实验：研究平抛运动

扬中市第二高级中学2013-2014年高一物理备课组教学案实验：研究平抛运动【学习目标】1、 知道常见的几种获取平抛运动轨迹的方法；2、 掌握判断平抛运动的轨迹是不是抛物线方法；3、会根据平抛运动的轨迹计算平抛物体的初速度；【学习重难点】:由实验理论分析探究平抛运动轨迹、初速度。【自学导航】一、常见的几种获取平抛运动轨迹的方法：学生自主学习课本14页参考案例描点法描影法摄影法二、实验原理：平抛运动可以看作是两个分运动的和运动；一个水平方向的 ，其速度等于平抛物体运动的 ；另一个是竖直方向的 ，通过实验确定作平抛运动的小球运动时的若干不同位置，然后描出运动轨迹，测出曲线上任一点的坐标（x，y），利用 和 就可求出小球的水平分速度，即平抛物体的初速度V0= .3、 实验器材： 斜槽轨道、小球、木板、白纸、图钉、铅垂线、直尺、三角板、铅笔等.四、实验步骤：1、安装斜槽轨道，使其末端保持水平；检查斜槽末端部分是否水平的方法： 。2、固定木板上的坐标纸，使木板保持竖直状态，小球的运动轨迹与板面平行，坐标纸方格横线呈水平方向；检验坐标纸是否竖直的方法： 。3、建立直角坐标系xoy：以小球做平抛运动的起点o为坐标原点，从坐标原点o画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴。确定坐标原点o的方法是： 。4、让小球由斜槽的某一固定位置自由滚下，由o点开始做平抛运动。先用眼睛粗略地估计小球在某一个x值处(如x=1cm或2cm等)的y值，然后用铅笔尖指着这个位置，让小球从原释放处开始滚下，看是否与铅笔尖相碰，如此重复数次，较准确地确定小球通过的这个位置，并在坐标纸上记下这一点。5、依次改变x值，用与(4)同样的方法确定小球通过其他各点的位置。6、取下坐标纸，将(4)(5)中所描出的各点用平滑曲线连接起来，这就画出了小球做平抛运动的轨迹曲线(所画曲线可不通过个别偏差大的点，但必须保持曲线平滑，不能出现凹陷处)。五、实验过程注意事项：（1）固定斜槽时，必须注意使通过斜槽末端点的切线保持水平，以使小球离开斜槽后做平抛运动。（2）木板必须处在竖直面内，与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，使小球的运动靠近图纸但不接触。（3）在斜槽上设定位卡板，使小球每次都从定位卡板所确定的同一位置由静止开始滚下，以保证重复实验时，小球做平抛运动的初速度相等。（4）应在斜槽上适当的高度处释放小球，使小球能以适当的水平速度抛出，其运动轨迹由图板左上角到右下角。这样可以充分利用坐标纸，减小测量误差。（5）由平抛运动方程求小球平抛的初速度时，应在平抛轨迹上选取离坐标原点0较远的点的坐标数据来进行计算，这样既便于测量又减小了误差。六、数据处理：1、如何判断平抛运动的轨迹是不是抛物线？2、 如何计算平抛物体的初速度？7、 误差分析(1) 安装斜槽时，其末端切线不水平，造成小球并非做平抛运动，测量的数据不准确。(2)建立直角坐标系时，误以斜槽末端端口位置为坐标原点(实际上应以末端端口上的小球球心位置为坐标原点)。(3)小球每次从槽上开始滚下的位置不相同，使得平抛初速度不相同。【例1】在做“探究平抛物体的运动”实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出小球平抛运动的轨迹。为了能较准确地描绘运动轨迹，下面列出一些操作要求，将你认为正确选项前面的字母填在横线上： 。（a） 实验所用的斜槽要尽量的光滑，以减小摩擦（b）通过调节使斜槽的末端保持水平（c）每次释放小球的位置必须相同（d）每次必须由静止释放小球（e）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（f）小球运动时不应与木板上的白纸相碰撞（g）将球的位置记录在纸上后，取下纸，用直尺将点连成折线【例2】在“研究平抛物体的运动”的实验中，某同学只在竖直板面上记下了重锤线y的方向，但忘记了平抛的初位置，在坐标纸上描出了一段曲线的轨迹，如图所示。现在曲线上取A、B两点，量出它们到y轴的距离，AA=x1，BB=x2，以及AB的竖直距离h，用这些可以求出求得小球平抛时的初速度为多大？【例3】一个同学在研究平抛物体的运动实验中，只画出了如图所示的一部分曲线，于是他在曲线上取水平距离s相等的三点A、B、C，量得s=0.2m。又量出它们之间的竖直距离分别为h1=0.1m，h2=0.2m，利用这些数据，可求得：（1）物体从A运动到B所用的时间为 s；（2）物体抛出时的初速度为 m/s；（3）物体经过B时竖直分速度为 m/s；（4）物体从抛出点运动到A点所用的时间为 s；（5）抛出点到A点的竖直距离为 m，水平距离为 m。 【训练测试】1、某同学做平抛运动实验时，在白纸上只画出了表示竖直向下方向的Y轴和平抛物体运动轨迹的后一部分，而且漏标了抛出点的位置，如图所示.这位同学希望据此图能测出物体的初速度，请你给他出出主意：（1）简要说明据此图测定该物初速度的方法_.（2）需要增加的测量工具有_.（3）用测量出的物理量表示测量的结果：v0=_2、如图所示，为一平抛物体运动的闪光照片示意图，照片与实际大小相比缩小10倍.对照片中小球位置进行测量得：1与4闪光点竖直距离为1.5cm，4与7闪光点竖直距离为2.5cm，各闪光点之间水平距离均为0.5cm.则(1)小球抛出时的速度大小为多少?(2)验证小球抛出点是否在闪光点1处，若不在，则抛出点距闪光点1的实际水平距离和竖直距离分别为多少?(空气阻力不计，g10m/s2) 3、如图所示为一小球作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，g=10m/s2，那么：闪光频率为 Hz；小球运动的初速度的大小是 m/s；小球经过B点时的速度大小为 m/s。4、 下图是小球平抛运动轨迹中的三点,测得A、B间和B、C间的水平距离分别为x1和x2,且x1=x2=15cm,A、B间和B、C间的竖直距离分别为y1=15cm,y2=25cm,若g取10m/s2,则小球经过AB间的时间为 s，平抛的初速度为 m/s，小球经过B点时的竖直分速度为 m/s，小球从抛出点运动到A的时间为 s，抛出点到A的水平距离为 m，抛出点到A的竖直距离为 m。5、某学生在做“研究平抛物体运动”的实验中，忘记记下小球做平抛运动的起点位置O，A为物体运动一段时间后的位置，根据图所示，求出物体做平抛运动的初速度为_，O点位置坐标为 (g取10ms2)3