5.3 实验：探究平抛运动的特点-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高一物理必修2同步课堂高效讲义教师用书人教版

第三节 实验：探究平抛运动的特点► 对应学生用书P11 [实验目的]1.探究平抛运动竖直方向分运动的特点。 2．探究平抛运动水平方向分运动的特点。 3．探究平抛运动的轨迹是一条什么曲线。 　导学第一步　预习新知，理清实验过程 一、两个概念 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，物体只受重力的作用，这时的运动叫作抛体运动。 2．平抛运动 (1)定义：如果抛体运动的初速度是沿水平方向的，物体所做的运动叫作平抛运动。 (2)特点：物体具有水平方向的初速度且运动过程中只受到重力的作用。 二、三个实验方案 方案一、比较法探究平抛运动的特点 1．探究平抛运动竖直方向分运动的特点 (1)实验步骤 ①如图，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。 ②观察两球的运动轨迹，比较它们落地时间的先后。 ③分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度，多次重复实验，记录实验现象。 (2)数据收集与分析 通过听落地声音判断并观察两球落地的时间和位置，根据A球与B球落地时间的先后，得出平抛运动竖直方向分运动随时间变化的规律。 (3)实验结果分析 处于同一高度的两个小球同时落地，且A球飞出一段水平距离。无论A球的初速度多大，总是与B球同时落地，表明平抛运动的竖直方向分运动是自由落体运动。 2．探究平抛运动水平方向分运动的特点 (1)实验步骤 ①如图，钢球在斜槽M中从某一高度无初速度滚下，从末端飞出后做平抛运动(实验前，先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上)。 ②钢球飞出后，落到挡板N上，在白纸上记录钢球所经过的位置。 ③使钢球在斜槽同一位置无初速度释放，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。 ④用平滑的曲线把这些印迹连接起来，得到钢球做平抛运动的轨迹。 (2)数据收集与分析 建立以钢球飞出点为坐标原点，以水平向右为x轴正方向，以竖直向下为y轴正方向的直角坐标系。在y轴上找几个点A1，A2，A3…满足OA1＝L，OA2＝4L，OA3＝9L…。根据竖直方向分运动的规律h＝gt2可知，tOA1＝tA1A2＝tA2A3＝…，过A1，A2，A3…作x轴的平行线，与轨迹交点记为M1，M2，M3…过M1，M2，M3…作y轴的平行线交x轴于点B1，B2，B3… (3)实验结果分析 用刻度尺量取OB1，B1B2，B2B3…的长度，在实验误差允许的范围内OB1＝B1B2＝B2B3＝…则说明小球水平方向上的运动是匀速直线运动。 方案二、利用频闪照相法探究平抛运动的特点 1．实验原理 数码相机每秒拍下小球做平抛运动时的十几帧或几十帧照片，将照片上不同时刻的小球的位置连成平滑曲线，便得到小球的运动轨迹，如图所示。由于相邻两帧照片间的时间间隔相等，只要测出相邻两帧照片上小球位置间的水平距离和竖直距离，就很容易判断平抛运动在水平方向和竖直方向的运动特点。 2．数据处理 (1)建立以抛出点为坐标原点，以小球水平抛出时的初速度方向为x轴正方向，以竖直向下为y轴正方向的直角坐标系。 (2)测出相邻两帧照片中小球移动的水平距离和竖直距离。 (3)根据水平位移和竖直位移随时间变化的具体数据分析小球水平方向分运动和竖直方向分运动的特点。 3．结果分析 水平方向的分运动是匀速直线运动，竖直方向的分运动是匀加速直线运动。 方案三、利用描迹法探究平抛运动的特点 1．实验设计 实验装置如图所示。小钢球从斜槽上滚下，从水平槽飞出后做平抛运动。每次都使小钢球在斜槽上同一位置滚下，小钢球在空中做平抛运动的轨迹就是一定的，用铅笔描出小钢球经过的位置。通过多次实验，在竖直坐标纸上记录小钢球所经过的多个位置，用平滑的曲线连起来就得到小钢球做平抛运动的轨迹。 2．实验器材 小钢球、斜槽轨道、木板及竖直固定支架、坐标纸、图钉、重垂线、铅笔、三角板、刻度尺等。 3．实验步骤 (1)安装、调整斜槽：将斜槽固定在实验桌上，使其末端伸出桌面，斜槽末端的切线水平，如图所示。 (2)调整木板并确定坐标原点：用图钉将坐标纸固定在木板的左上角，把木板调整到竖直位置，使板面与小钢球运动轨迹所在的平面平行且靠近。把小钢球放在槽口(斜槽末端)处，用铅笔记下小钢球在槽口时球心在坐标纸上的水平投影点O，O点即坐标原点。利用重垂线画出过坐标原点的竖直线作为y轴，在水平方向建立x轴。 (3)描点：使小钢球从斜槽上某一位置由静止滚下，小钢球从斜槽末端飞出，先用眼睛粗略确定做平抛运动的小钢球在某一x值处的y值，然后让小钢球从斜槽上同一位置由静止滚下，移动笔尖在坐标纸上的位置，当小球恰好与笔尖正碰时，用铅笔在坐标纸上描出代表小钢球通过位置的点。重复几次实验，在坐标纸上描出一系列代表小钢球通过位置的点。 (4)描绘出平抛运动的轨迹：取下坐标纸，将