2020屆高考物理一輪復習 4.7實驗：探究平拋運動的規(guī)律學案

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1、第 7 課時　實驗：探究平拋運動的規(guī)律 　　　　　　　　　　　　　 基礎知識歸納 1.實驗目的 (1)用實驗方法描出平拋物體的運動軌跡. (2)從實驗軌跡求平拋物體的初速度. 2.實驗原理 平拋物體的運動可以看做是兩個分運動的合運動：一是水平方向的　勻速直線運動　，另一個是豎直方向的　自由落體運動　.令小球做平拋運動，利用描跡法描出小球的運動軌跡，即小球做平拋運動的曲線，建立坐標系，測出曲線上的某一點的坐標x和y，根據(jù)重力 加速度g的數(shù)值，利用公式y(tǒng)＝gt2，求出小球的　飛行時間t　，再利用公式　x＝vt　，求出小球的水平分速度，即為小球做平拋運動的初速度. 3.實驗器

2、材 斜槽，豎直固定在鐵架臺上的木板，白紙，圖釘，小球，有孔的卡片，刻度尺，重垂線. 4.實驗步驟 (1)安裝、調(diào)整斜槽：用圖釘把白紙釘在豎直板上，在木板的左上角固定斜槽，可用平衡法調(diào)整斜槽，即將小球輕放在斜槽平直部分的末端處，能使小球在平直軌道上的任意位置靜止，就表明水平已調(diào)好. (2)調(diào)整木板：用懸掛在槽口的重垂線把木板調(diào)整到豎直方向，并使木板平面與小球下落的豎直面平行.然后把重垂線方向記錄到釘在木板的白紙上，固定木板，使在重復實驗的過程中，木板與斜槽的相對位置保持不變. (3)確定坐標原點O：把小球放在槽口處，用鉛筆記下球在槽口時球心在白紙上的水平

3、投影點O，O點即為坐標原點. (4)描繪運動軌跡：在木板的平面上用手按住卡片，使卡片上有孔的一面保持水平，調(diào)整卡片的位置，使從槽上滾下的小球正好穿過卡片的孔，而不擦碰孔的邊緣，然后用鉛筆在卡片缺口上點個黑點，這就在白紙上記下了小球穿過孔時球心所對應的位置.保證小球每次從槽上開始滾下的位置都相同，用同樣的方法，可找出小球平拋軌跡上的一系列位置.取下白紙用平滑的曲線把這些位置連接起來即得小球做平拋運動的軌跡. (5)計算初速度：以O點為原點畫出豎直向下的y軸和水平向右的x軸，并在曲線上選取A、B、C、D、E、F六個不同的點，用刻度尺和三角板測出它們的坐標x和y，用公式x＝v0t和y＝gt2計算

4、出小球的初速度v0，最后計算出v0的平均值. 重點難點突破 一、“研究平拋運動”實驗中應注意的事項 1.實驗中必須保持通過斜槽末端點的切線水平，木板必須處在豎直面內(nèi)且與小球運動軌跡所在的豎直平面平行，并使小球的運動靠近圖板但不接觸. 2.小球必須每次從斜槽上同一位置滾下，即在斜槽上固定一個擋板(不要用手放). 3.坐標原點(小球做平拋運動的起點)不是槽口的端點，應是小球在槽口時，小球的球心在木板上的水平投影點，即端點上r(小球半徑)處. 4.要在斜軌上適當?shù)母叨柔尫判∏?，使它以適當?shù)乃匠跛俣葤伋?，其軌道由圖板左上角到達右下角，這樣可以減小測量誤差. 5.要在平拋軌道上選取距O點

5、遠些的點來計算球的初速度，這樣可以使結(jié)果的誤差較小. 二、“研究平拋運動”實驗中的誤差分析 1.安裝斜槽時，其末端切線不平而產(chǎn)生誤差. 2.建立坐標系時，以斜槽末端端口位置為坐標原點，實際上應以球的球心在木板上的水平投影點為坐標原點. 3.數(shù)據(jù)測量時，測量不準確而產(chǎn)生誤差. 4.確定小球位置不準確而產(chǎn)生誤差. 典例精析 1.實驗步驟操作的規(guī)范性 【例1】下面是利用教材中的裝置做“研究平拋物體的運動”的實驗步驟，在這些實驗步驟中有錯誤或不足，需要修改的是　　　　　　　　　　　　　，將這些實驗步驟按正確的順序排列為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　. A.從斜槽上某一點釋

