高中物理人教版第五章曲線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究平拋運(yùn)動(dòng)【市一等獎(jiǎng)】

實(shí)驗(yàn):研究平拋運(yùn)動(dòng)學(xué)案設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道平拋運(yùn)動(dòng)的條件及相應(yīng)控制方法.2.知道用實(shí)驗(yàn)獲得平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的方法.3.知道判斷運(yùn)動(dòng)軌跡是否是拋物線的方法.4.知道測(cè)量初速度時(shí)需要測(cè)量的物理量.5.會(huì)推導(dǎo)平拋運(yùn)動(dòng)初速度的表達(dá)式,會(huì)計(jì)算平拋運(yùn)動(dòng)的初速度.自主探究1.平拋運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)做平拋運(yùn)動(dòng)的物體只受到力的作用,由牛頓第二定律可知,其加速度恒為g,所以是運(yùn)動(dòng);又因力與速度不在同一條直線上,所以平拋運(yùn)動(dòng)是勻變速運(yùn)動(dòng).

2.平拋運(yùn)動(dòng)的處理方法平拋運(yùn)動(dòng)是一種曲線運(yùn)動(dòng),研究平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)可以將平拋運(yùn)動(dòng)分解為水平方向的和豎直方向的兩個(gè)分運(yùn)動(dòng).

3.平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是.

4.常見的幾種獲取平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的方法(參考教材第14頁)(1)利用實(shí)驗(yàn)室的斜面小槽等器材裝配如圖所示的裝置.鋼球從斜槽上滾下,沖過水平槽飛出后做運(yùn)動(dòng).每次都使鋼球在斜槽上的位置滾下,鋼球在空中做運(yùn)動(dòng)的軌跡就是的.設(shè)法用鉛筆描出小球的位置.通過多次實(shí)驗(yàn),在上記錄鋼球所經(jīng)過的多個(gè)位置,連起來就得到鋼球做的軌跡.怎樣找出小球在運(yùn)動(dòng)過程中所經(jīng)過的位置呢?.

(2)如圖,倒置的飲料瓶?jī)?nèi)裝著水,瓶塞內(nèi)插著兩根兩端開口的細(xì)管,其中一根彎成水平,且水平端加接一段更細(xì)的硬管作為噴嘴.水從噴嘴中射出,在空中形成,它顯示了運(yùn)動(dòng)的軌跡.設(shè)法把它描在背后的紙上就能進(jìn)行分析處理了.插入瓶中的另一根細(xì)管的作用,是.這是因?yàn)樵摴苌隙伺c空氣相通,A處水的壓強(qiáng)始終大氣壓,不受瓶?jī)?nèi)的影響.因此,在水面降到A處以前的一段時(shí)間內(nèi),可以得到的細(xì)水柱.

(3)用數(shù)碼相機(jī)或數(shù)碼攝像機(jī)記錄平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡.可以用它拍攝小球從水平桌面飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)的幾張連續(xù)照片.如果用數(shù)學(xué)課上畫函數(shù)圖象的方格黑板做背景,就可以根據(jù)照片上小球的位置在方格紙上畫出小球的軌跡.合作探究一、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案交流方案,分析教材中的實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)缺點(diǎn),確定實(shí)驗(yàn)方案.教材中的案例優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)注意事項(xiàng)案例一案例二案例三二、確定平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡(一)利用平拋實(shí)驗(yàn)儀的實(shí)驗(yàn)中得到較準(zhǔn)確的軌跡,請(qǐng)思考下列問題:1.如何檢驗(yàn)斜槽末端部分是否水平和木板面是否豎直?

2.如何保證每次實(shí)驗(yàn)v0相同?

3.小球平拋的拋出點(diǎn)在哪?如何確定?

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與斜面軌道不光滑有關(guān)嗎?為什么?

5.根據(jù)得到的實(shí)驗(yàn)軌跡點(diǎn),如何描繪平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡?

6.實(shí)驗(yàn)需要哪些器材或儀器?

如何判斷平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是不是拋物線?說明方法:

(二)利用水注法的實(shí)驗(yàn)中為了得到較準(zhǔn)確的軌跡,請(qǐng)思考下列問題:1.如何確保水流出時(shí)做平拋運(yùn)動(dòng)?

2.如何確保水注的軌跡不發(fā)生變化?

3.根據(jù)得到的實(shí)驗(yàn)軌跡點(diǎn),如何描繪平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡?

4.實(shí)驗(yàn)需要哪些器材或儀器?

