高中物理2導(dǎo)案：第五章 第4講 實驗：研究平拋運動 含解析

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第4講實驗：研究平拋運動[目標(biāo)定位]1。學(xué)會用實驗的方法描繪平拋運動的軌跡并驗證軌跡是一條拋物線。2。能根據(jù)運動軌跡求平拋運動的初速度．一、實驗原理使小球做平拋運動，利用描跡法描繪小球的運動軌跡,建立坐標(biāo)系,測出軌跡曲線上某一點的坐標(biāo)x和y，由公式：x＝________和y＝eq\f（1,2)gt2,可得v0＝__________.想一想描繪小球的運動軌跡有哪些方法？二、實驗器材（以斜面小槽法為例)斜槽（帶小球)、木板及豎直固定支架、白紙、圖釘、____、三角板、鉛筆、________。一、實驗步驟(以斜面小槽法為例)1．按圖1甲所示安裝實驗裝置,使斜槽末端水平．圖12．以水平槽末端端口上小球球心位置為坐標(biāo)原點O，過O點畫出豎直的y軸和水平的x軸．3．使小球從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下，把筆尖放在小球可能經(jīng)過的位置上，如果小球運動中碰到筆尖,就用鉛筆在該位置畫上一點．用同樣方法，在小球運動路線上描下若干點．4．將白紙從木板上取下,從O點開始連接畫出的若干點描出一條平滑的曲線,如圖乙所示．二、數(shù)據(jù)處理1．判斷平拋運動的軌跡是不是拋物線(1)原理:若平拋運動的軌跡是拋物線，則當(dāng)以拋出點為坐標(biāo)原點建立直角坐標(biāo)系后,軌跡上各點的坐標(biāo)具有y＝ax2的關(guān)系,且同一軌跡上a是一個特定的值．（2）驗證方法方法一：代入法用刻度尺測量幾個點的x、y坐標(biāo)，分別代入y＝ax2中求出常數(shù)a，看計算得到的a值在誤差范圍內(nèi)是否為一常數(shù)．方法二：圖象法建立yx2坐標(biāo)系，根據(jù)所測量的各個點的x、y坐標(biāo)值分別計算出對應(yīng)y值的x2值，在yx2坐標(biāo)系中描點，連接各點看是否在一條直線上,并求出該直線的斜率即為a值．2．計算平拋運動的初速度(1)平拋軌跡完整（即含有拋出點)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）).(2）平拋軌跡殘缺(即無拋出點)如圖2所示,在軌跡上任取三點A、B、C，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Δh＝hBC－h(huán)AB＝gt2圖2所以t＝eq\r（\f（hBC－h(huán)AB，g）），所以初速度v0＝eq\f(x,t)＝xeq\r（\f(g,hBC－h(huán)AB））。三、注意事項1．實驗中必須調(diào)整斜槽末端的切線水平(將小球放在斜槽末端水平部分，若小球靜止，則斜槽末端水平）．2．方木板必須處于豎直平面內(nèi)，固定時要用重垂線檢查坐標(biāo)紙豎線是否豎直．3．小球每次必須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．小球開始滾下的位置高度要適中，以使小球做平拋運動的軌跡由坐標(biāo)紙的左上角一直到達右下角為宜．6．在軌跡上選取離坐標(biāo)原點O點較遠的一些點來計算初速度．例1在“研究平拋運動"的實驗中，可以描繪平拋物體運動軌跡和求物體的平拋初速度．實驗簡要步驟如下:A．讓小球多次從________位置上滾下，記下小球運動途中經(jīng)過的一系列位置；B．安裝好器材，注意斜槽末端水平和木板豎直，記下小球在斜槽末端時球心在木板上的投影點O和過O點的豎直線，檢測斜槽末端水平的方法是_______________________.C．測出曲線上某點的坐標(biāo)x、y，用v0＝________算出該小球的平拋初速度,實驗需要對多個點求v0的值，然后求它們的平均值．D．取下白紙,以O(shè)為原點，以過O點的豎直線為y軸，水平線為x軸建立坐標(biāo)系，用平滑曲線畫平拋軌跡．上述實驗步驟的合理順序是________（只排列序號即可)．例2在研究平拋運動的實驗中，為了確定小球在不同時刻所通過的位置，實驗時用如圖3所示的裝置，先將斜槽軌道的末端調(diào)整水平，在一塊平木板表面釘上復(fù)寫紙和白紙,并將該木板豎直立于槽口附近．使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，小球撞到木板并在白紙上留下痕跡A；將木板向遠離槽口方向平移距離x,再使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，小球撞在木板上得到痕跡B；將木板再向遠離槽口方向平移距離x,小球再從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，得到痕跡C.