高中物理第五章曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)3實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動(dòng)講義新人教版必修

3實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動(dòng)第五章

曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.學(xué)會(huì)用實(shí)驗(yàn)的方法描繪平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡.2.會(huì)判斷平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是不是拋物線(xiàn).3.會(huì)根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡計(jì)算平拋運(yùn)動(dòng)的初速度.4.掌握描跡法、頻閃照相法等探究實(shí)驗(yàn)的常用方法.內(nèi)容索引題型演練學(xué)以致用實(shí)訓(xùn)演練達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān)技能儲(chǔ)備明確原理提煉方法技能儲(chǔ)備一、描繪平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡1.實(shí)驗(yàn)原理用

法(或噴水法或

法)得到物體做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡.2.實(shí)驗(yàn)器材(以斜槽軌道實(shí)驗(yàn)為例)斜槽、小球、

、圖釘、

、鉛垂線(xiàn)、鉛筆、坐標(biāo)紙、鐵架臺(tái).描跡頻閃照相方木板刻度尺3.實(shí)驗(yàn)步驟(1)按圖1甲所示安裝實(shí)驗(yàn)裝置，使斜槽末端水平(小球在斜槽末端點(diǎn)恰好靜止).圖1(2)固定木板上的坐標(biāo)紙，使木板保持豎直狀態(tài)，小球的運(yùn)動(dòng)軌跡與板面平行，坐標(biāo)紙方格橫線(xiàn)呈水平方向.(3)以斜槽水平末端端口上小球球心在木板上的投影點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O，過(guò)O點(diǎn)畫(huà)出豎直的y軸和水平的x軸.(4)使小球從斜槽上

位置由靜止?jié)L下，把筆尖放在小球可能經(jīng)過(guò)的位置上，如果小球運(yùn)動(dòng)中碰到筆尖，就用鉛筆在該位置畫(huà)上一點(diǎn).用同樣方法，在小球運(yùn)動(dòng)路線(xiàn)上描下若干點(diǎn).(5)將坐標(biāo)紙從木板上取下，從O點(diǎn)開(kāi)始通過(guò)畫(huà)出的若干點(diǎn)描出一條_____的曲線(xiàn)，如圖乙所示.同一平滑4.注意事項(xiàng)(1)實(shí)驗(yàn)中必須調(diào)整斜槽末端的切線(xiàn)

(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

平面內(nèi)，固定時(shí)要用鉛垂線(xiàn)檢查坐標(biāo)紙豎線(xiàn)是否

.(3)小球每次必須從斜槽上

位置由靜止釋放.(4)坐標(biāo)原點(diǎn)不是槽口的端點(diǎn)，應(yīng)是小球出槽口時(shí)球心在木板上的投影點(diǎn).(5)小球開(kāi)始滾下的位置高度要適中，以使小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡由坐標(biāo)紙的左上角一直到達(dá)右下角為宜.水平豎直豎直同一二、數(shù)據(jù)處理1.判斷平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是不是拋物線(xiàn)方法一公式法(1)原理：若平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是拋物線(xiàn)，則當(dāng)以?huà)伋鳇c(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立直角坐標(biāo)系后，軌跡上各點(diǎn)的坐標(biāo)應(yīng)具有y＝

的關(guān)系，而且同一軌跡a是一個(gè)確定的值.(2)驗(yàn)證方法用刻度尺測(cè)量幾個(gè)點(diǎn)的x、y兩個(gè)坐標(biāo)，分別代入y＝ax2中求出常量a，看計(jì)算得到的a值在誤差允許的范圍內(nèi)是否是一個(gè)常數(shù).ax2方法二圖象法建立y－x2坐標(biāo)系，根據(jù)所測(cè)量的各個(gè)點(diǎn)的x、y坐標(biāo)值分別計(jì)算出對(duì)應(yīng)的y值和x2值，在y－x2坐標(biāo)系中描點(diǎn)，連接各點(diǎn)看是否在一條直線(xiàn)上，并求出該直線(xiàn)的斜率即為a值.2.計(jì)算初速度在小球平拋運(yùn)動(dòng)軌跡上任取一點(diǎn)，用刻度尺測(cè)出它的坐標(biāo)(x，y)，利用公式y(tǒng)＝