如何判斷平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是不是拋物線?說明方法:

三、計(jì)算平拋運(yùn)動(dòng)的初速度思考討論:(1)如何推導(dǎo)平拋初速度的表達(dá)式?寫出推導(dǎo)過程.(2)測(cè)量初速度時(shí)需要測(cè)量的物理量有哪些?(3)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1234xyv0=xQUOTEv0的平均值課堂檢測(cè)1.在研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中,為減小空氣阻力對(duì)小球運(yùn)動(dòng)的影響,應(yīng)采用()A.實(shí)心小鐵球 B.空心小鐵球C.實(shí)心小木球 D.以上三種小球都可以2.關(guān)于做“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)時(shí),下列說法正確的是()A.實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹皇乔螽?dāng)?shù)刂亓铀俣菳.小球運(yùn)動(dòng)時(shí),應(yīng)與木板上的白紙相接觸C.把小球位置記錄在紙上后,應(yīng)用平滑曲線連接D.在紙上記錄小球的第一個(gè)位置,應(yīng)盡量靠近坐標(biāo)原點(diǎn)3.安裝實(shí)驗(yàn)裝置的過程中,斜槽末端的切線必須是水平的,這樣做的目的是()A.保持小球飛出時(shí),速度既不太大,也不太小B.保證小球飛出時(shí),初速度水平C.保證小球在空中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間每次都相等D.保證小球運(yùn)動(dòng)的軌跡是一條拋物線4.在“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中,已備有下列器材:有孔的硬紙片、白紙、圖釘、平板、鉛筆、弧形斜槽、小球、刻度尺、鐵架臺(tái),還需的器材有()A.停表 B.天平C.重垂線 D.彈簧測(cè)力計(jì)5.數(shù)碼相機(jī)大多具有攝像功能,每秒鐘拍攝大約15幀照片,一同學(xué)用它拍攝小球從水平面飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)的幾張連續(xù)照片,下列處理正確的是()A.只要測(cè)出相鄰兩照片上小球的距離,就能判斷平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)B.只要測(cè)出相鄰兩照片上小球的水平距離,就能判斷平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)C.只要測(cè)出相鄰兩照片上小球的豎直距離,就能判斷平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)D.只要測(cè)出相鄰兩照片上小球的豎直距離,就能判斷平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)6.在做“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)時(shí),下列說法正確的是()A.安裝斜槽和木板時(shí),一定要注意木板是否豎直B.安裝斜槽和木板時(shí),只需注意小球不和木板發(fā)生摩擦C.每次實(shí)驗(yàn)都要把小球從同一位置由靜止釋放D.實(shí)驗(yàn)的目的是描出小球的運(yùn)動(dòng)軌跡,分析平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律7.下列因素會(huì)使“研究平拋運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)的誤差增大的是()A.小球與斜槽之間有摩擦B.安裝斜槽時(shí)其末端不水平C.建立坐標(biāo)系時(shí),以斜槽末端端口位置為坐標(biāo)原點(diǎn)D.根據(jù)曲線計(jì)算平拋運(yùn)動(dòng)的初速度時(shí),在曲線上取作計(jì)算的點(diǎn)離原點(diǎn)O較遠(yuǎn)8.如圖所示,在研究平拋運(yùn)動(dòng)時(shí),小球A沿軌道滑下,離開軌道末端(末端水平)時(shí)撞開輕質(zhì)接觸式開關(guān)S,被電磁鐵吸住的小球B同時(shí)自由下落.改變整個(gè)裝置的高度H,做同樣的實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)位于同一高度的A、B兩個(gè)小球總是同時(shí)落地,該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明了A球在離開軌道后()A.水平方向的分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)B.水平方向的分運(yùn)動(dòng)是勻加速直線運(yùn)動(dòng)C.豎直方向的分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)D.豎直方向的分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)9.在研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中,為了求平拋物體的初速度,需直接測(cè)的數(shù)據(jù)有()A.小球開始滾下的高度B.小球在空中飛行的時(shí)間C.運(yùn)動(dòng)軌跡上某點(diǎn)P的水平坐標(biāo)D.運(yùn)動(dòng)軌跡上某點(diǎn)P的豎直坐標(biāo)10.在“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)記錄了運(yùn)動(dòng)軌跡上三點(diǎn)A、B、C,如圖所示,以A為坐標(biāo)原點(diǎn),建立坐標(biāo)系,各點(diǎn)坐標(biāo)值已在圖中標(biāo)出.求:(1)小球平拋初速度大小;(2)小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初始位置坐標(biāo)(g取10m/s2).

