高中物理第1章怎样研究抛体运动1_1飞机投弹与平抛运动教学案沪科版必修2 13页

1.1　飞机投弹与平抛运动[学习目标]1.知道什么是平抛运动，知道伽利略对平抛运动规律的假设.2.能够利用实验验证伽利略的假设.3.会利用物理规律分析平抛运动在两个分方向上的运动规律.4.知道曲线运动的速度方向及物体做曲线运动的条件.一、从飞机投弹谈起1.平抛运动：将一个物体沿水平方向抛出，在空气阻力可以忽略的情况下物体所做的运动.2.平抛运动的特点(1)水平方向具有初速度，由于惯性要保持向前运动.(2)竖直方向受到重力作用，轨迹向下弯曲.(3)物体只受重力，加速度为g，方向竖直向下，是一种匀变速曲线运动.二、伽利略的假设1.伽利略对平抛运动的认识：水平方向做匀速直线运动；竖直方向做自由落体运动.2.伽利略的假设：水平、竖直两个方向的运动“既不彼此影响干扰，也不互相妨碍”，即两个方向的运动具有独立性.三、验证伽利略的假设1.如图1甲所示，A、B两小球同时分别开始做自由落体运动和平抛运动.(1)现象：两球同时落地.(2)结论：此实验表明，平抛运动竖直方向的运动是自由落体运动.图12.如图乙所示是A、B两小球同时分别开始做自由落体运动和平抛运动的频闪照片.(1)现象：B球在相同时间内通过的水平位移相同，通过的竖直位移与时间的二次方成正比.(2)结论：此实验表明，平抛运动水平分运动是匀速直线运动，竖直分运动是自由落体运动.[即学即用]1.判断下列说法的正误. (1)老师将手中的粉笔头随意抛出的运动是平抛运动.(×)(2)将手中的石子向远方投去，石子做平抛运动.(×)(3)从水平飞行的飞机上滑落的货物做平抛运动(忽略空气阻力).(√)(4)图1甲实验中证明了做平抛运动的小球其竖直分运动是自由落体运动.(√)(5)图1甲实验中证明了做平抛运动的小球其水平分运动是匀速直线运动.(×)(6)图1乙实验表明了一个小球要么沿水平方向做匀速直线运动，要么沿竖直方向做自由落体运动，两者不可兼得.(×)2.如图2所示为用频闪照相的方法拍摄的研究物体做平抛运动规律的照片，图中A、B、C为三个同时由同一点出发的小球，AA′为A球在光滑水平面上以速度v运动的轨迹，BB′为B球以速度v被水平抛出后的运动轨迹，CC′为C球自由下落的运动轨迹.通过分析上述三条轨迹可得出结论：__________________________________________________________.图2答案　做平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动一、曲线运动的速度[导学探究]　(1)如图3所示，砂轮上打磨下来的炽热的微粒沿砂轮的切线飞出，其速度方向不断变化，那么如何确定物体在某一点的速度方向？图3(2)曲线运动一定是变速运动吗？(3)曲线运动可能是匀变速运动吗？(4)物体做曲线运动时，加速度可以为零吗？为什么？答案　(1)从题图可以看出，从砂轮上打磨下来的炽热微粒沿脱落点的切线方向飞出，所以物体在某一点的速度方向沿曲线在这一点的切线方向.(2)由于曲线运动的速度方向时刻在变化，不论其速度大小是否变化，其速度一定变化，因此曲线运动一定是变速运动. (3)曲线运动是否是匀变速运动取决于物体所受的合外力情况.合外力为恒力，物体做匀变速曲线运动；合外力为变力，物体做非匀变速曲线运动.(4)不可以，物体做曲线运动时，速度不断变化，所以加速度一定不为零.[知识深化]1.质点做曲线运动时，速度方向是时刻改变的.2.质点在某一点的速度方向是沿曲线上这一点的切线方向.3.曲线运动是变速运动(1)速度是矢量，它既有大小，又有方向.不论速度的大小是否改变，只要速度的方向发生改变，就表示速度发生了变化，也就具有了加速度.(2)在曲线运动中，速度的方向是不断变化的，所以曲线运动是变速运动.