2021高一物理-1.3.2-實驗：研究平拋運動-學(xué)案(教科版必修2)

第2課時試驗：爭辯平拋運動[導(dǎo)學(xué)目標(biāo)]1.用試驗的方法描繪出平拋運動的軌跡.2.依據(jù)平拋運動的軌跡求其初速度．一、試驗?zāi)康?．用試驗的方法描繪出平拋運動的軌跡．2．依據(jù)軌跡爭辯平拋運動的特點并求初速度．二、試驗原理平拋物體的運動可以看做是由兩個分運動合成的，即水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動．使小球做平拋運動，利用描跡法描出小球的運動軌跡，建立坐標(biāo)系，測出軌跡曲線上某一點的坐標(biāo)x和y，依據(jù)公式：x＝v0t和y＝eq\f(1,2)gt2，就可求得v0＝xeq\r(\f(g,2y))，即為小球做平拋運動的初速度．三、試驗器材斜槽(帶小球)、木板及豎直固定支架、白紙、圖釘、重垂線、三角板、鉛筆、刻度尺．四、試驗步驟1．安裝調(diào)平：將帶有斜槽軌道的木板固定在試驗桌上，其末端伸出桌面外，軌道末端切線水平．如圖1所示．圖12．建立坐標(biāo)系：用圖釘將坐標(biāo)紙固定于豎直木板的左上角，把木板調(diào)整到豎直位置，使板面與小球的運動軌跡所在平面平行且靠近，把小球放在槽口處，用鉛筆登記小球在槽口(軌道末端)時球心所在木板上的投影點O，O點即為坐標(biāo)原點，用重垂線畫出過坐標(biāo)原點的豎直線，作為y軸，畫出水平向右的x軸．3．確定球位置：將小球從斜槽上某一位置由靜止滑下，小球從軌道末端射出，先用眼睛粗略確定做平拋運動的小球在某一x值處的y值，然后讓小球由同一位置自由滾下，在粗略確定的位置四周用鉛筆較精確?????地描出小球通過的位置，并在坐標(biāo)紙上登記該點．用同樣的方法確定軌跡上其他各點的位置．4．描點得軌跡：取下坐標(biāo)紙，將坐標(biāo)紙上登記的一系列點，用平滑曲線連起來，即得到小球平拋運動的軌跡．五、數(shù)據(jù)處理1．推斷平拋運動的軌跡是不是拋物線(1)如圖2所示，圖2，在x軸上作出等距離的幾個點A1、A2、A3……把線段OA1的長度記為l，那么OA2＝2l、OA3＝3l……，由A1、A2、A3……向下作垂線，垂線與拋體軌跡的交點記為M1、M2、M3……假如軌跡的確是一條拋物線，M1、M2、M3……各點的y坐標(biāo)與x坐標(biāo)之間的關(guān)系應(yīng)當(dāng)具有y＝ax2的形式(a是一個待定的常量)．用刻度尺測量某點的x、y兩個坐標(biāo)，代入y＝ax2中求出常量a(例如a＝0.23，可以不寫單位)，于是知道了代表這個軌跡的一個可能的關(guān)系式(即y＝0.23x2)．測量其他幾個點的x、y坐標(biāo)．假如各點的x、y坐標(biāo)均滿足同一關(guān)系式y(tǒng)＝ax2(在誤差允許范圍內(nèi))，則說明這條曲線確定是一條拋物線．(2)依據(jù)平拋運動軌跡求平拋物體的初速度①在軌跡上任取一點，測出該點離原點的水平位移x及豎直位移y，就可求出初速度v0.因x＝v0t，y＝eq\f(1,2)gt2，故v0＝xeq\r(\f(g,2y)).圖3②在軌跡上任取三點A、B、C(如圖3所示)，使A、B間及B、C間的水平距離相等，由平拋運動的規(guī)律可知A、B間與B、C間所用時間相等，設(shè)為t，則Δy＝y(tǒng)BC－yAB＝gt2所以t＝eq\r(\f(yBC－yAB,g))所以初速度v0＝eq\f(x,t)＝xeq\r(\f(g,yBC－yAB))六、留意事項1．試驗中必需調(diào)整斜槽末端的切線水平(檢驗是否水平的方法是：將小球放在斜槽末端水平部分，將其向兩邊各輕輕撥動一次，看其是否有明顯的運動傾向)．2．方木板必需處于豎直平面內(nèi)，固定時要用重垂線檢查坐標(biāo)紙豎線是否豎直．3．小球每次必需從斜槽上同一位置滾下．4．坐標(biāo)原點不是槽口的端點，應(yīng)是小球出槽口時球心在木板上的投影點．5．小球開頭滾下的位置高度要適中，以使小球平拋運動的軌跡由坐標(biāo)紙的左上角始終到達(dá)右下角為宜．6．在軌跡上選取離坐標(biāo)原點O較遠(yuǎn)的一些點來計算初速度．七、誤差分析1．斜槽末端沒有調(diào)水平，小球離開斜槽后不做平拋運動．2．小球運動的位置確定不精確?????．3．量取軌跡上各點坐標(biāo)時不精確?????．