5.3 实验：研究平抛运动的特点 导学案 -2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

用传感器和计算机可以方便地描出做平抛运动物体的轨迹。 高一物理学习设计 编者： 审核: 高一物理组 日期： 5.3实验：研究平抛运动的特点 【课标要求】 通过实验，探究并认识平抛运动的规律。会用运动合成与分解的方法分析平抛运动。 体会将复杂运动分解为简单运动的物理思想，能分析生产生活中的拋体运动。 【课标解读】 本节是整章教学的第3节，是前一节运动合成与分解方法的实际应用。学生通过前一节的学习，已知道可以从分运动的特点切入去认识曲线运动。本节以平抛运动为例，以实验方式展开探究，获得平拋运动特点。既为学生学习平抛运动规律作好铺垫，又可帮助学生加深对所学运动合成与分解方法的理解。 【学习目标】 1、知道抛体运动和平抛运动，知道用运动分解的方法研究平抛运动。 2、知道平抛运动的条件及相应控制方法，会用获得位置的方法确定平抛运动轨迹上的多个点，并能描绘平抛运动的轨迹。 3、会根据平抛运动的轨迹，研究平抛运动水平分运动和竖直分运动的特点。 4、通过探究平抛运动特点的实验，了解科学探究中获取及处理数据的方法。 【重点】实验方案的设计和改进 【难点】实验操作和数据处理 【创设情境】 （1）两图中以一定初速度喷出的水，其轨迹是否相同？轨迹不完全相同的原因是什么？ （2）水受到哪些力？空气阻力是否可以忽略不计？ （3）在理想化情况下，两图中的水的运动该如何命名？它们的相同点是什么？不同之处又是什么？ 【归纳总结】抛体运动 1.定义: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 作用的运动。 2.平抛运动:初速度沿 方向的抛体运动。 【问题体验1】实验思路 1.平抛运动的轨迹是曲线，我们本着化繁为简、化曲为直的物理解题思想，应当用_____________________方法来研究曲线运动 2.平抛运动应分解为_________方向和___________方向的运动。 3. 根据竖直方向上的受力与运动情况，你猜想平抛运动在竖直方向上的分运动应是__________________运动 4.若要证明你分析得出的结论，你需要哪些器材？怎样操作？ 【问题体验2】实验方案一：频闪照相或录制视频 利用频闪照相法记录物体在不同时刻的位置。如图所示。 1、 根据图片猜想，小球在水平方向做_________运动，竖直方向做_________运动。 2、 应以___________位置为原点，建立坐标系来研究小球的水平位移和竖直位移 3、 若频闪周期为 T，请你将T、2T、3T...时小球的球心投影到水平方向和竖直方向的坐标轴上。 【归纳总结2】 由于频闪时间间隔相等，根据测量水平距离可以判断水平方向是_______________运动，根据相邻间隔内竖直方向增加的位移相同，可以判断竖直方向是_______________运动。 【解决问题2】 某同学目测桌子高度大约为0.8m,他使小球沿桌面水平飞出，用数码相机拍摄小球做平抛运动的录像(每秒25帧)。如果这位同学采用逐桢分析的办法，保存并打印各帧的画面。他大约可以得到几帧小球正在空中运动的照片？ 【问题体验3】实验方案二 步骤1：先探究竖直方向的分运动的特点 如图所示用小锤击打弹性金属片C，C向前推动小钢球A，使其具有水平初速度，使A做 ，同时松开小钢球B，使B从孔中自由落下。 1.用右图所示装置研究平抛运动在竖直方向的运动规律时，能否保证A、B两球同时开始运动？你能否观察到两球同时落地？怎么办？ 2.一次同时落地能否说明分析得到的结果已经得到了验证？改变小球下落的高度和改变对小球B的打击力度再做几次实验的目的是什么？ 【归纳总结3】探究平抛运动竖直分运动的特点 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、现象：（1）无论A球的水平速度大小如何，它总是与B球 落地。 （2）A球的水平初速度越大，通过的水平距离 。 （3）A球水平初速度的大小并不影响平抛物体在竖直方向上的运动 2、结论：实验的结果说明平抛运动在竖直方向的分运动为 。 3、这个实验的优点无须记录不同时刻在竖直方向的位移和时间，只需判断两个小球是否同时落地即可。这种设计思想值得我们重视和学习。 步骤2：设法描绘出平抛运动的轨迹。 现有器材的情况下，我们既无法在同一个平抛运动过程中确定多个位置，也无法做到所确定的几个位置之间的时间间隔都是相等的。所以实验首先要解决的问题是如何保证多次平抛的初速度相同。画出同一初速度下物体轨迹。 1.如图2所示，对于从斜槽上滚出的小球，如何保证是水平抛出？ 2.你用什么方法记录小球的位置？ 3.