例1　如图4所示，物体沿曲线由a点运动至b点，关于物体在ab段的运动，下列说法正确的是(　　)图4A.物体的速度可能不变B.物体的速度不可能均匀变化C.a点的速度方向由a指向bD.ab段的位移大小一定小于路程答案　D解析　做曲线运动的物体的速度方向时刻改变，即使速度大小不变，速度方向也在不断发生变化，故A项错误；做曲线运动的物体必定受到力的作用，当物体所受到的合力为恒力时，物体的加速度恒定，速度均匀变化，B项错误；ɑ点的速度方向沿ɑ点的切线方向，C项错误；做曲线运动的物体的位移大小必小于路程，D项正确.二、物体做曲线运动的条件[导学探究]　(1)图5甲是抛出的石子在空中划出的弧线，图乙是某卫星绕地球运行的部分轨迹.请画出物体在A、B、C、D四点的受力方向和速度方向.　　　　图5(2)用一块磁铁，如何使小钢球做以下运动：①加速直线运动；②减速直线运动；③曲线运动.(3)物体做曲线运动的条件是什么？答案　(1)各点受力方向和速度方向如图所示. 　　　　(2)①把磁铁放置在小钢球运动方向的正前方；②把磁铁放置在小钢球运动方向的正后方；③把磁铁放置在小钢球运动方向的某一侧.(3)所受合力方向与速度方向不共线.[知识深化]1.物体做曲线运动的条件：当物体受到的合力的方向与其运动方向不共线时，物体将做曲线运动，与其受到的合力大小是否变化无关.2.合力与运动轨迹的关系：物体运动时其轨迹总偏向合力所指的一侧，或者说合力总指向运动轨迹的凹侧.例2　曲线运动是自然界更为普遍的运动形式，下面关于曲线运动的一些说法中，正确的是(　　)A.物体只要受到变力的作用，就会做曲线运动B.物体在方向不变的外力作用下一定会做直线运动C.物体在方向不断变化的外力作用下一定会做曲线运动D.物体在大小不变的外力作用下必做匀变速曲线运动答案　C解析　当物体所受合力的方向与它的速度方向不在同一直线上时，物体做曲线运动，A、B错误.物体所受的外力方向不断变化，表明外力不会与速度始终共线，故在该外力作用下物体一定会做曲线运动，C对.做匀变速曲线运动物体的受力恒定不变，而不光是受力大小不变，D错误. 针对训练1　一物体由静止开始自由下落，一小段时间后突然受一恒定水平向右的风力的影响，但着地前一段时间内风突然停止，则其运动的轨迹可能是(　　)答案　C解析　物体自由下落到某处突然受一恒定水平向右的风力，则轨迹应向右弯曲，且弯点的切线方向应竖直向下，故A、B、D都错；撤去风力后，物体只受重力，即合外力向下，轨迹应向下弯曲，只有C符合，故C正确.物体做曲线运动时，关于受力(加速度)的“一定”与“不一定”(1)“一定”：物体受到的合外力(加速度)一定不为零.物体所受合外力(加速度)的方向与其速度方向一定不在同一条直线上.(2)“不一定”：物体受到的合外力(加速度)不一定变化，即物体受到的合外力可以是恒力，也可以是变力.三、平抛运动的特点与性质[导学探究]　观察图6甲、乙，思考以下问题：图6(1)A球、B球的运动轨迹各有什么特点？(2)A、B两球的速度(大小、方向)有什么特点？(3)A、B两球的加速度有什么特点？ 答案　(1)A球：直线　B球：曲线(2)A球的速度方向不变，大小变化；B球的速度方向和大小都发生变化(3)A、B两球的加速度均恒定不变，为重力加速度g.[知识深化]1.平抛运动的特点与性质(1)特点：特点说明轨迹特点一条曲线速度特点速度大小和方向不断变化加速度特点加速度恒定不变(2)性质：平抛运动实质上是加速度为重力加速度g的匀变速曲线运动.2.平抛运动的速度变化如图7所示，由Δv＝gΔt知，任意两个相等的时间间隔内速度的变化量相同，方向竖直向下.图7例3　平抛运动的规律可以概括为两点：一是水平方向做匀速直线运动；二是竖直方向做自由落体运动.为了研究平抛物体的运动，可做下面的实验：如图8用小锤击打弹性金属片，A球水平飞出，同时B球被松开，做自由落体运动，两球同时落到地面.则这个实验(　　)图8A.