和x＝

，求出小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度v0(g已知)，多求幾個(gè)點(diǎn)然后求出v0的平均值.v0t題型演練例1在“研究平拋運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中.(1)圖2是橫擋條卡住平拋小球，用鉛筆標(biāo)注小球最高點(diǎn)，確定平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)選小球在斜槽末端點(diǎn)時(shí)的_____.A.球心

B.球的上端C.球的下端答案一、平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的原理與實(shí)驗(yàn)操作圖2√在此實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法正確的是_____.A.斜槽軌道必須光滑B.記錄的點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些C.用光滑曲線(xiàn)把所有的點(diǎn)連接起來(lái)D.y軸的方向根據(jù)重錘線(xiàn)確定答案√√(2)圖3是利用圖2裝置拍攝小球做平拋運(yùn)動(dòng)的頻閃照片，由照片可判斷實(shí)驗(yàn)操作錯(cuò)誤的是_____.A.釋放小球時(shí)初速度不為0B.釋放小球的初始位置不同C.斜槽末端切線(xiàn)不水平答案圖3√(3)下圖是利用穩(wěn)定的細(xì)水柱顯示平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置，其中正確的是

答案√1.為保證小球做平拋運(yùn)動(dòng)，必須使斜槽的末端水平.2.為保證小球每次平拋的初速度相同，必須讓小球從同一位置由靜止釋放.歸納總結(jié)計(jì)算平拋運(yùn)動(dòng)的初速度可以分為兩種情況(1)平拋軌跡完整(即含有拋出點(diǎn))在軌跡上任取一點(diǎn)，測(cè)出該點(diǎn)離坐標(biāo)原點(diǎn)的水平位移x及豎直位移y，就可求出初速度v0.二、計(jì)算平拋運(yùn)動(dòng)的初速度(2)平拋軌跡殘缺(即無(wú)拋出點(diǎn))在軌跡上任取三點(diǎn)A、B、C(如圖4所示)，使A、B間及B、C間的水平距離相等，由平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可知A、B間與B、C間所用時(shí)間相等，設(shè)為t，則Δh＝hBC－h(huán)AB＝gt2圖4解析由平拋運(yùn)動(dòng)公式，在x軸方向上x(chóng)ab＝v0T，在豎直方向上hbc－h(huán)ab＝gT2，代入數(shù)據(jù)解得T＝0.1s，v0＝2m/s.例2某同學(xué)在做“研究平拋運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)時(shí)得到了如圖5所示的運(yùn)動(dòng)軌跡，a、b、c三點(diǎn)的位置在運(yùn)動(dòng)軌跡上已標(biāo)出，則：圖52答案解析(1)小球平拋的初速度為_(kāi)___m/s.(g取10m/s2)(2)小球運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)時(shí)速度大小vb＝_______，方向___________________.2.5m/s答案解析與x軸方向夾角為37°(3)小球拋出點(diǎn)的位置坐標(biāo)x＝_____cm，y＝______cm.－10答案解析－1.25根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)軌跡測(cè)定初速度時(shí)，不要隨便把題目所提供的第一個(gè)記錄點(diǎn)當(dāng)成平拋運(yùn)動(dòng)的拋出點(diǎn).可利用自由落體運(yùn)動(dòng)在豎直方向上連續(xù)相同時(shí)間內(nèi)下落高度之比為1∶3∶5…的關(guān)系來(lái)判斷第一個(gè)記錄點(diǎn)是否為拋出點(diǎn)，若不是，只能由Δh＝gT2求出時(shí)間間隔.易錯(cuò)警示例3某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖6甲所示，A是一塊平面木板，在其上等間隔地開(kāi)鑿出一組平行的插槽(圖中P0P0′、P1P1′、…)，槽間距離均為d.把覆蓋復(fù)寫(xiě)紙的白紙鋪貼在平面硬板B上.實(shí)驗(yàn)時(shí)依次將B板插入A板的各插槽中，每次讓小球從斜軌道的同一位置由靜止釋放.每打完一點(diǎn)后，把B板插入后一槽中并同時(shí)向紙面內(nèi)側(cè)平移距離d.實(shí)驗(yàn)得到小球在白紙上打下的若干痕跡點(diǎn)，如圖乙所示.三、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)圖6(1)實(shí)驗(yàn)前應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置反復(fù)調(diào)節(jié)，直到________.每次讓小球從同一位置由靜止釋放，是為了_____________________________.答案見(jiàn)解析答案解析解析本實(shí)驗(yàn)把小球通過(guò)的水平相等位移(即槽間距離d)，巧妙轉(zhuǎn)化為題圖中x軸上通過(guò)相同的位移(即向紙內(nèi)側(cè)平移距離d)，而豎直方向確定的落點(diǎn)為豎直位置，因而可畫(huà)出平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡.根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，實(shí)驗(yàn)前應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，使斜軌道末端切線(xiàn)水平，以保證小球飛出時(shí)的速度沿水平方向，小球做平拋運(yùn)動(dòng).每次讓小球從同一位置由靜止釋放的目的是使小球每次做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度相同，軌跡相同.解析每次將B板向內(nèi)側(cè)平移距離d是為了保持記錄紙上每?jī)牲c(diǎn)之間的水平距離相同.(2)每次將B板向內(nèi)側(cè)平移距離d，是為了__________.答案見(jiàn)解析答案解析解析如圖所示(注意要用平滑的曲線(xiàn)連接).(3)在圖乙中繪出小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡.答案見(jiàn)解析答案解析1.本實(shí)驗(yàn)中，把小球的平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡由紙面內(nèi)轉(zhuǎn)換到垂直紙面的平面內(nèi).2.B板每向右平移距離d，同時(shí)向紙面內(nèi)側(cè)平移距離d，使轉(zhuǎn)換具有等效性.創(chuàng)新點(diǎn)評(píng)達(dá)標(biāo)檢測(cè)1.(實(shí)驗(yàn)操作)(多選)在做“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，下列說(shuō)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)的目的是描繪出小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，分析平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律解析安裝斜槽和木板時(shí)，必須使斜槽末端切線(xiàn)水平，使木板豎直，以確保小球水平飛出和正確畫(huà)出小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，A正確，B錯(cuò)誤；小球每次從斜槽上的同一位置由靜止開(kāi)始滾下，可保證小球初速度不變，C正確；由實(shí)驗(yàn)?zāi)康目芍?，D正確.√解析答案√√1232.(實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì))(多選)在探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律時(shí)，可以選用如圖7所示的各種裝置圖，則以下操作合理的是

