第3節科學探究:平拋運動的特點學習目標思維導圖1.知道平拋運動的條件及相應控制方法。2.知道常見的幾種獲取平拋運動軌跡的方法。3.會根據平拋運動的軌跡求平拋運動的初速度。必備知識自我檢測一、【實驗目的】1.描繪物體做平拋運動的軌跡并分析其特點。2.根據平拋運動的軌跡求平拋運動的初速度。二、【實驗器材】斜槽、小球、木板、鉛垂線、坐標紙、圖釘、刻度尺、鉛筆(或卡孔)等。必備知識自我檢測三、【實驗原理與設計】將斜槽等器材安裝起來,實驗裝置如圖所示。小球從斜槽上滾下,通過水平槽飛出后做平拋運動。使小球每次都從斜槽上同一位置由靜止釋放,小球在空中做平拋運動的軌跡相同。設法用鉛筆描出小球經過的位置。通過多次實驗,在坐標紙上記錄小球所經過的多個位置,用平滑的曲線將各點連起來,從而得到小球做平拋運動的軌跡。根據平拋運動的公式x=v0t和y=gt2,可求出小球做平拋運動的初速度。必備知識自我檢測四、【實驗步驟】1.用圖釘把坐標紙釘在豎直木板上,在木板的左上角固定斜槽,并使其末端保持水平。2.用懸掛在槽口的鉛垂線把木板調整到豎直方向,并使木板平面與小球下落的豎直面平行且靠近,固定好木板。3.把小球放在槽口處,用鉛筆記下小球在槽口時球心在木板上的水平投影點O,利用鉛垂線在紙上畫出通過O點的豎直線。4.將小球從斜槽上合適的位置由靜止釋放,使小球的運動軌跡大致經過坐標紙的右下角。5.把筆尖放在小球可能經過的位置,如果小球運動中碰到筆尖,用鉛筆在坐標紙該位置畫上一點。用同樣的方法,從同一位置釋放小球,在小球運動路線上描下若干點。必備知識自我檢測1.在探究平拋運動的特點實驗中,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解析:為減小空氣阻力對小球運動的影響,阻力和球的重力的比越小,影響越小,故A選項正確。答案:A必備知識自我檢測2.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.保證小球飛出時,速度既不太大,也不太小B.保證小球飛出時,初速度方向水平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解析:平拋運動初速度的大小不是由斜槽末端是否水平決定的,而是由小球釋放點到斜槽水平端的豎直高度決定的,故A項不正確;研究平拋物體的運動,旨在弄清物體在水平和豎直兩個方向上怎樣運動,必須保證小球拋出時速度是水平的,并非要研究小球在空中運動的時間,故B項正確,C項不正確;無論小球飛出的初速度是水平還是傾斜的,其運動軌跡都是一條拋物線,故D項不正確。答案:B問題一問題二隨堂檢測實驗操作及注意事項情境導引如圖所示為利用斜槽探究平拋運動特點的裝置。(1)為保證小球離開斜槽做平拋運動,斜槽末端需水平。怎樣判斷斜槽末端是否水平?(2)實驗中除去描點法畫軌跡外,你還能想到哪些方法?(3)實驗中怎樣操作才能保證小球總是通過同一軌跡?問題一問題二隨堂檢測要點提示:(1)把小球放在斜槽末端,若小球靜止,則表明斜槽末端水平。(2)利用頻閃照相機。(3)小球從斜槽同一高度由靜止釋放。問題一問題二隨堂檢測知識點撥一、利用頻閃照相或者錄制視頻的方法,記錄物體做平拋運動軌跡的實驗步驟及注意事項實驗步驟:1.讓小球從水平桌面上飛出,在小球后面放置帶方格的黑板做背景。2.用數碼相機的攝像功能,拍攝小球從桌面飛出后做平拋運動的幾張連續照片。3.利用Photoshop軟件將多個影像合成為同一幅照片。注意事項:1.保證相機靜止不動。2.拍攝時光源用高效節能燈或更大功率的白熾燈。3.背景和小球之間的反差要大。問題一問題二隨堂檢測二、利用斜槽實驗時的注意事項1.斜槽安裝:實驗中必須調整斜槽末端切線水平,將小球放在斜槽末端水平部分,若小球靜止,斜槽末端的切線就水平了。2.方木板固定:方木板必須處于豎直平面內,檢查坐標紙豎線是否豎直。3.小球釋放:(1)小球每次必須從斜槽上同一位置由靜止滾下。(2)小球開始滾下的位置高度要適中,以使小球平拋運動的軌跡由坐標紙的左上角一直到達右下角為宜。4.坐標原點:坐標原點不是槽口的端點,而是小球出槽口時球心在木板上的投影點。問題一問題二隨堂檢測實例引導例1如圖所示,在探究平拋運動的實驗中,可以描繪出小球平拋運動的軌跡,實驗簡要步驟如下:A.讓小球多次由