只能说明上述规律中的第一条B.只能说明上述规律中的第二条C.不能说明上述规律中的任何一条D.能同时说明上述两条规律答案　B解析　实验中A球做平抛运动，B球做自由落体运动，两球同时落地说明A 球平抛运动的竖直分运动和B球相同，而不能说明A球的水平分运动是匀速直线运动，所以只有选项B正确.针对训练2　关于平抛运动，下列说法中正确的是(　　)A.平抛运动是一种变加速运动B.做平抛运动的物体加速度随时间逐渐增大C.做平抛运动的物体每秒内速度增量相等D.做平抛运动的物体每秒内位移增量相等答案　C解析　平抛运动是匀变速曲线运动，其加速度为重力加速度g，故加速度的大小和方向恒定，在Δt时间内速度的改变量为Δv＝gΔt，因此可知每秒内速度增量大小相等、方向相同，选项A、B错误，C正确；由于水平方向的位移x＝v0t，每秒内水平位移增量相等，而竖直方向的位移h＝gt2，每秒内竖直位移增量不相等，所以选项D错误.1.(曲线运动的速度方向)在F1赛事中，若在弯道上高速行驶的赛车车轮脱落，则关于脱落的车轮的运动情况，下列说法中正确的是(　　)A.仍然沿着汽车的弯道行驶B.沿着与弯道切线垂直的方向飞出C.沿着脱离时轮子前进的方向做直线运动，离开弯道D.上述情况都有可能答案　C解析　赛车沿弯道行驶，任一时刻赛车的速度方向是赛车运动轨迹上的对应点的切线方向，脱落的车轮的速度方向也就是脱落点轨迹的切线方向，车轮脱落后，不再受到车身的约束，只受到与速度方向相反的阻力作用，车轮做直线运动，故C正确.2.(曲线运动的条件)对做曲线运动的物体，下列说法正确的是(　　)A.速度方向与合外力方向不可能在同一条直线上B.加速度方向与合外力方向可能不在同一条直线上C.加速度方向与速度方向有可能在同一条直线上D.合外力的方向一定是变化的答案　A解析　由物体做曲线运动的条件可知，速度方向与合外力方向不可能在同一条直线上，所以A正确；根据牛顿第二定律，加速度与合外力一定同向，所以B、C不正确；在恒力作用下，物体也可以做曲线运动，只要合外力方向与速度方向不共线就可以，所以D不正确，故选A.3.(平抛运动的特点)如图9所示，在光滑的水平面上有一小球a以初速度v0 运动，同时刻在它正上方有一小球b也以初速度v0水平抛出，并落于c点，不计空气阻力，则(　　)图9A.小球a先到达c点B.小球b先到达c点C.两球同时到达c点D.不能确定a、b球到达c点的先后顺序答案　C解析　做平抛运动的小球b在水平方向上的运动与小球a同步，b球落地前两球一直在同一竖直线上，两球同时到达c点，C正确.4.(对平抛运动的理解)从离地面h高处投出A、B、C三个小球，A球自由下落，B球以速度v水平抛出，C球以速度2v水平抛出，则它们落地时间tA、tB、tC的关系是(不计空气阻力)(　　)A.tA＜tB＜tCB.tA＞tB＞tCC.tA＜tB＝tCD.tA＝tB＝tC答案　D解析　平抛运动物体的飞行时间仅与高度有关，与水平方向的初速度大小无关，故tB＝tC，而平抛运动的竖直分运动为自由落体运动，所以tA＝tB＝tC，D正确.课时作业一、选择题(1～8题为单选题，9～12题为多选题)1.关于曲线运动，下列说法中正确的是(　　)A.做曲线运动的物体，在一段时间内运动的路程可能为零B.曲线运动一定是匀速运动C.在平衡力作用下，物体可以做曲线运动D.在恒力作用下，物体可以做曲线运动答案　D解析　做曲线运动的物体，在一段时间内可能回到出发点，但路程不为零，位移可能为零，A错误；曲线运动的速度方向一定变化，所以一定是变速运动，B错误；由牛顿第一定律可知，在平衡力作用下，物体一定做匀速直线运动或处于静止状态，C错误；不论是否为恒力，只要物体所受合力方向与物体速度方向不共线，物体就做曲线运动，所以D正确.2.质点在某一平面内沿曲线由P运动到Q，如果用v、a、F分别表示质点运动过程中的速度、加速度和受到的合外力.