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1、 -1-高中物理必修 2 第三节科学探究平抛运动的特点导学案 课题 研究平抛运动 课型 新授课 课时 2 学习目标 1.用实验方法描绘出平抛物体的运动轨迹。2.判断平抛运动的轨迹是否为抛物线。3.计算平抛物体的初速度。重点难点 重点：计算平抛运动的初速度 难点：确定平抛运动初始位置坐标 方法 演示实验 自主探究 一、探知部分(学生独立完成)一、判断平抛运动的轨迹是不是抛物线 如图所示的某物体做平抛运动的轨迹，欲判断其轨迹是否为抛物线，只要从轨迹上任意取若干个点分别代入 y=ax2，求得a 为某一定值，即可验证平抛运动的轨迹为抛物线。在 x 轴上作出等距离的几个点 A1、A2、A3把线段 OA1
2、的长度记为 l,那么 OA2=2l、OA3=3l由 A1、A2、A3向下作垂线，垂线与抛体轨迹的交点记为 M1、M2、M3如果轨迹的确是一条抛物线，那么 M1、M2、M3各点的 y 坐标与 x 坐标间的关系应该具有 y=ax2的形式（a 是一个待定的常量）。其中 OA1=l、OA2=2l、OA3=3l这样做的目的是使 y2=y1，y3=y1这样代入 y=ax2，可以方便求出 a。二、计算平抛物体的初速度 在后面案例介绍的几种方法中，如果要求不太高，可以忽略空气阻力的作用。这样，抛体在竖直方向上只受到重力的作用，因此它的加速度是常量，等于 。它的 y 坐标的变化符合匀加速运动的规律：y=。于是，
3、测量 O x A1 A2 A3 A4 M3 M2 M1 M4 y3 y2 y1 y -2-某点的下落距离，例如在 M3点的下落距离 y3(图 5-10)，根据这个数据就可以算出抛体下落到这点所用的时间 t3。为了得到抛体的初速度，还需测量 。计算的表达式为 。新知探究 一、实验原理 物体的平抛运动可以看做是两个方向的分运动的合成。一个是水平方向的 运动，另一个是竖直方向的 运动。在竖直放置的木板上固定坐标纸，让小球做平抛运动，描出小球的运动轨迹；装置如图 5-11 所示。选定斜槽末端球心所在的点为坐标原点，初速度的方向为 轴的正方向，以竖直向下为 轴的正方向建立直角坐标系，测出轨迹曲线上某一点
4、的坐标（x,y），根据两个分运动的特点，利用公式 ，求出小球的飞行时间。再利用公式 ，求出小球的水平分速度，即为小球做平抛运动的初速度，v0=(用 x、y 等量表示)。二、实验器材 斜槽、竖直固定在铁架台上的木板、白纸、图钉、，有空的卡片、，铅垂线。三、实验步骤（1）安装调整斜槽 用图钉把白纸钉在竖直板上，在木板的左上角固定斜槽，可用平衡法调整斜槽，即将小球轻放在斜槽平直部分的末端，能使小球在平直轨道上的任意位置静止，就表明水平已调好。（2）调整木板 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，然后把铅垂线方向记录到钉在木板的白纸上，固定木板，使在重复实验的过
5、程中，木板与斜槽的相对位置保持不变。（3）确定坐标原点 O 把小球放在槽口处，用铅笔记下球在槽口时球心在图板上的水平投影点 O，O 点即为坐标原点。（4）描绘运动轨迹 让小球从斜槽上的定位器处释放，观察小球的运动轨迹，并在木板的平面上用手按住卡片，使卡片上有孔的一面与小球的运动轨迹垂直，调整卡片的位置，使从槽上滚下的小球正好穿过卡片的孔，而不擦碰孔的边缘，然后用铅笔在卡片缺口上点个黑点，这就在白纸上记下了小球穿过孔时球心所 -3-对应的位置，保证小球每次从槽上开始滚下的位置都相同，用同样的方法，可找出小球平抛轨迹上的一系列位置，取下白纸用平滑的曲线把这些位置连接起来记即得小球做平抛运动的轨迹。
6、（5）计算初速度 以 O 点为原点画出竖直向下的 y 轴和水平向右的 x 轴（过O 点作 y 轴的垂线），并在曲线上选取 A、B、C、D、E、F 六个不同的点，用刻度尺和三角板测出它们的坐标 x 和 y，利用公式 x=v0t 和221gty 计算出小球的初速度 v0，最后计算出 v0的平均值，并将有关数据记入表格内。四、注意事项 1.实验中必须保持通过斜槽末端的切线 ，方木板必须处在 面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，并使小球的运动靠近图板但不接触。2.由于实验是让小球多次做平抛运动来描绘它的运动轨迹，所以每次小球自由释放的高度相同，以保证物体做平抛的 相同。3.坐标原点（小球做平抛运动
7、的起点）不是槽口的端点，应是小球在槽口时，球的 在木板上的水平投影点。二研究部分（小组合作、展示交流、师生或生生评价）【例题 1】如图所示，在研究平抛运动时，球 A 沿轨道滑下，离开轨道末端（末端水平）时撞开轻质接触式开关 S，被电磁铁吸住的小球 B 同时自由下落。改变整个装置的高度做同样的实验，发现位于同一高度的 A、B 两球总是同时落地。该实验现象说明了 A 球在离开轨道后（）A.水平方向的分运动是匀速直线运动 B.水平方向的分运动是匀加速直线运动 C.竖直方向的分运动是自由落体运动 D.竖直方向的分运动是匀速直线运动 -4-【例题 2】在“研究平抛物体运动”的实验中，某同学记录了运动轨迹