A.選用裝置圖甲研究平拋物體的豎直分

運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)該用眼睛看A、B兩球是否

同時(shí)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(jī)每秒拍攝15幀鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的照片

以獲得平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡√解析答案√圖7123解析小球下落的速度很快，運(yùn)動(dòng)時(shí)間很短，用眼睛看很難準(zhǔn)確判斷出小球落地的先后順序，應(yīng)聽(tīng)聲音，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；豎直管的上端A應(yīng)低于水面，這是因?yàn)樨Q直管與空氣相通，A處的壓強(qiáng)始終等于大氣壓強(qiáng)，不受瓶?jī)?nèi)水面高低的影響，因此可以得到穩(wěn)定的細(xì)水柱，選項(xiàng)B正確；只有每次從同一位置由靜止釋放鋼球，鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度才相同，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；獲得鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)每秒15幀的照片就等同于做平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)在方格紙上描點(diǎn)的方法，同樣可以獲得平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，選項(xiàng)D正確.123B.安裝好器材，注意_________________，記下平拋初位置O點(diǎn)和過(guò)O點(diǎn)的水平線(xiàn)與豎直線(xiàn).C.取下方格紙，以O(shè)為原點(diǎn)，以水平線(xiàn)為x軸，豎直線(xiàn)為y軸建立直角坐標(biāo)系，用平滑曲線(xiàn)畫(huà)出小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡.(1)完成上述步驟，將正確的答案填在橫線(xiàn)上.3.(實(shí)驗(yàn)操作及速度的計(jì)算)如圖8所示，在“研究平拋運(yùn)動(dòng)”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_____________釋放，在一張印有小方格的紙上記下小球經(jīng)過(guò)的一系列位置，如圖中a、b、c、d所示.圖8同一位置靜止斜槽末端切線(xiàn)水平答案解析123解析這種方法，需讓小球重復(fù)同一個(gè)平拋運(yùn)動(dòng)多次，才能記錄出小球的一系列位置，故必須讓小