參考答案自主探究1.重勻變速重曲線2.勻速直線運(yùn)動(dòng)自由落體運(yùn)動(dòng)3.拋物線4.(1)平拋同一平拋一定經(jīng)過豎直白紙平拋運(yùn)動(dòng)可以把筆尖放在小球可能經(jīng)過的位置,如果小球能夠碰到筆尖,就說明位置找對(duì)了(2)彎曲的細(xì)水柱平拋保持從噴嘴射出水流的速度,使其不隨瓶?jī)?nèi)水面的下降而減小等于水面高低穩(wěn)定合作探究一、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案教材中的案例優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)注意事項(xiàng)案例一平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡穩(wěn)定不易確定鋼球的位置使用橫槽確定小球的位置案例二便于確定軌跡軌跡不穩(wěn)定,受液面高低的影響迅速確定軌跡案例三便于確定軌跡不易確定初速度向?qū)W生提供照片的實(shí)際比二、確定平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡(一)1.小球放在斜槽水平任意位置都靜止;木板面與重垂線平行.2.由同一位置靜止釋放小球.3.小球的球心,斜槽的末端向上加半徑的高度4.沒有關(guān)系,只要從同一斜面、同一高度靜止釋放小球,都能獲得初速度相同的平拋運(yùn)動(dòng).5.讓小球沿斜槽末端拋出,先用眼睛粗略估計(jì)軌跡位置,再把筆尖放在該位置,讓小球再次滾下,若小球擊中筆尖,則記下該位置點(diǎn),按照此方法,記錄多個(gè)軌跡點(diǎn),然后用平滑的曲線依次連接各點(diǎn).6.平拋實(shí)驗(yàn)儀、金屬小球、復(fù)寫紙、白紙、刻度尺、三角板、筆、計(jì)算器.說明方法:拋物線軌跡上各點(diǎn)應(yīng)滿足y=ax2,在軌跡上測(cè)出若干點(diǎn)的坐標(biāo)(x,y),帶入方程中檢驗(yàn)是否滿足y與x2成正比的關(guān)系.(二)1.細(xì)管的末端保持水平2.使管口壓強(qiáng)保持不變3.用平滑的曲線連接4.鐵架臺(tái)、飲料瓶、大頭針、亞克力板、透明膠片、白板筆、刻度尺、三角板、接水盤、計(jì)算器.說明方法:拋物線軌跡上各點(diǎn)應(yīng)滿足y=ax2,在軌跡上測(cè)出若干點(diǎn)的坐標(biāo)(x,y),帶入方程中檢驗(yàn)是否滿足y與x2成正比的關(guān)系.三、計(jì)算平拋運(yùn)動(dòng)的初速度(1)y=QUOTEgt2?t=QUOTEx=v0t?v0=QUOTE=xQUOTE2.測(cè)出軌跡上某一點(diǎn)的坐標(biāo)(x,y)代入可求出v0,選取不同位置的點(diǎn),多次測(cè)量后求出平均值.【鞏固訓(xùn)練】QUOTEs課堂檢測(cè)解析:空氣阻力對(duì)實(shí)心小鐵球的影響相對(duì)較小.解析:平拋實(shí)驗(yàn)的目的不是測(cè)重力加速度,A錯(cuò);小球也不能與木板上的白紙相接觸,B錯(cuò);實(shí)驗(yàn)用到的數(shù)據(jù)與坐標(biāo)原點(diǎn)無關(guān),D錯(cuò).解析:平拋運(yùn)動(dòng)就是要求小球離開斜槽時(shí),初速度一定是水平的.解析:研究平拋運(yùn)動(dòng)是采用運(yùn)動(dòng)的分解,分別在水平方向和豎直方向研究,所以需要測(cè)量水平間距和豎直間距,故選B、D.解析:安裝斜槽和木板時(shí),木板要豎直,以保證描點(diǎn)準(zhǔn)確,A正確,B錯(cuò)誤;為保證小球每次做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度相同,每次實(shí)驗(yàn)都要把小球從同一位置由靜止釋放,C正確;實(shí)驗(yàn)的目的是描出小球的運(yùn)動(dòng)軌跡,分析平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,進(jìn)而求出初速度,D正確.解析:本實(shí)驗(yàn)的目的是描出平拋物體的運(yùn)動(dòng)軌跡,并求出平拋物體的初速度,實(shí)驗(yàn)中只要保證小球離開斜槽末端時(shí)的平拋初速度相等即可,因此,即使小球與斜槽之間有摩擦,只要保證小球每次從斜槽上滾下的初始位置都相同,平拋時(shí)的初速度就都相同,不會(huì)引起誤差,A錯(cuò)誤;如果安裝斜槽時(shí)其末端不水平,小球的運(yùn)動(dòng)就不是平拋,會(huì)引起誤差,B正確;建立坐標(biāo)系時(shí),應(yīng)以斜槽末端小球球心所在的位置為坐標(biāo)原點(diǎn),否則會(huì)引起誤差,C正確;計(jì)算初速度時(shí),計(jì)算點(diǎn)距拋出點(diǎn)O越遠(yuǎn),x、y值就越大,用刻度尺進(jìn)行測(cè)量時(shí),其誤差越小,故D錯(cuò)誤.解析:由于B球做自由落體運(yùn)動(dòng),A、B兩球總是同時(shí)落地,說明A球在豎直方向上和B球做同樣的運(yùn)動(dòng),即A球也做自由落體運(yùn)動(dòng),C正確,D錯(cuò)誤;至于水平方向上A球做什么運(yùn)動(dòng),該實(shí)驗(yàn)無法說明,A、B均錯(cuò)誤.解析:由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律,豎直方向y=QUOTEgt2,水平方向x=v0t,因此v0=xQUOTE,可見只要測(cè)得軌跡上某點(diǎn)P的水平坐標(biāo)x和豎直坐標(biāo)y,就可求出初速度v0,故C、D正確.10.(1)1m/s(2)初始位置坐標(biāo)值為(-10,-5)解析:(1)從題中可以看出在水平方向有xAB=xBC=10cm,說明從A到B所用時(shí)間與從B到C所用時(shí)間相等,即tAB=tBC=t0在豎直方向有Δh=hBC