曲线，比直线运动复杂。我们可以按照把复杂的曲线运动分解为两个相对简单的直线运动的思路，分别研究物体在竖直方向和水平方向的运动特点。 大家可能会想到，平抛运动可以看作是在竖直方向的分运动和水平方向的分运动的合运动。如果这两个分运动研究清楚了，平抛运动的规律自然就清楚了。 2. 进行实验 为了研究平抛运动的特点，我们应该想办法把运动物体的位置随时间变化的信息记录下来。比如，用频闪照相的方法，记录物体在不同时刻的位置。当然也可以用别的方法记录信息，开展研究。如图是用频闪照相的方法记录的做平抛运动的小球每隔相等的时间的位置图。 以左边第一个小球的中心为原点，沿水平向右和竖直向下的方向建立直角坐标系，将各球中心点的横坐标和纵坐标记录在自己设计的表格中。 3. 数据分析 根据所记录的数据，以及相邻小球时间间隔相等的特点，分析小球在水平方向分运动的特点。然后再按照这个办法，分析小球在竖直方向分运动的特点。 4. 参考案例 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。A、B 两球同时开始运动。观察两球的运动轨迹，比较它们落地时间的先后。 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，记录实验现象有什么变化。 从这个实验看，平抛运动在竖直方向的分运动是什么运动？ 步骤2：探究平抛运动水平方向分运动的特点 如果我们能够得到平抛运动的轨迹，利用前面探究得出的平抛运动竖直分运动的特点，就可以分析得出平抛运动在水平方向分运动的特点。 在下图所示的装置中，斜槽 M 末端水平。钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出后做平抛运动。在装置中有一个水平放置的可上下调节的倾斜挡板N，钢球飞出后，落到挡板上。实验前，先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上。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。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。 根据步骤 1 得出的平抛运动在竖直方向分速度随时间变化的规律，设法确定“相等的时间间隔”。再看相等的时间内水平分运动的位移，进而确定水平分运动的规律。 拓展学习：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。一种设计原理如下左图所示。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—红外接收装置 B。B盒装有B1、B2两个超声—红外接收器，并与计算机相连。B1、B2各自测出收到超声脉冲和红外脉冲的时间差，并由此算出它们各自与物体 A 的距离。从如下左图可以看出，在这两个距离确定之后，由于 B1、B2 两处的距离是已知的，所以物体A 的位置也就确定了。计算机可以即时给出 A 的坐标。 如下中图是按这样的原理制作的一种实验装置（超声—红外接收装置 B 的安装位置与如下左图不同）。如下右图图是某次实验中计算机描出的平抛运动的轨迹。除此之外，计算机还能直接给出平抛运动的初速度等其他物理量。 【理解+记忆】----常思考笔记重点 一、实验思路 1. 沿 方向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 力的作用，这时的运动叫做平抛运动． 2.按照运动的合成与分解原理，可以把平抛运动看成竖直方向和水平方向两个分运动的合运动．用 法记录做平抛运动物体的位置，获得轨迹，分别研究物体在这两个方向的运动特点，即可探究其运动特点。 二、实验器材 斜槽、钢球、白纸、复写纸、铅垂线、铅笔、平抛铁架台(有背板及水平放置的可上下调节的挡板)． 三、实验步骤 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 　水平． （2）用图钉将坐标纸固定于竖