则下列选项中可能正确的是(　　) 答案　D解析　质点做曲线运动时，速度方向是曲线上这一点的切线方向，选项A错误；质点所受合外力和加速度的方向指向运动轨迹的凹侧，选项B、C错误，只有选项D正确.3.做曲线运动的物体，在运动过程中，一定变化的物理量是(　　)A.速率B.速度C.加速度D.合外力答案　B解析　物体做曲线运动时，速度方向一定变化，速度大小不一定变化，A错，B对.做曲线运动的物体的合外力或加速度既可能变，也有可能不变，C、D错.4.若已知物体运动的初速度v0的方向及它受到的恒定的合外力F的方向，下面四图中a、b、c、d表示物体运动的轨迹，其中正确的是(　　)答案　B解析　合外力F与初速度v0不共线，物体一定做曲线运动，C错.物体的运动轨迹向合外力F方向偏转，且介于F与v0的方向之间并与v0相切，A、D错，B对.5.关于平抛运动的物体，正确的说法是(　　)百度文库-让每个人平等地提升自我A.速度始终不变B.加速度始终不变C.受力始终与运动方向垂直D.受力始终与运动方向平行答案　B解析　做平抛运动的物体的速度大小、方向时刻在变化，A错.加速度恒为g，B对.受力与初速度方向垂直，但不会与运动方向平行或垂直，C、D错. 6.撑开的带有水滴的伞绕着伞柄在竖直面内旋转，伞面上的水滴随伞做曲线运动.若有水滴从伞面边缘最高处O飞出，如图1所示.则飞出伞面后的水滴可能(　　)图1A.沿曲线OA运动B.沿直线OB运动C.沿曲线OC运动D.沿圆弧OD运动答案　C解析　雨滴在最高处离开伞边缘，沿切线方向飞出，由于受重力作用，轨迹向下偏转，故C正确，A、B、D错误.7.如图2所示，足够长的水平直轨道MN上左端有一点C，过MN的竖直平面上有两点A、B，A点在C点的正上方，B点与A点在一条水平线上，不计轨道阻力和空气阻力，下列判断正确的是(　　)图2A.在A、C两点以相同的速度同时水平向右抛出一小球，两球一定会相遇B.在A、C两点以相同的速度同时水平向右抛出一小球，两球一定不会相遇C.在A点水平向右抛出一小球，同时在B点由静止释放一小球，两球一定会相遇D.在A、C两点以相同的速度同时水平向右抛出一小球，并同时在B点由静止释放一小球，三小球不可能在水平轨道上相遇答案　A解析　由于不计轨道阻力和空气阻力，从A点水平抛出的小球做平抛运动，它在水平方向上做匀速直线运动，而在C点水平抛出的小球沿轨道做匀速直线运动，当A处抛出的小球到达MN轨道时，在水平方向上与C处抛出的小球水平位移相同，它们一定相遇；在A点水平向右抛出一小球，同时在B点由静止释放一小球，从A处抛出的小球若能到达B的正下方，两球才会相遇，否则不会相遇；由以上分析可知：在A、C两点以相同的速度同时水平向右抛出两小球，并同时在B点由静止释放一小球，三小球有可能在水平轨道上相遇.8.一运动物体经过P点时，其速度v与合力F的方向不在同一直线上，当物体运动到Q点时，突然使合力的方向与速度方向相同直至物体运动经过M点，若用虚线表示物体的运动轨迹，则下列图中可能正确的是(其中C、D选项中的QM段均是直线)(　　) 答案　C解析　经过P点时，其速度v与合力F的方向不在同一直线上，物体做曲线运动，合力应该指向轨迹的内侧，当合力方向与速度方向平行时，物体做直线运动，所以从Q到M做直线运动，故C正确.9.关于平抛物体的运动，以下说法正确的是(　　)A.做平抛运动的物体，速度和加速度都随时间的增加而增大B.做平抛运动的物体仅受到重力的作用，所以加速度保持不变C.平抛物体的运动是匀变速运动D.平抛物体的运动是变加速运动答案　BC解析　做平抛运动的物体，速度随时间不断增大，但由于只受恒定不变的重力作用，所以加速度是恒定不变的，选项A、D错误，B、C正确.10.在物理学史上，伽利略对平抛运动进行了深入细致的研究，下列关于伽利略研究的说法中，正确的是(　　)A.伽利略通过精确的实验，发现平抛运动在水平和竖直方向上的运动既不彼此影响，也不互相妨碍B.