8、上三点 A、B、C，如图所示，以 A 为坐标原点，建立坐标系，各点坐标值已在图中标出。求：（1）小球平抛运动的初速度大小。（2）小球做平抛运动的初始位置坐标。三、应用部分（学生独立或小组合作完成、展示、评价）【训练 1】图所示为用频闪摄影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得出结论：_ 。A B C 10 20 x/cm 15 40 y/cm -5-【针对训练 2】在“研究平抛物体运动”的实
9、验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长 l=1.25cm，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计算公式 v0=_(用 l、g 表示)，其值是_。（g 取 9.8m/s2）四巩固部分（学生独立完成，教师批阅、点评、追踪训练）1.在做“探究平抛物体运动”的实验中，在下列说法中对于减小实验误差有益的是（）A.应在斜槽上一个合适的位置释放小球，当小球从该点释放时，小球能够从白纸的左上角射入白纸所在的竖直面，而从白纸的右下角射出 B.描绘出的轨迹曲线应尽量细一些 C.在轨迹上选取用于计算的点时，这些点的间隔应尽量大些，使这些点分布在整条曲线上 D.要多
10、算出几个小球做平抛运动的初速度值，再对几个初速度值取平均值，作为最后的测量结果 2.在“探究平抛物体运动”的实验中，如果小球每次从斜槽上不同位置释放，则各次相比不相同的是（）A.小球的初速度 B.小球的运动轨迹 C.小球的下落时间 D.小球通过相同水平位移所用的时间 3.物体在平抛运动过程中，在相等的时间内下列哪个量是相等的（）A.位移 B.加速度 C.平均速率 D.速度的增量 4.图所示为一小球做平抛运动的闪光照片的一部分，图中背景方格的边长均为5cm，如果 g 取 10m/s2,那么：（1）闪光频率是_Hz。a b c d -6-（2）小球运动中水平分速度的大小是_m/s。（3）小球经过
11、B 点时速度大小是_m/s。5.试根据平抛运动的原理设计测量弹射器弹丸初射速度的实验方法，提供实验器材：弹射器（含弹丸，如图 5-18 所示）、铁架台（带夹具）、米尺。（1）画出实验示意图。（2）在安装弹射器时应注意：_。（3）实验中需要测量的量（并在示意图中用字母标出）：_。（4）由于弹射器每次射出的弹丸初速度不可能完全相等，在实验中应采取的方法是_。（5）计算公式：_。弹射器 A B C -7-10.在做“研究平抛物体的运动”的实验时，让小球多次沿同一轨道，通过描点法画小球做平抛运动的轨迹。为了能准确地描绘运动轨迹，下面列出了一些操作要求，将你认为正确的选项前面得字母填在横线上：。a.通过
12、调节使斜槽的末端保持水平 b.每次释放小球的位置必须不同 c.每次必须由静止释放小球 d.记录小球位置用的木条（或凹槽）每次必须严格地等距离下降 e.小球运动时不应与木板上的白纸（或方格纸）相接触 11.做“探究平抛物体运动”的实验时，已有下列器材；有空的硬纸片、白纸、图钉、斜槽、刻度尺、小球，还需要（）A.秒表 B.平木板 C.重垂线 D.铅笔 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下滑 B.斜槽轨道必须光滑 C.斜槽轨道末端可以不水平 D.要使描出的轨迹更好的反映真实运动，记录的点应适当多一些。E.为了比较准确地描出小球运动的轨迹，应该用一条曲线把所有的点连接起
13、来 12.下面是做“研究平抛物体的运动”实验步骤。A.将钢球从斜槽上的某点释放，它离开斜槽后在空间做平抛运动，在小球轨迹的某处用带孔的卡片迎接小球，使小球恰好从孔中央通过而不碰到边缘，然后对准孔中央在白纸上记下一个点；B.以斜槽末端作为平抛运动的起点 O，在白纸上标出 O 的位置；C.取下白纸，在纸上画一条与竖直线 oy 垂直的水平线 ox；D.用光滑曲线把记录小球通过的位置的若干点连接起来，就得到平抛运动的轨迹。由于测定各个点时存在误差，所画的曲线可不通过个别偏差大的点，但必须保持曲线光滑，不允许出现凹陷处；E.从斜槽上不同点释放小球，用步骤 A 的方法测定平抛轨迹上的其他点；F.在曲线上取
14、 56 个点（不必是步骤 A 测出的点）。用尺测出每个点的坐标值x、y，分别求出小球的初速度，然后取平均值就得到实验测出的初速度；G.靠目测在纸上画出过 O 点向下的竖直线 oy；-8-H.将白纸用图钉订在竖直的木板上，在木板的左上角固定斜槽。（1）以上实验步骤中有错误或不足，需要修改的是_。（2）以上实验步骤按正确的顺序排列是_。13.图所示为一小球做平抛运动的闪光照片的一部分，图中背景方格的边长均为 5cm，如果 g 取 10m/s2,那么：（1）闪光频率是_Hz。（2）小 球 运 动 中 水 平 分 速 度 的 大 小 是_m/s。（3）小球经过 B 点时速度大小是_m/s。14.试根据平抛运动的原理设计测量弹射器弹丸初射速度的实验方法，提供实验器材：弹射器（含弹丸，如图 5-18 所示）、铁架台（带夹具）、米尺。（1）画出实验示意图。（2）在安装弹射器时应注意：_。（3）实验中需要测量的量（并在示意图中用字母标出）：_。（4）由于弹射器每次射出的弹丸初速度不可能完全相等，在实验中应采取的方法是_。（5）计算公式：_。A B C