你能否同时记录不同时刻的小球位置？如果需要多次实验才能记录多个时刻的位置，你如果确保运动的同一性？ 4.你所记录的多个小球位置之间的时间间隔相等吗？为了获取相同时间间隔的点？你有什么办法？ 5.为了定量研究需要建立坐标，坐标原点在哪里？坐标轴如何确定？ 6.如何画出轨迹？ 步骤3：最后根据平抛运动轨迹和竖直方向分运动的特点分析得到水平方向分运动的特点 1.根据做平抛运动物体的受力和运动情况分析，你猜想平抛运动在水平方向的分运动是________________运动。 2.如何利用竖直方向是自由落体运动，即初速度为0的匀加速直线运动这一特点，在轨迹上确定时间间隔相等的点？ 3.这些点之间的水平位移存在什么特点？说明了水平方向的运动是_________运动，请你写出水平方向速度与位移的表达式________________。 4.如果实验的结果与你的推论之间有一些差异？实验误差产生的原因可能有哪些？ 【归纳总结3】探究平抛运动水平分运动的特点 一、实验器材 平抛运动演示器、斜槽、钢球、方木板、铁架台、坐标纸、复写纸、图钉、铅垂线、三角板、铅笔、刻度尺。 二、实验过程 1.准备实验装置。 (1)将平抛运动演示器置于桌面上,装好平抛轨道,使轨道的抛射端处于水平方向。调节调平螺丝,观察铅垂线,使面板处于 。 (2)在白纸上衬垫一张复写纸,紧贴记录面板,用图钉固定在面板上,以斜槽末端为 ,根据铅垂线定下y坐标轴,实验完成后取下白纸再作出x坐标轴。 (3)把接球挡板拉到较上方的位置。 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。 3.飞出的钢球落到向面板倾斜的挡板上,挤压复写纸,在白纸上留下印迹。 4.上下调节挡板,通过多次实验,在白纸上记录钢球所经过的多个位置。 5.取下记录纸,用 把这些印迹连接起来,就得到钢球做平抛运动的轨迹。 6.根据前面得出的平抛运动在竖直方向分运动的规律,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。 三、注意事项 1.斜槽安装:实验中必须调整斜槽末端切线水平,即将小球放在斜槽末端水平部分,若小球 ,则斜槽末端的切线就水平了。 2.方木板固定:方木板必须处于竖直平面内,要用 检查坐标纸竖线是否竖直。 3.小球释放: (1)小球每次必须从斜槽上 位置由 开始滚下。 (2)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左上角一直到达右下角为宜。 4.坐标原点:坐标原点不是槽口的端点,而是小球出槽口时 在木板上的投影点。 5.初速度的计算:在轨迹上选取离坐标原点O较远的一些点来计算初速度。 【解决问题3】 1.某同学设计了一个探究平抛运动特点的家庭实验装置，如图所示。在水平桌面上放置一个斜面，每次都让钢球从斜面上的同一位置滚下，滚过桌边后钢球便做平抛运动。在钢球抛出后经过的地方水平放置一块木板(还有一个用来调节木板高度的支架，图中未画)，木板上放一张白纸，白纸上有复写纸，这样便能记录钢球在白纸上的落点。已知平抛运动在竖直方向上的运动规律与自由落体运动相同，在此前提下，怎样探究钢球水平分速度的特点？请指出需要的器材，说明实验步骤。 2.某同学为了省去图中的水平木板，把第1题中的实验方案作了改变。他把桌子搬到墙的附近，把白纸和复写纸附在墙上，使从水平桌面上滚下的钢球能打在墙上，从而记录钢球的落点。改变桌子和墙的距离，就可以得到多组数据。如果采用这种方案，应该收集哪些数据并如何处理这些数据？ 3.小刚同学通过实验，得到了某物体在0xy平面上运动的一条运动轨迹，如图5.3-8平面直角坐标系中的OP曲线所示。他根据物体运动轨迹的特点作出了猜想:如果物体在y方向做匀速直线运动，那么物体在x方向必定做匀加速直线运动。小刚同学的猜想是否成立？作图并给出你的分析过程。 【拓展学习】 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，一种设计原理如图甲所示。物体A以某一初速度从O点水平抛出，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。 (1) 为使运动轨迹更接近抛物线，物体A应选用下列哪种小球更合理（ ） A. 小木球 B.小钢球 C.小皮球 (2)如图所示，某实验小组让物体A在图示位置同时发射超声波脉冲和红外线脉冲，以抛出点O为坐标原点建立坐标系，若还测出了O点到B1、B2的距离，重力加速度未知，则由题中条件可以求出（ ） A.物体A的初速度 B物体A的位置坐标 C.物体A的运动时间 D物体A此时的速度方向 【课后反思】通过本节课的学习，你有哪些收获？还有哪些困惑？分享出来 1 学科网（北京）股份有限公司 $$