若測得木板每次移動的距離均為x＝10cm。A、B間距離y1＝4。78cm，B、C間距離y2＝14.58cm。（g取9.8m/s2)圖3（1）根據(jù)以上直接測量的物理量求得小球的初速度為v0＝_______(用題中所給字母表示)．（2)小球的初速度的測量值為________m/s.1．如圖4所示為用頻閃攝影方法拍攝的研究物體做平拋運動規(guī)律的照片．圖中A、B、C為三個同時由同一點出發(fā)的小球，AA′為A球在光滑水平面上以速度v運動的軌跡，BB′為B球以速度v被水平拋出后的運動軌跡；CC′為C球自由下落的運動軌跡．通過分析上述三條軌跡可得出結(jié)論：________________________________________________.圖42．在探究平拋運動的規(guī)律時,可以選用如圖5所示的各種裝置圖，則以下操作合理的是（)圖5A．選用裝置圖甲研究平拋物體的豎直分運動時,應(yīng)該用眼睛看A、B兩球是否同時落地B．選用裝置圖乙并要獲得穩(wěn)定的細(xì)水柱顯示出平拋運動的軌跡，豎直管上端A一定要低于水面C．選用裝置圖丙并要獲得鋼球做平拋運動的軌跡,每次不一定從斜槽上同一位置由靜止釋放鋼球D．除上述裝置外,還可以用數(shù)碼照相機拍攝鋼球做平拋運動時每秒15幀的錄像以獲得平拋運動的軌跡3。如圖6所示為一小球做平拋運動的閃光照相照片的一部分,圖中背景方格的邊長均為5cm,如果g取10m/s2,那么：圖6（1)照相機的閃光頻率是________Hz；(2）小球運動中水平分速度的大小是________m/s；(3）小球經(jīng)過B點時的速度大小是________m/s。

答案精析第4講實驗：研究平拋運動預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)一、v0txeq\r（\f(g，2y)）想一想描繪軌跡可以采用的方法有斜面小槽法、噴水法和頻閃照相法．二、重垂線刻度尺課堂講義例1A．同一B．將小球放在斜槽末端，小球不滾動C．xeq\r(\f(g,2y））BADC解析A項中要記下小球運動途中經(jīng)過的一系列位置,不可能在一次平拋中完成，每一次平拋一般只能確定一個位置，要確定多個位置，要求小球每次的軌跡重合，小球開始平拋時的初速度必須相同，因此小球每次必須從同一位置上滾下．B項中用平衡法，即將小球放到斜槽末端任一位置,如果斜槽末端是水平的,則小球受到的支持力和重力是平衡的，小球不會滾動．如果斜槽末端不是水平的，小球?qū)l(fā)生滾動．C項中將x＝v0t及y＝eq\f（1，2）gt2聯(lián)立即可求v0＝xeq\r(\f（g,2y)）。實驗步驟合理順序是BADC.例2(1)xeq\r（\f(g，y2－y1）)（2)1解析（1)由題意知小球由A到B和由B到C經(jīng)歷的時間相等,設(shè)為T，則在豎直方向上由Δy＝aT2得y2－y1＝gT2，又x＝v0T，解得v0＝xeq\r（\f（g,y2－y1))。（2）將已知數(shù)據(jù)代入可得v0＝1m/s.對點練習(xí)1．做平拋運動的物體在水平方向做勻速直線運動，在豎直方向做自由落體運動解析將B球與A球相比較，可以看出在同一時刻，在水平方向上B球與A球在相同位置，說明B球水平方向上與A球的運動是相同的，即B球在水平方向上做勻速直線運動．將B球與C球的運動相比較，在同一時刻B球在豎直方向上的位置與C球是相同的，即在豎直方向上B球與C球的運動是相同的，即在豎直方向上B球做自由落體運動．2．BD[小球下落的速度很快,運動時間很短，用眼睛很難準(zhǔn)確判斷出小球落地的先后順序，應(yīng)聽聲音，選項A不合理；豎直管的上端A應(yīng)低于水面，這是因為豎直管與空氣相通,A處的壓強始終等于大氣壓，不受瓶內(nèi)水面高低的影響，因此可以得到穩(wěn)定的細(xì)水柱，選項B正確；只有每次從同一高度由靜止釋放鋼球，鋼球做平拋運動的初速度才相同，選項C錯誤；獲得每秒15幀的錄像就等同于做平拋運動實驗時描方格圖的方法,同樣可以探究平拋運動的規(guī)律,選項D正確．]3．（1)10(2)1.5(3）2.5解析(1）因為xAB＝xBC，所以tAB＝tBC.在豎直方向上，由Δy＝gT2得5L－3L＝gT2,解得T＝0.1s故閃光頻率為10Hz.(2）水平分速度v＝eq\f(x,T)＝eq\f（3×0.05,0.1)m/s＝1.5m/s。（3)vBy＝eq\f(yAC，2T)＝eq\f(5＋3×0.05,2