新教材高中物理第2章抛体运动第3节科学探究：平抛运动的特点课件鲁科版必 20页

第 3 节　科学探究：平抛运动的特点 [ 要点梳理 ] 一、实验目的 1. 描绘物体做平抛运动的轨迹并分析其特点。 2. 根据平抛运动的轨迹求平抛初速度。 二、实验器材 斜槽、小球、木板、白纸、铅垂线、坐标纸、图钉、刻度尺、铅笔等。 2. 用悬挂在槽口的铅垂线把木板调整到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直面平行且靠近，固定好木板。 3. 把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口时球心在木板上的水平投影点 O ，再利用铅垂线在纸面上画出通过 O 点的竖直线。 4. 将小球从斜槽上合适的位置由静止释放，使小球的运动轨迹大致经过坐标纸的右下角。 5. 把笔尖放在小球可能经过的位置，如果小球运动中碰到笔尖，用铅笔在坐标纸该位置画上一点，用同样的方法，从同一位置释放小球，在小球运动路线上描下若干点。 五、数据处理 1. 判断平抛运动的轨迹是不是抛物线 (1) 如图所示，在 x 轴上作出等距离的几个点 A 1 、 A 2 、 A 3 、 … ，把线段 OA 1 的长度记为 L ，那么 OA 2 ＝ 2 L 、 OA 3 ＝ 3 L 、 … 。过 A 1 、 A 2 、 A 3 、 … 向下作垂线，与轨迹的交点记为 M 1 、 M 2 、 M 3 、 … (2) 设轨迹是一条抛物线，则 M 1 、 M 2 、 M 3 … 各点的 y 坐标与 x 坐标应该具有的形式为 y ＝ ax 2 ， a 是常量。 (3) 用刻度尺测量某点的 x 、 y 两个坐标，代入 y ＝ ax 2 中，求出常量 a 。 (4) 测量其他几个点的 x 、 y 坐标，代入上式，看由各点坐标求出的 a 值是否相等。如果在误差允许范围内相等，就说明该曲线为抛物线。 2. 计算平抛物体的初速度 六、注意事项 1. 做实验时必须调整斜槽末端的切线沿水平方向 ( 判断斜槽末端是否水平的方法：将小球放到斜槽末端任一位置，均不滚动 ) 。 2. 方木板必须处于竖直平面内，固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直。 3. 小球每次必须从斜槽上同一位置滚下。 4. 坐标原点不能是槽口的端点，应是小球出槽口时球心在木板上的投影点。 5. 小球开始滚下的位置高度要适中，以使小球做平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜。 6. 在轨迹上选取离坐标原点 O 点较远的一些点来计算初速度。 七、误差分析 1. 实验时斜槽末端没有水平，使得小球离开斜槽后不做平抛运动。 2. 描点不准确。 3. 在轨迹上量取某点坐标 ( x ， y ) 时出现误差。 实验原理和实验操作 核心要点 [ 例 1] 在 “ 研究平抛运动 ” 的实验中，可以描绘平抛物体运动轨迹和求物体的平抛初速度。实验简要步骤如下： A. 让小钢球多次从 ________ 位置上滚下，记下小球运动途中经过的一系列位置 B. 安装好器材，注意斜槽末端水平和木板竖直，记下小球在斜槽末端时球心在木板上的投影点 O 和过 O 点的竖直线，检测斜槽末端水平的方法是 ______________________________________________________________ 。 C. 测出曲线上某点的坐标 x 、 y ，用 v 0 ＝ ________ 算出该小球的平抛初速度，实验需要对多个点求 v 0 的值，然后求它们的平均值 D. 取下白纸，以 O 为原点，以竖直线为 y 轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛轨迹 请把上述步骤补充完整，并排出合理的顺序是 ________( 只排列序号即可 ) 。 [ 针对训练 1] (1) 在做 “ 研究平抛运动 ” 实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外，下列器材中还需要的有 ________ 。 A. 游标卡尺　 B. 秒表　 C. 坐标纸　 D. 天平　 E. 弹簧测力计　 F. 重垂线 (2) ( 多选 ) 实验中，下列说法正确的是 ________ 。 A. 应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滚下 B. 斜槽轨道必须光滑 C. 要使描出的轨迹更好地反映真实运动，记录的点应适当多一些 D. 斜槽轨道末端可以不水平 (3) ( 多选 ) 引起实验结果偏差较大的原因可能是 ________ 。 A. 安装斜槽时，斜槽末端切线方向不水平 B. 确定 Oy 轴时，没有用重垂线 C. 斜槽不是绝对光滑的，有一定摩擦 D. 空气阻力对小球运动有较大影响 解析 　 (1) 实验中需要在坐标纸上记录小球的位置，描绘小球的运动轨迹，需要利用重垂线确定坐标轴的 y 轴。故 C 、 F 是需要的。 (2) 使小球从斜槽上同一位置滚下，才能保证每次的轨迹相同， A 正确；斜槽没必要必须光滑，只要能使小球飞出的初速度相同即可， B 错误；实验中记录的点越多，轨迹越精确， C 正确；斜槽末端必须水平，才能保证小球离开斜槽后做平抛运动， D 错误。 (3) 小球从斜槽末端飞出时，斜槽切线不水平， y 轴方向不沿竖直方向，空气阻力对小球运动有较大影响，都会影响小球的运动轨迹或计数点的坐标值，从而引起较大的实验误差，而斜槽不绝对光滑只会影响小球平抛的初速度大小，不会影响实验结果偏差大小，故 A 、 B 、 D 正确。 答案 　 (1)C 、 F 　 (2)AC 　 (3)ABD 实验数据处理 [ 例 2] 某同学在做 “ 研究平抛物体的运动 ” 的实验时得到了如图所示的物体运动轨迹， a 、 b 、 c 三点的位置在运动轨迹上已经标出，则： 核心要点 (1) 小球平抛运动的初速度 v 0 ＝ ________( g 取 10 m/s 2 ) 。 (2) 开始做平抛运动的位置坐标 x ＝ ________ ， y ＝ ________ 。 因此从平抛起点到 0 点时间为： Δ t ＝ t － T ＝ 0.15 s － 0.1 s ＝ 0.05 s 因此从开始到 0 点水平方向上的位移为： x 1 ＝ v 0 Δ t ＝ 2 m/s × 0.05 s ＝ 0.1 m ＝ 10 cm ， 竖直方向上的位移： 所以开始做平抛运动的位置坐标为： x ＝－ 10 cm ， y ＝－ 1.25 cm 。 答案 　 (1)2 m/s 　 (2) － 10 cm 　－ 1.25 cm [ 针对训练 2] 在研究平抛运动的实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长 L ＝ 1.25 cm ，若小球在平抛运动途中的几个位置如图中 a 、 b 、 c 、 d 所示，则小球平抛的初速度的计算式为 v 0 ＝ ________( 用 L 、 g 表示 ) ，其值是 ________ 。 ( g ＝ 9.8 m/s 2 ) 解析 　平抛运动的竖直分运动是自由落体运动，水平分运动是匀速直线运动，由水平方向 ab 、 bc 、 cd 的距离相等知相邻两点的时间间隔相等，设为 T ，竖直方向相邻两点间位移之差相等， Δ y ＝ L ，则 Δ y ＝ gt 2 ，得： L ＝ gT 2 ，