例1(1)在做“爭辯平拋運動”試驗時，除了木板、小球、斜槽、鉛筆、圖釘之外，下列器材中還需要的是________．A．游標(biāo)卡尺 B．秒表C．坐標(biāo)紙 D．天平E．彈簧秤 F．重垂線(2)試驗中，下列說法正確的是()A．應(yīng)使小球每次從斜槽上相同的位置自由滑下B．斜槽軌道必需光滑C．斜槽軌道末端可以不水平D．要使描出的軌跡更好地反映真實運動，記錄的點應(yīng)適當(dāng)多一些E．為了比較精確?????地描出小球運動的軌跡，應(yīng)當(dāng)用一條曲線把全部的點連接起來[即學(xué)即用]1．在“爭辯平拋運動”的試驗中，可以描繪出小球平拋運動的軌跡，試驗簡要步驟如下：圖4A．讓小球多次從________位置滾下，登記小球遇到鉛筆筆尖的一系列位置．B．按圖4安裝好器材，留意________，登記平拋初位置O點和過O點的豎直線．C．取下白紙，以O(shè)為原點，以豎直線為y軸建立坐標(biāo)系，用平滑曲線畫出平拋運動物體的軌跡．(1)完成上述步驟，將正確的答案填在橫線上．(2)上述試驗步驟的合理挨次是________．(3)怎樣才能保證小球每次釋放做平拋運動的軌跡相同呢？例2(1)平拋物體的運動規(guī)律可以概括為兩點：①水平方向做勻速直線運動；②豎直方向做自由落體運動．如圖5所示為爭辯平拋運動的試驗裝置，現(xiàn)把兩個小鐵球分別吸在電磁鐵C、E上，然后切斷電磁鐵C的電源，使一個小鐵球從軌道A射出，并在射出時遇到碰撞開關(guān)S，使電磁鐵E斷電釋放它吸著的小鐵球，兩鐵球同時落到地面．這個試驗()圖5A．只能說明上述規(guī)律中的第①條B．只能說明上述規(guī)律中的第②條C．不能說明上述規(guī)律中的任何一條D．能同時說明上述兩條規(guī)律(2)在爭辯平拋物體運動的試驗中，用一張印有小方格的紙記錄軌跡，小方格的邊長L＝1.6cm，若小球在平拋運動途中的幾個位置如圖6中的a、b、c、d所示，則小球平拋的初速度的計算式為v0＝________(用L、g表示)，其值是________(g＝10m/s2)．小球在b點的速率為________．(圖6[即學(xué)即用]圖72．某同學(xué)做爭辯平拋運動的試驗時，不慎未定好原點，只畫了豎直線，而且只描出了平拋物體的后一部分軌跡．如圖7所示，依此圖加一把刻度尺，如何計算出平拋物體的初速度v0?第2課時試驗：爭辯平拋運動課堂活動區(qū)核心學(xué)問探究例1(1)CF(2)AD解析本題考查的是儀器的選擇和試驗的留意事項．試驗還需的器材是坐標(biāo)紙和重垂線，描出的軌跡在坐標(biāo)紙上，便利數(shù)據(jù)處理，重垂線是用來確定豎直木板是否豎直并確定縱坐標(biāo)．做平拋運動的試驗時，斜槽末端必需水平，以保證小球做平拋運動．使小球每次從斜槽上相同的位置自由滑下，以使小球在斜槽末端速度相同；在描畫小球運動軌跡時，應(yīng)用平滑的曲線連點，偏離軌跡較遠(yuǎn)的點可舍去．[即學(xué)即用]1．(1)A.同一B．斜槽末端切線水平，方木板豎直且與小球運動軌跡所在豎直面平行(2)BAC(3)為保證小球的運動軌跡相同，應(yīng)使小球每次做平拋運動的初速度相同，所以應(yīng)讓小球每次都從斜槽上的相同位置滾下，安裝器材時應(yīng)留意使斜槽末端水平，方木板豎直且板面與斜槽末端切線平行緊靠斜槽末端放置．例2(1)B(2)2eq\r(gL)0.80m/s1.0m/s解析(1)由于左端小鐵球平拋的同時，右端小鐵球開頭做自由落體，且兩球同時落地，說明平拋的小鐵球在豎直方向上和右端小鐵球做同樣的運動，也做自由落體運動，但無法說明平拋小鐵球在水平方向的運動，故只有B正確．(2)圖中a、b、c、d位置對應(yīng)水平位移相等．說明a→b、b→c、c→d所用時間相同，依據(jù)勻變速直線運動的特點，Δx＝aT2，則有L＝gt2①而水平方向上2L＝v0t②聯(lián)立①②得v0＝2eq\r(gL)＝2eq\r(10×1.6×10－2)m/s＝0.80小球在b點的豎直分速度vy＝eq\x\to(v)ac＝eq\f(3L,2t)③聯(lián)立①③得vy＝1.5eq\r(gL)＝0.60m/s小球在b點的合速度v＝eq\r(v\o\al(2,0)＋v\o\al(2,y))＝1.0m/s[即學(xué)即用]2．Δxeq\r(\f(g,y2－2y1))解析為了求出平拋物體的初速度，要畫出三條等距(Δx)、平行于y軸的豎直線與軌跡分別交于A、