釋放,在一張印有小方格的紙上記下小球經過的一系列位置,如圖中a、b、c、d所示。

B.按圖安裝好器材,注意

,記下平拋初位置O點和過O點的水平線與豎直線。

問題一問題二隨堂檢測C.取下方格紙,以O為原點,以水平線為x軸,豎直線為y軸建立坐標系,用平滑曲線畫出小球平拋運動的軌跡。(1)完成上述步驟,將答案填在橫線上。(2)上述實驗步驟的合理順序是

。

解析:該實驗需讓小球重復同一個平拋運動軌跡多次,才能記錄出小球的一系列位置,故必須讓小球每次由同一位置靜止釋放。斜槽末端切線水平,小球才會做平拋運動。答案:(1)同一位置靜止

斜槽末端切線水平

(2)BAC問題一問題二隨堂檢測變式訓練1在探究平拋物體的運動的實驗中:(1)為使小球水平拋出,必須調整斜槽,使其末端的切線成水平方向,檢查方法是

。

(2)小球

的位置必須及時記錄在白紙上,然后從這一點畫水平線和豎直線作為x軸和y軸。

(3)某同學建立的直角坐標系如圖所示,設他在安裝實驗裝置和其他操作時準確無誤,只有一處失誤,即是

。

問題一問題二隨堂檢測解析:(1)斜槽末端水平時小球處處平衡,放在槽口能靜止不動。(2)應記錄小球拋出點的位置。(3)描繪小球的運動軌跡的起始位置時應描繪球心的位置,因此坐標原點應在平拋起點的球心位置,即坐標原點應該是小球在槽口時球心在白紙上的水平投影點。答案:(1)將小球放置在槽口處軌道上,小球能保持靜止

(2)拋出點

(3)坐標原點應該是小球在槽口時球心在白紙上的水平投影點問題一問題二隨堂檢測實驗數據處理方法情境導引如圖所示為利用斜槽實驗所描繪的小球平拋運動途中的三個位置。(1)位置A是小球拋出的起始點嗎?怎樣判斷?(2)如果A點是小球拋出的起始點,如何求拋出的初速度?(3)如果A點不是小球拋出的起始點,如何求拋出的初速度?問題一問題二隨堂檢測要點提示:(1)不是。平拋運動的豎直分運動為自由落體運動,從A到B和B到C的運動時間相等,則豎直距離yAB∶yBC=1∶3。問題一問題二隨堂檢測知識點撥1.描繪小球做平拋運動的軌跡根據在坐標紙上記錄小球的多個位置,用平滑的曲線連接各個位置得到其運動軌跡。2.求小球平拋的初速度

問題一問題二隨堂檢測(2)如果O點不是小球拋出的起始點,那么在平拋運動軌跡上選取幾個水平間距(設為x)相等的測量點,如圖中A、B、C點。測出AB間、BC間的豎直距離y1、y2,設AB間、BC間的運動時間為T,由問題一問題二隨堂檢測3.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,則當以拋出點為坐標原點建立直角坐標系后,軌跡上各點的坐標具有y=ax2的關系,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對應的x、y,分別代入y=ax2中求出常數a,看計算得到的a值在誤差范圍內是否為一常數。方法二:圖像法建立y-x2坐標系,根據所測量的各個點的x、y坐標值分別計算出對應y值的x2值,在y-x2坐標系中描點,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。問題一問題二隨堂檢測實例引導例2圖甲是探究平拋運動特點的實驗裝置圖。問題一問題二隨堂檢測(1)圖乙是正確實驗取得的數據,其中0為拋出點,若已知當地重力加速度為9.8m/s2,則此小球做平拋運動的初速度為

m/s。

(2)在另一次實驗中將白紙換成方格紙,每小格的邊長L=5cm,通過實驗,記錄了小球在運動途中的三個位置,如圖丙所示,則該小球做平拋運動的初速度為

m/s,B點的豎直分速度為

m/s。(g取10m/s2)

