【物理】2018届人教版第4章实验6研究平抛运动教案 6页

实验6　研究平抛运动 ‎1．实验目的 ‎(1)用实验的方法描出平抛运动的轨迹．‎ ‎(2)用实验轨迹求解平抛物体的初速度．‎ ‎2．实验原理 使小球做平抛运动，利用描迹法描绘小球的运动轨迹，建立坐标系，测出轨迹曲线上某一点的坐标x和y，由公式：x＝v0t和y＝gt2，可得v0＝x.‎ ‎3．实验器材(以斜槽法为例)‎ 斜槽(带小球)、木板及竖直固定支架、白纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺．‎ ‎4．实验步骤(以斜面小槽法为例)‎ ‎(1)按实验原理图1所示安装实验装置，使斜槽末端水平．‎ 图1‎ ‎(2)以水平槽末端端口上小球球心位置为坐标原点O，过O点画出竖直的y轴和水平的x轴．‎ ‎(3)使小球从斜槽上同一位置由静止滚下，把笔尖放在小球可能经过的位置上，如果小球运动中碰到笔尖，就用铅笔在该位置画上一点．用同样方法，在小球运动路线上描下若干点．‎ ‎(4)将白纸从木板上取下，从O点开始连接画出的若干点描出一条平滑的曲线．‎ ‎1．实验注意事项 ‎(1)固定斜槽时，要保证斜槽末端的切线水平，保证小球的初速度水平．‎ ‎(2)固定木板时，木板必须处在竖直平面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直．‎ ‎(3)小球每次从斜槽上的同一位置由静止释放，为此，可在斜槽上某一位置固定一个挡板．‎ ‎(4)要在斜槽上适当高度释放小球，使它以适当的水平初速度抛出，其轨迹由木板左上角到达右下角，这样可以减小测量误差．‎ ‎(5)坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时球心在木板上的投影点．‎ ‎(6)计算小球的初速度时，应选距抛出点稍远一些的点为宜．以便于测量和计算．‎ ‎2．判断平抛运动的轨迹是不是抛物线 ‎(1)原理：若平抛运动的轨迹是抛物线，则当以抛出点为坐标原点建立直角坐标系后，轨迹上各点的坐标具有y＝ax2的关系，且同一轨迹上a是一个特定的值．‎ ‎(2)验证方法 方法一：代入法 用刻度尺测量几个点的x、y坐标，分别代入y＝ax2中求出常数a，看计算得到的a值在误差范围内是否为一常数．‎ 方法二：图象法 建立yx2坐标系，根据所测量的各个点的x、y坐标值分别计算出对应y值的x2值，在yx2坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，并求出该直线的斜率即为a值．‎ ‎3．计算平抛运动的初速度 ‎(1)平抛轨迹完整(即含有抛出点)‎ 在轨迹上任取一点，测出该点离原点的水平位移x及竖直位移y，就可求出初速度v0.因x＝v0t，y＝gt2，故v0＝x.‎ ‎(2)平抛轨迹残缺(即无抛出点)‎ 如图2所示，由轨迹上任取三点A、B、C，使A、B间及B、C间的水平距离相等，由平抛运动的规律可知，A、B间与B、C间所用时间相等，设为t，则Δh＝hBC－hAB＝gt2‎ 图2‎ 所以t＝，所以初速度v0＝＝x.‎ 一、实验原理及实验操作 ‎1．在做研究平抛物体的运动的实验中，在调整斜槽时，必须使斜槽末端切线方向水平，这样做的目的是(　　)‎ A．为了使小球初速度每次都相同 B．为了使小球运动轨迹是抛物线 C．为了使小球飞出时，初速度方向水平 D．为了使小球在空中运动时间每次都相等 C　[小球平抛的初速度大小与释放点高度有关，运动轨迹是否是抛物线与斜槽末端的切线水平无关，小球在空中运动的时间主要由高度决定，故选项A、B、D错误；只有斜槽末端切线水平，才能保证小球离开槽口后做平抛运动．]‎ ‎2．在做“研究平抛运动”实验时，下列说法正确的是(　　)‎ A．安装有斜槽的木板时，一定要注意检查斜槽末端切线是否水平、木板是否竖直 B．斜槽必须光滑 C．每次实验都要把小球从同一位置由静止释放 D．