5.3 《實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動(dòng)》導(dǎo)學(xué)案

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1、5.3 《實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動(dòng)》導(dǎo)學(xué)案 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、知道常見的幾種獲取平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的方法；2、掌握判斷平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是不是拋物線方法；3、會(huì)根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡計(jì)算平拋物體的初速度； 【重點(diǎn)難點(diǎn)】由實(shí)驗(yàn)理論分析探究平拋運(yùn)動(dòng)軌跡、初速度。 【學(xué)法指導(dǎo)】通讀教材，理解與之相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，用紅筆畫出不懂的地方，完成學(xué)案和課后習(xí)題 【知識(shí)鏈接】1、平拋運(yùn)動(dòng)的定義： ； 2、條件： ； 3、特點(diǎn)：

2、 ； 【學(xué)習(xí)過程】 一、實(shí)驗(yàn)原理 平拋運(yùn)動(dòng)可以看作是兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的和運(yùn)動(dòng)；一個(gè)水平方向的____________ ，其速度等于平拋物體運(yùn)動(dòng)的________；另一個(gè)是豎直方向的___________ ，通過實(shí)驗(yàn)確定作平拋運(yùn)動(dòng)的小球運(yùn)動(dòng)時(shí)的若干不同位置，然后描出運(yùn)動(dòng)軌跡，測(cè)出曲線上任一點(diǎn)的坐標(biāo)，利用公式_________ 和__________ 就可求出小球的水平分速度，即平拋物體的速度v0=__________ . 三、實(shí)驗(yàn)器材：斜槽軌道、小球、木板、白紙、圖釘、鉛垂線、直尺、三角板、鉛筆

3、等. 圖4-7-1 四、實(shí)驗(yàn)步驟（1）案例一： 利用平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)器（如同4-7-1所示）。 注意事項(xiàng)： a/斜槽末端切線必須水平 b/每次從同一 位置無初速釋放小球，以使小球每一次拋出后軌跡相同，每次描出的點(diǎn)在同一軌跡上 c/安裝實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，要注意使軌道末端與圖板相靠近，并保持它們的相對(duì)位置不變 d/要用重垂線把圖板校準(zhǔn)到豎直 方向，使小球運(yùn)動(dòng)靠近圖板，又不接觸圖板 e/坐標(biāo)原點(diǎn)不是槽口末端點(diǎn)，應(yīng)是球在槽口時(shí)，球心在圖板上的水平投影點(diǎn)O f/球的釋放高度要適當(dāng) ，使其軌跡不至于太平也不至于太豎直，以減小測(cè)量誤差

4、 g/計(jì)算初速度時(shí)，應(yīng)選離O點(diǎn)遠(yuǎn) 些的點(diǎn) 、數(shù)據(jù)處理1，思考如何判斷平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是不是拋物線；2、如何計(jì)算平拋物體的初速度？ 【例1】在“探究平拋運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，可以描繪出小球平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)要步驟如下： A．讓小球多次從　　　　　　位置上滾下，記下小球碰到鉛筆筆尖的一系列位置。 B．按圖安裝好器材，注意　　　　，記下平拋初位置O點(diǎn)和過O點(diǎn)的豎直線。 C．取下白紙，以O(shè)為原點(diǎn)，以豎直線為y軸建立坐標(biāo)系，用平滑曲線畫平拋運(yùn)動(dòng)物體的軌跡。 ⑴?完成上述步驟，將正確的答案填在橫線上。 ⑵上述實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是　 。 拓展 如圖4-

5、7-3所示是研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖，圖4-7-4是實(shí)驗(yàn)后白紙上的軌跡圖。 圖4-7-3 ⑴?說明圖4-7-4中的兩條坐標(biāo)軸是如何作出的。 ⑵?說明判斷槽口的切線是否水平的方法。 ⑶?實(shí)驗(yàn)過程中需要經(jīng)多次釋放小球才能描繪出小球運(yùn)動(dòng)的軌跡，進(jìn)行這一步驟時(shí)應(yīng)注意什么？ 二、求平拋運(yùn)動(dòng)的初速度 圖4-7-5 A A’ B’ B y h x2 x1 【例2】在“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)只在豎直板面上記下了重錘線y的方向，但忘記了平拋的初位置，在坐標(biāo)紙上描出了一段曲線的軌跡，如圖4-7-5所示?，F(xiàn)在曲線上取A、B兩點(diǎn)，量出它們到y(tǒng)軸的距離，AA’=x1，BB’

