高中物理人教版第五章曲線運動實驗研究平拋運動【市一等獎】

實驗:研究平拋運動學案設(shè)計學習目標1.知道平拋運動的條件及相應控制方法.2.知道用實驗獲得平拋運動軌跡的方法.3.知道判斷運動軌跡是否是拋物線的方法.4.知道測量初速度時需要測量的物理量.5.會推導平拋運動初速度的表達式,會計算平拋運動的初速度.自主探究1.平拋運動的性質(zhì)做平拋運動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,所以是運動;又因力與速度不在同一條直線上,所以平拋運動是勻變速運動.

2.平拋運動的處理方法平拋運動是一種曲線運動,研究平拋運動時可以將平拋運動分解為水平方向的和豎直方向的兩個分運動.

3.平拋運動的軌跡是.

4.常見的幾種獲取平拋運動軌跡的方法(參考教材第14頁)(1)利用實驗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動.每次都使鋼球在斜槽上的位置滾下,鋼球在空中做運動的軌跡就是的.設(shè)法用鉛筆描出小球的位置.通過多次實驗,在上記錄鋼球所經(jīng)過的多個位置,連起來就得到鋼球做的軌跡.怎樣找出小球在運動過程中所經(jīng)過的位置呢?.

(2)如圖,倒置的飲料瓶內(nèi)裝著水,瓶塞內(nèi)插著兩根兩端開口的細管,其中一根彎成水平,且水平端加接一段更細的硬管作為噴嘴.水從噴嘴中射出,在空中形成,它顯示了運動的軌跡.設(shè)法把它描在背后的紙上就能進行分析處理了.插入瓶中的另一根細管的作用,是.這是因為該管上端與空氣相通,A處水的壓強始終大氣壓,不受瓶內(nèi)的影響.因此,在水面降到A處以前的一段時間內(nèi),可以得到的細水柱.

(3)用數(shù)碼相機或數(shù)碼攝像機記錄平拋運動的軌跡.可以用它拍攝小球從水平桌面飛出后做平拋運動的幾張連續(xù)照片.如果用數(shù)學課上畫函數(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)計實驗方案交流方案,分析教材中的實驗方案的優(yōu)缺點,確定實驗方案.教材中的案例優(yōu)點缺點注意事項案例一案例二案例三二、確定平拋運動的軌跡(一)利用平拋實驗儀的實驗中得到較準確的軌跡,請思考下列問題:1.如何檢驗斜槽末端部分是否水平和木板面是否豎直?

2.如何保證每次實驗v0相同?

3.小球平拋的拋出點在哪?如何確定?

4.實驗結(jié)果與斜面軌道不光滑有關(guān)嗎?為什么?

5.根據(jù)得到的實驗軌跡點,如何描繪平拋運動的軌跡?

6.實驗需要哪些器材或儀器?

如何判斷平拋運動的軌跡是不是拋物線?說明方法:

(二)利用水注法的實驗中為了得到較準確的軌跡,請思考下列問題:1.如何確保水流出時做平拋運動?

2.如何確保水注的軌跡不發(fā)生變化?

3.根據(jù)得到的實驗軌跡點,如何描繪平拋運動的軌跡?

4.實驗需要哪些器材或儀器?

如何判斷平拋運動的軌跡是不是拋物線?說明方法:

三、計算平拋運動的初速度思考討論:(1)如何推導平拋初速度的表達式?寫出推導過程.(2)測量初速度時需要測量的物理量有哪些?(3)實驗數(shù)據(jù)處理1234xyv0=xQUOTEv0的平均值課堂檢測1.在研究平拋運動的實驗中,為減小空氣阻力對小球運動的影響,應采用()A.實心小鐵球 B.空心小鐵球C.實心小木球 D.以上三種小球都可以2.關(guān)于做“研究平拋運動”的實驗時,下列說法正確的是()A.實驗目的之一是求當?shù)刂亓铀俣菳.小球運動時,應與木板上的白紙相接觸C.把小球位置記錄在紙上后,應用平滑曲線連接D.在紙上記錄小球的第一個位置,應盡量靠近坐標原點3.安裝實驗裝置的過程中,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,速度既不太大,也不太小B.保證小球飛出時,初速度水平C.保證小球在空中運動的時間每次都相等D.保證小球運動的軌跡是一條拋物線4.在“研究平拋運動”的實驗中,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,還需的器材有()A.停表 B.天平C.重垂線 D.彈簧測力計5.數(shù)碼相機大多具有攝像功能,每秒鐘拍攝大約15幀照片,一同學用它拍攝小球從水平面飛出后做平拋運動的幾張連續(xù)照片,下列處理正確的是()A.只要測出相鄰兩照片上小球的距離,就能判斷平拋運動的特點B.只要測出相鄰兩照片上小球的水平距離,就能判斷平拋運動在水平方向上的運動特點C.只要測出相鄰兩照片上小球的豎直距離,就能判斷平拋運動在水平方向上的運動特點D.只要測出相鄰兩照片上小球的豎直距離,就能判斷平拋運動在豎直方向上的運動特點6.在做“研究平拋運動”的實驗時,下列說法正確的是()A.安裝斜槽和木板時,一定要注意木板是否豎直B.安裝斜槽和木板時,只需注意小球不和木板發(fā)生摩擦C.每次實驗都要把小球從同一位置由靜止釋放D.實驗的目的是描出小球的運動軌跡,分析平拋運動的規(guī)律7.下列因素會使“研究平拋運動”實驗的誤差增大的是()A.小球與斜槽之間有摩擦B.安裝斜槽時其末端不水平C.建立坐標系時,以斜槽末端端口位置為坐標原點D.根據(jù)曲線計算平拋運動的初速度時,在曲線上取作計算的點離原點O較遠8.如圖所示,在研究平拋運動時,小球A沿軌道滑下,離開軌道末端(末端水平)時撞開輕質(zhì)接觸式開關(guān)S,被電磁鐵吸住的小球B同時自由下落.改變整個裝置的高度H,做同樣的實驗,發(fā)現(xiàn)位于同一高度的A、B兩個小球總是同時落地,該實驗現(xiàn)象說明了A球在離開軌道后()A.水平方向的分運動是勻速直線運動B.水平方向的分運動是勻加速直線運動C.豎直方向的分運動是自由落體運動D.豎直方向的分運動是勻速直線運動9.在研究平拋物體的運動的實驗中,為了求平拋物體的初速度,需直接測的數(shù)據(jù)有()A.小球開始滾下的高度B.小球在空中飛行的時間C.運動軌跡上某點P的水平坐標D.運動軌跡上某點P的豎直坐標10.在“研究平拋運動”的實驗中,某同學記錄了運動軌跡上三點A、B、C,如圖所示,以A為坐標原點,建立坐標系,各點坐標值已在圖中標出.求:(1)小球平拋初速度大小;(2)小球做平拋運動的初始位置坐標(g取10m/s2).