实验的目的是描出小球的运动轨迹，分析平抛运动水平和竖直分运动的规律 ACD　[做本实验必须使斜槽末端切线水平，使钉有坐标纸的木板竖直，以确保小球水平飞出和正确画出坐标轴．斜槽没必要必须光滑，只要能使小球滑出的初速度相同即可．小球每次从斜槽上的同一位置由静止开始滚下，可保证小球每次飞出的初速度相同．]‎ 二、实验数据的处理 ‎3．如图3甲所示是“研究平抛运动”的实验装置图．图乙是实验后记录的数据，其中O点为抛出点，则此小球做平抛运动的初速度为________ m/s.‎ 图3‎ ‎【解析】　由平抛运动的规律知，在水平方向上小球做匀速直线运动，则x＝v0t①‎ 竖直方向上小球做自由落体运动，则y＝gt2②‎ 将其中一组数据如x＝32.0 cm，y＝19.6 cm代入①②式得v0＝1.6 m/s.‎ ‎【答案】　1.6‎ ‎4．在“探究平抛运动”的实验中，某实验小组已在白纸上记录小球的抛出点O和其他一系列平抛运动的轨迹上点的位置，如图4所示．(重力加速度g取‎10 m/s2；≈2.5)‎ ‎(1)请在下图中描绘出小球做平抛运动的轨迹；‎ 图4‎ ‎(2)根据M5点数据计算小球做平抛运动的初速度v0＝________ m/s. ‎ ‎【导学号：81370180】‎ 位置 x/m y/m M1‎ ‎0.040‎ ‎0.012‎ M2‎ ‎0.080‎ ‎0.048‎ M3‎ ‎0.120‎ ‎0.108‎ M4‎ ‎0.160‎ ‎0.190‎ M5‎ ‎0.200‎ ‎0.300‎ ‎【答案】　(1)如图所示　(2)0.8‎ ‎5．三个同学根据不同的实验条件，进行了“探究平抛运动规律”的实验：‎ 图5‎ ‎(1)甲同学采用如图5甲所示的装置．用小锤打击弹性金属片，金属片把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，改变小锤打击的力度，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的末端与可看做光滑的水平板相切；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，使两小铁球能以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的下端射出．实验可观察到的现象应是_______________________________________．‎ 仅仅改变弧形轨道M的高度(保持AC不变)，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，这说明___________________________________________________．‎ ‎(3)丙同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图丙所示的“小球做平抛运动”的照片．图中每个小方格的边长为‎1.25 cm，则由图可求得拍摄时每________ s曝光一次，该小球平抛的初速度大小为________ m/s.(g取‎10 m/s2) ‎ ‎【导学号：81370181】‎ ‎【解析】　(1)在打击金属片时，A球做平抛运动，同时B球做自由落体运动，结果两球同时落地，则说明平抛运动的竖直分运动是自由落体运动．‎ ‎(2)让两小球从相同的弧形轨道上的相同高度滚下，从而使两小球同时滚离轨道并具有相同的初速度．小球P做平抛运动，小球Q做匀速直线运动，两球P、Q将相碰，说明平抛运动的水平分运动是匀速直线运动．‎ ‎(3)在竖直方向：由Δh＝gt2可得t＝＝ s≈0.035 s 水平方向：由x＝v0t得 v0＝＝ m/s≈‎0.7 m/s.‎ ‎【答案】　(1)平抛运动的竖直分运动是自由落体运动　(2)两球P、Q将相碰　平抛运动的水平分运动是匀速直线运动　(3)0.035　0.7‎