6、=x2，以及AB的豎直距離h，用這些可以求出求得小球平拋時(shí)的初速度為多大？ 課堂練習(xí) 1．在“探究平拋物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，小球做平拋運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)原點(diǎn)位置應(yīng)是（設(shè)小球半徑為r） A．斜槽口末端O點(diǎn) B．斜槽口O點(diǎn)正上方r處 C．槽口O點(diǎn)正前方r處 D．小球位于槽末端時(shí)，球心在豎直木板上的水平投影點(diǎn) 【解析】由于在實(shí)驗(yàn)中描出的點(diǎn)都是球心經(jīng)過的位置。因此，所描軌跡的初始位置也應(yīng)是球心所經(jīng)位置。 【答案】D 1.在做“探究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓小球多次沿同一軌道運(yùn)動(dòng)，通過描點(diǎn)法畫出小球平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。為了能較準(zhǔn)確地描繪運(yùn)動(dòng)軌跡，下面列出一些操作要求，將你認(rèn)

7、為正確選項(xiàng)前面的字母填在橫線上： bdf 。 （a）實(shí)驗(yàn)所用的斜槽要盡量的光滑，以減小摩擦 （b）通過調(diào)節(jié)使斜槽的末端保持水平 （c）每次釋放小球的位置必須相同 （d）每次必須由靜止釋放小球 （e）記錄小球位置用的木條（或凹槽）每次必須嚴(yán)格地等距離下降 （f）小球運(yùn)動(dòng)時(shí)不應(yīng)與木板上的白紙相碰撞 （g）將球的位置記錄在紙上后，取下紙，用直尺將點(diǎn)連成折線 2.在做“探究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)時(shí)，除了木板、小球、斜槽、鉛筆、圖釘之外，下列器材中還需要的是 CF 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 【訓(xùn)

8、練測(cè)試】 圖9 1、一個(gè)同學(xué)在《研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)》實(shí)驗(yàn)中，只畫出了如圖9所示的一部分曲線，于是他在曲線上取水平距離相等的三點(diǎn)A、B、C，量得 = 0.2m。又量出它們之間的豎直距離分別為h1 = 0.1m，h2 = 0.2m，利用這些數(shù)據(jù)，可求得： （1）物體拋出時(shí)的初速度為 m/s； （2）物體經(jīng)過B時(shí)豎直分速度為 m/s； （3）拋出點(diǎn)在A點(diǎn)上方高度為 m處。 2、某同學(xué)做平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，在白紙上只畫出了表示豎直向下方向的 Y軸和平拋物體運(yùn)動(dòng)軌跡的后一部分，而且漏標(biāo)了拋出點(diǎn)的位置， 如圖所示.這位同學(xué)希望據(jù)此圖能測(cè)出

9、物體的初速度，請(qǐng)你給他出出主意： （1） 簡(jiǎn)要說明據(jù)此圖測(cè)定該物初速度的方法________. （2） 需要增加的測(cè)量工具有_____________________. （3） 用測(cè)量出的物理量表示測(cè)量的結(jié)果：v0=______________ 3、如圖所示，為一平拋物體運(yùn)動(dòng)的閃光照片示意圖，照片與實(shí)際大小相比縮小10倍.對(duì)照片中小球位置進(jìn)行測(cè)量得：1與4閃光點(diǎn)豎直距離為1.5 cm，4與7閃光點(diǎn)豎直距離為 2.5 cm，各閃光點(diǎn)之間水平距離均為0.5 cm.則 (1)小球拋出時(shí)的速度大小為多少? (2)驗(yàn)證小球拋出點(diǎn)是否在閃光點(diǎn)1處，若不在，則拋出點(diǎn)距閃光點(diǎn)1的實(shí)際水平距

10、離和豎直距離分別為多少?(空氣阻力不計(jì)，g＝10 m/s2) 4、如圖所示為一小球作平拋運(yùn)動(dòng)的閃光照片的一部分，圖中背景方格的邊長(zhǎng)均為5cm，g=10m/s2，那么： ⑴閃光頻率為 Hz； ⑵小球運(yùn)動(dòng)的初速度的大小是 m/s； ⑶小球經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的速度大小為 m/s。 5、下圖是小球平拋運(yùn)動(dòng)軌跡中的三點(diǎn),測(cè)得A、B間和B、C間的水平距離分別為x1和x2,且x1=x2=15厘米,A、B間和B、C間的豎直距離分別為y1=15厘米, y2=25厘米,若g取10米/秒2,則小球平拋的初速度為　 　　米/秒;小球經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的豎直分速度為