伽利略用几何方法描绘出了平抛物体的运动轨迹C.伽利略对平抛运动的研究方法只适用于平抛运动D.伽利略的研究揭示了研究二维曲线运动的基本方法答案　BD解析　伽利略假定平抛运动的物体在水平和竖直方向上的运动互不影响，而不是通过精确实验证实这一结论，故A错误；在假设的基础上，伽利略用几何方法描绘出了平抛物体的运动轨迹，B正确；伽利略的研究方法可以普遍适用于二维或三维运动的研究，故C错误，D正确.11.为了验证平抛运动的小球在竖直方向上做自由落体运动，用如图3所示的装置进行实验.小锤打击弹性金属片，A球水平抛出，同时B球被松开，自由下落.关于该实验，下列说法中正确的有(　　) 图3A.两球的质量应相等B.两球应同时落地C.应改变装置的高度，多次实验D.实验也能说明A球在水平方向上做匀速直线运动答案　BC解析　平抛运动在竖直方向上为自由落体运动，因为等高同时运动，所以两球同时落地，B项正确；为了验证平抛运动的小球在竖直方向上做自由落体运动，需要改变装置的高度，多次实验，C项正确.12.质量为m的物体，在F1、F2、F3三个共点力的作用下做匀速直线运动，保持F1、F2不变，仅将F3的方向改变90°(大小不变)后，物体可能做(　　)A.加速度大小为的匀变速直线运动B.加速度大小为的匀变速直线运动C.加速度大小为的匀变速曲线运动D.匀速直线运动答案　BC解析　物体在F1、F2、F3三个共点力作用下做匀速直线运动，必有F3与F1、F2的合力等大反向，当F3大小不变，方向改变90°时，F1、F2的合力大小仍为F3，方向与改变方向后的F3夹角为90°，故F合＝F3，加速度a＝＝.若初速度方向与F合方向共线，则物体做匀变速直线运动；若初速度方向与F合方向不共线，则物体做匀变速曲线运动.综上所述，本题选B、C.二、非选择题13.有两个同学根据不同的实验条件，进行了“研究平抛运动”的实验： 图4(1)甲同学用如图4甲所示的装置.用小锤击打弹性金属片，使A球沿水平方向弹出，同时B球被松开，自由下落，观察到两球同时落地，改变小锤击打的力度，即改变A球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明_____________________________________________.(2)乙同学采用如图乙所示的装置.两个相同的弧形轨道M、N，分别用于发射小铁球P、Q，其中N的末端可看作与光滑的水平板相切，两轨道上端分别装有电磁铁C、D；调节电磁铁C、D的高度使AC＝BD，从而保证小铁球P、Q在轨道出口处的水平初速度v0相等，现将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小球同时以相同的初速度v0分别从轨道M、N的末端射出.实验可观察到的现象应是______________.仅仅改变弧形轨道所在平面AM的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，这说明___________________________________________________________________________________________.答案　(1)做平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动　(2)P球击中Q球　做平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动解析　(1)通过对照实验，说明两球具有等时性，由此说明做平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动.(2)两球在水平轨道上相遇，水平方向运动情况相同，说明平抛运动的水平分运动是匀速直线运动.