參考答案自主探究1.重勻變速重曲線2.勻速直線運動自由落體運動3.拋物線4.(1)平拋同一平拋一定經(jīng)過豎直白紙平拋運動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,就說明位置找對了(2)彎曲的細水柱平拋保持從噴嘴射出水流的速度,使其不隨瓶內(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)計實驗方案教材中的案例優(yōu)點缺點注意事項案例一平拋運動的軌跡穩(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生提供照片的實際比二、確定平拋運動的軌跡(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動.5.讓小球沿斜槽末端拋出,先用眼睛粗略估計軌跡位置,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,按照此方法,記錄多個軌跡點,然后用平滑的曲線依次連接各點.6.平拋實驗儀、金屬小球、復寫紙、白紙、刻度尺、三角板、筆、計算器.說明方法:拋物線軌跡上各點應滿足y=ax2,在軌跡上測出若干點的坐標(x,y),帶入方程中檢驗是否滿足y與x2成正比的關(guān)系.(二)1.細管的末端保持水平2.使管口壓強保持不變3.用平滑的曲線連接4.鐵架臺、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、計算器.說明方法:拋物線軌跡上各點應滿足y=ax2,在軌跡上測出若干點的坐標(x,y),帶入方程中檢驗是否滿足y與x2成正比的關(guān)系.三、計算平拋運動的初速度(1)y=QUOTEgt2?t=QUOTEx=v0t?v0=QUOTE=xQUOTE2.測出軌跡上某一點的坐標(x,y)代入可求出v0,選取不同位置的點,多次測量后求出平均值.【鞏固訓練】QUOTEs課堂檢測解析:空氣阻力對實心小鐵球的影響相對較小.解析:平拋實驗的目的不是測重力加速度,A錯;小球也不能與木板上的白紙相接觸,B錯;實驗用到的數(shù)據(jù)與坐標原點無關(guān),D錯.解析:平拋運動就是要求小球離開斜槽時,初速度一定是水平的.解析:研究平拋運動是采用運動的分解,分別在水平方向和豎直方向研究,所以需要測量水平間距和豎直間距,故選B、D.解析:安裝斜槽和木板時,木板要豎直,以保證描點準確,A正確,B錯誤;為保證小球每次做平拋運動的初速度相同,每次實驗都要把小球從同一位置由靜止釋放,C正確;實驗的目的是描出小球的運動軌跡,分析平拋運動的規(guī)律,進而求出初速度,D正確.解析:本實驗的目的是描出平拋物體的運動軌跡,并求出平拋物體的初速度,實驗中只要保證小球離開斜槽末端時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,平拋時的初速度就都相同,不會引起誤差,A錯誤;如果安裝斜槽時其末端不水平,小球的運動就不是平拋,會引起誤差,B正確;建立坐標系時,應以斜槽末端小球球心所在的位置為坐標原點,否則會引起誤差,C正確;計算初速度時,計算點距拋出點O越遠,x、y值就越大,用刻度尺進行測量時,其誤差越小,故D錯誤.解析:由于B球做自由落體運動,A、B兩球總是同時落地,說明A球在豎直方向上和B球做同樣的運動,即A球也做自由落體運動,C正確,D錯誤;至于水平方向上A球做什么運動,該實驗無法說明,A、B均錯誤.解析:由平拋運動規(guī)律,豎直方向y=QUOTEgt2,水平方向x=v0t,因此v0=xQUOTE,可見只要測得軌跡上某點P的水平坐標x和豎直坐標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所用時間與從B到C所用時間相等,即tAB=tBC=t0在豎直方向有Δh=hBC