11、　米/秒. 6、某學(xué)生在做“研究平拋物體運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，忘記記下小球做平拋運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)位置O，A為物體運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后的位置，根據(jù)圖1—7所示，求出物體做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度為______________________ 。 (g取10 m／s2)． 【參考答案】 1、答： 2 1.5 (2分) 0.0125 2、答：（l） 畫出三條兩兩之間等距離 （△x）的與 Y軸平行的豎線，分別與軌跡曲線交于A、B、C三點(diǎn)，過這三點(diǎn)各作一條垂直于Y軸的線.測(cè)量A、B之間的豎直距離y1和A、C之聞的豎直距離y2,根據(jù)以上數(shù)據(jù)可算出初

12、速. （2） 刻度尺　　 (3)　　 3、解： (1)設(shè)1~4之間時(shí)間為T， 豎直方向有：(2.5-1.5)×10-2×10 m＝gT2 所以T = 0.1 s 水平方向:0.5×10-2×3×10 m＝v0T 所以v0=1.5 m/s (2)設(shè)物體在1點(diǎn)的豎直分速度為v1y 1~4豎直方向：1.5×10-2×10 m=v1yT+gT2 解得v1y=1 m/s 因v1y≠0，所以1點(diǎn)不是拋出點(diǎn) 設(shè)拋出點(diǎn)為O點(diǎn)，距1水平位移為x m，豎直位移為y m，有: 水平方向 x=v0t 豎直方向： 解得t= 0.1 s x=0.15

13、m=15 cm y=0.05 m=5 cm 即拋出點(diǎn)距1點(diǎn)水平位移為15 cm，豎直位移為5 cm. 4、答：物體豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)，無論A是不是拋出點(diǎn)，均成立(式中為相鄰兩閃光點(diǎn)豎直距離之差，T為相鄰兩閃光點(diǎn)的時(shí)間間隔)．水平方向有(即相鄰兩點(diǎn)的水平間隔)． 由和可得，代人數(shù)值得。 ，故閃光頻率． 在B點(diǎn)時(shí)的豎直分速度，過B點(diǎn)時(shí)水平分速度，故 5、答案：1.5; 2.0 、 6、答案：2.0m/s 【學(xué)習(xí)反思】 如何判斷平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是不是拋物線？如何計(jì)算平拋物體的初速度？ 【例1】在“探究平拋運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，可以描繪出小球平拋運(yùn)動(dòng)

14、的軌跡，實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)要步驟如下： A．讓小球多次從　　　　　　位置上滾下，記下小球碰到鉛筆筆尖的一系列位置。 B．按圖安裝好器材，注意　　　　，記下平拋初位置O點(diǎn)和過O點(diǎn)的豎直線。 C．取下白紙，以O(shè)為原點(diǎn)，以豎直線為y軸建立坐標(biāo)系，用平滑曲線畫平拋運(yùn)動(dòng)物體的軌跡。 ⑴?完成上述步驟，將正確的答案填在橫線上。 ⑵上述實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是　 。 【解析】 ⑴?A中為了保證小球每次平拋初速度相同，軌跡重合，應(yīng)讓小球從同一位置滾下。B中為了保證小球做平拋運(yùn)動(dòng)，要注意斜槽末端切線水平。 ⑵?上述實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是B、A、C。 【點(diǎn)撥】 為研究平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，就需先得到平拋運(yùn)

15、動(dòng)的軌跡，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意以下問題：一是保證小球每次平拋初速度相同；二是保證小球初速度分向水平。當(dāng)然，還需要力求準(zhǔn)確地記下小球經(jīng)過的一系列位置。 拓展 如圖4-7-3所示是研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖，圖4-7-4是實(shí)驗(yàn)后白紙上的軌跡圖。 圖4-7-3 ⑴?說明圖4-7-4中的兩條坐標(biāo)軸是如何作出的。 ⑵?說明判斷槽口的切線是否水平的方法。 ⑶?實(shí)驗(yàn)過程中需要經(jīng)多次釋放小球才能描繪出小球運(yùn)動(dòng)的軌跡，進(jìn)行這一步驟時(shí)應(yīng)注意什么？ 【解析】⑴?利用拴在槽口 圖4-7-4 O x y 處的重錘線畫出y軸，x軸 與y軸垂直。 ⑵?將小球放在槽口的 水平部分，小球既不向里滾 動(dòng)，