問題一問題二隨堂檢測答案:(1)1.6

(2)1.5

2問題一問題二隨堂檢測變式訓練2某同學在做平拋運動實驗時得到了如圖所示的運動軌跡,a、b、c三點的位置在運動軌跡上已標出。(g取10m/s2)(1)小球平拋的初速度為

m/s。

(2)小球拋出點的位置坐標x=

cm,y=

cm。

問題一問題二隨堂檢測答案:(1)2

(2)-10

-1.25問題一問題二隨堂檢測1.(多選)數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照片,下列處理正確的是(

)A.只要測出相鄰三張照片上小球的距離,就能判斷平拋運動的特點B.只要測出相鄰三張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.只要測出相鄰三張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.只要測出相鄰三張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解析:連續照片之間的時間間隔已知道,因此只需測量兩個方向上的對應距離,即可研究兩個分運動的性質。答案:BD問題一問題二隨堂檢測2.三個同學根據不同的實驗條件,進行了“探究平拋運動規律”的實驗。(1)a同學采用如圖甲所示的裝置。用小錘打擊彈性金屬片,金屬片把A球沿水平方向彈出,同時B球被松開,自由下落,觀察到兩球同時落地,改變小錘打擊的力度,即改變A球被彈出時的速度,兩球仍然同時落地,這說明

。

(2)b同學采用如圖乙所示的裝置。兩個相同的弧形軌道M、N分別用于發射小鐵球P、Q,其中N的末端與光滑的水平板相切,兩軌道上端分別裝有電磁鐵C、D。調節電磁鐵C、D的高度,使AC=BD,從而保證小鐵球P、Q在軌道出口處的水平初速度v0相等。現將小鐵球P、Q分別吸在電磁鐵C、D上,然后切斷電源,使兩小鐵球能以相同的初速度v0同時分別從軌道M、N的下端射出。實驗可觀察到P、Q兩球相碰。僅僅改變弧形軌道M、N的高度,重復上述實驗,仍能觀察到相同的現象,這說明

。

問題一問題二隨堂檢測(3)c同學采用頻閃照相的方法拍攝到如圖丙所示的“小球做平拋運動”的照片。圖中每個小方格的邊長為10cm,則由圖可求得該小球做平拋運動的初速度大小為

m/s。(g取10m/s2)

問題一問題二隨堂檢測解析:(1)在打擊金屬片時,兩小球同時分別做平拋運動與自由落體運動,結果同時落地,則說明平拋運動在豎直方向的分運動是自由落體運動。(2)讓兩小球同時從相同的弧形軌道上的相同高度滾下,從而使兩小球同時滾離軌道時具有相同的速度。小球P做平拋運動,小球Q做勻速直線運動,兩小球相遇則說明平拋運動在水平方向的分運動是勻速直線運動。(3)平拋運動可看成豎直方向的自由落體運動與水平方向的勻速直線運動的合運動。在豎直方向上,由答案:(1)平拋運動的豎直分運動是自由落體運動

(2)平拋運動的水平分運動是勻速直線運動

(3)2問題一問題二隨堂檢測3.某物理實驗小組利用如圖所示裝置測量小球做平拋運動的初速度。在地面上沿拋出的速度方向水平放置一把刻度尺,讓懸掛在拋出點處的重錘的投影落在刻度尺的零刻度線上,則利用小球在刻度尺上的落點位置,就可以直觀地得到小球做平拋運動的初速度。下列各圖表示四位同學在刻度尺旁邊分別制作出的速度標尺(圖中P點為重錘的投影位置),其中可能正確的是(

)問題一問題二隨堂檢測答案:A問題一問題二隨堂檢測4.某同學設計了一個探究平拋運動規律的實驗,實驗裝置示意圖如圖甲所示。A是一塊平面木板,在其上等間隔地開鑿出一組平行的插槽(圖中