16、也不向外滾動(dòng)，說明槽口的末端是水平的。 ⑶?應(yīng)注意每次小球都從軌道上同一位置由靜止釋放。 二、求平拋運(yùn)動(dòng)的初速度 【例2】在“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)只在豎直板面上記下了重錘線y的方向，但忘記了平拋的初位置，在坐標(biāo)紙上描出了一段曲線的軌跡，如圖4-7-5所示。現(xiàn)在曲線上取A、B兩點(diǎn)，量出它們到y(tǒng)軸的距離，AA’=x1，BB’=x2，以及AB的豎直距離h，用這些可以求出求得小球平拋時(shí)的初速度為多大？ 圖4-7-5 A A’ B’ B y h x2 x1 【解析】設(shè)小球到達(dá)A點(diǎn)時(shí)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t1，豎直方向的位移為y1；到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t2，豎直方向的位移

17、為y2。根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律有 其中y2－y1=h， 所以 。 【答案】 【點(diǎn)撥】平拋運(yùn)動(dòng)水平方向的分運(yùn)動(dòng)為勻速直線運(yùn)動(dòng)，豎直方向的分運(yùn)動(dòng)為自由落體運(yùn)動(dòng)。由此列出方程求解，即可求得其初速度。充分利用平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡及其特點(diǎn)是本題求解的關(guān) 【例3】如圖4-7-7所示為頻閃攝影方法拍攝的研究物體做平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律的照片，圖中A、B、C為三個(gè)同時(shí)由同一點(diǎn)出發(fā)的小球。AA′為A球在光滑水平面上以速度v運(yùn)動(dòng)的軌跡； BB′為B球以速度v被水平拋出后的運(yùn)動(dòng)軌跡；CC′為C球自由下落的運(yùn)動(dòng)軌跡。通過分析上述三條軌跡可得出結(jié)論：

18、 　　　　　　　　　　　　　　　　。 【解析】仔細(xì)觀察照片可以發(fā)現(xiàn)，B、C兩球在任一曝光瞬間的位置總在同一水平線上，說明平拋運(yùn)動(dòng)物體B在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)與自由落體運(yùn)動(dòng)相同；而A、B兩小球在任一曝光瞬間的位置總在同一豎直線上，說明平拋運(yùn)動(dòng)物體B在水平方向上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)與勻速直線運(yùn)動(dòng)相同。所以，做平拋運(yùn)動(dòng)的物體在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)。 【點(diǎn)悟】本例提供了探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)的另一方法，簡(jiǎn)明且較準(zhǔn)確，但需要一定的設(shè)備，如有條件，不妨一試。 B A S H 圖4-7-8 拓展

19、如圖4-7-8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)撞開接觸開關(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 D．豎直方向的分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng) 【解析】A球平拋的同時(shí)B球自由下落，且兩球在同一高度上，又兩球總是同時(shí)落地，這只能說明A球在拋出后豎直方向的分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)，但并不能說明A球的水平分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)。 【答案】C 6．利用

20、單擺探究小球平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)方案如圖4-7-15（a）所示，在懸點(diǎn)O正下方有水平放置的熾熱的電熱絲P，當(dāng)懸線擺至電熱絲處時(shí)能輕易被燒斷；MN為水平木板，已知懸線長(zhǎng)為L(zhǎng)，懸點(diǎn)到木板的距離OO’＝h（h＞L）。 O O′ A P B C M N (a) v0 s2/m2 cosθ O 0.5 1.0 1.0 2.0 (b) 4-7-15 （1） 電熱絲P必須放在懸點(diǎn)正下方的理由是： 。 （2）將小球向左拉起后自由釋放，最后小

21、球落到木板上的C點(diǎn)，O’C＝s，則小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度為v0 。 （3）在其他條件不變的情況下，若改變釋放小球時(shí)懸線與豎直方向的夾角q，小球落點(diǎn)與O’點(diǎn)的水平距離s將隨之改變，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，以s2為縱坐標(biāo)、cosq為橫坐標(biāo)，得到如圖4-7-15（b）所示圖像。所以當(dāng)q＝30°時(shí)，s為 m；若懸線長(zhǎng)L＝1.0m，懸點(diǎn)到木板間的距離OO’為 。 【解析】（1）（2）略 ⑶當(dāng)θ=30°時(shí)cosθ=0.87，從圖象找到對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)為s2=0.27，因此s=0.52。取θ=90°，則cosθ=0，對(duì)應(yīng)的s2=2m2，s=m，與之對(duì)應(yīng)的平拋初速度m/s，飛行時(shí)間t=s/v0=1/s，而h-L=，帶入得h=1.5m。 【答案】（1）保證小球沿水平方向拋出。 （2）（3）0.52；1.5。 8