6、放小球，它離開槽后在空中做平拋運動.在小球運動軌跡的某處用帶孔的卡片迎接小球，使小球恰好從孔中央通過而不碰到孔的邊緣，然后在白紙上記下孔中央的位置； B.以斜槽末端作為平拋運動的起點O，在白紙上標出O點的位置； C.取下白紙，在紙上畫出與豎直線Oy垂直的水平線Ox； D.用光滑曲線把記錄小球通過的位置的若干點連接起來，就得到了平拋運動的軌跡.由于確定各點位置時有誤差，所畫的曲線可不通過個別偏差大的點，但必須保證曲線光滑，不能有小范圍的凸起和凹陷. E.從斜槽上不同點釋放小球，用步驟A的方法確定平拋軌跡上的其他點； F.在曲線上取幾個點(不必是步驟A、E中確定的點)，測出它們的坐標x、

7、y，分別求出小球的初速度，最后算出平均值作為實驗測出的平拋運動的初速度； G.靠目測在紙上畫出過O點向下的豎直線Oy； H.將白紙用圖釘釘在豎直的木板上，在木板上的左上角固定斜槽. 【解析】B中O點應是球心的位置而不應以斜槽末端為平拋起點；E中應讓小球每次從斜槽上同一點釋放；G中Oy不能靠目測，應由重垂線確定Oy軸；H中還應檢驗斜槽末端的切線是否水平. 【答案】B、E、G、H；H、G、B、A、E、C、D、F 【思維提升】理解實驗中的步驟及應注意的地方是解本題的關(guān)鍵. 【拓展1】在做“研究平拋物體的運動”的實驗中，讓小球依次沿同一軌道運動，通過描點畫出小球做平拋運動的軌跡，為了能夠準

8、確地描繪出運動的軌跡，下面列出了一些操作要求，你認為正確的選項有( ABCD ) A.通過調(diào)節(jié)，使斜槽的末端的切線保持水平 B.每次釋放小球的位置必須相同 C.每次必須由靜止釋放小球 D.小球運動時不應與木板上的坐標紙相接觸 E.記錄小球位置用的凹槽每次必須嚴格地等距離下降 F.將球位置記錄在紙上后，取下紙，用直尺將點連成折線 2.實驗數(shù)據(jù)的處理 【例2】在“研究平拋物體的運動”的實驗中，某同學記錄了運動軌跡上三點A、B、C，如圖所示，以A為坐標原點，建立坐標系，各點坐標值已在圖中標出，求： (1)小球平拋初速度大?。? (2)小球做平拋運動的初始位置坐標. 【解析】平拋運

9、動中，在水平方向上，相同時間通過的水平分位移相等，豎直方向上，從拋出時刻開始算起，連續(xù)相等時間間隔的位移比為y1∶y2∶y3∶…＝1∶3∶5∶….連續(xù)相等時間間隔的位移差為一常數(shù)即Δy＝gT 2.利用平拋物體兩分運動的這些特點，就可以求解已知平拋物體運動軌跡而確定初速度及拋出點坐標. (1)由A、B、C三點橫坐標知，小球從A點運動到B點和從B點運動到C點時間相等，設該時間為T，小球在豎直方向做自由落體運動，由Δy＝gT 2得 T＝s＝0.10 s v0＝ m/s＝1.0 m/s (2)由勻變速直線運動規(guī)律：一段時間內(nèi)的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度.物體經(jīng)B點時的豎直分速度vB

10、y＝m/s＝2.0 m/s 設從拋出點運動到B點所用時間為t，則 t＝s＝0.20 s 從拋出點運動到A點所用時間為 t1＝t－T＝(0.20－0.10) s＝0.10 s 在t1時間內(nèi)小球的水平位移為 xA＝v0t1＝1.0×0.10 m＝0.10 m＝10 cm 豎直位移 yA＝＝×10×(0.10)2 m＝0.050 m＝5 cm 拋出點坐標為(－10 cm，－5 cm) 【答案】(1)1.0 m/s；(2)(－10 cm，－5 cm) 【思維提升】靈活運用運動學推論及平拋運動的特點是解本題的捷徑. 【拓展2】某同學設計了一個研究平拋運動的實驗裝置，如圖所示在水平

11、桌面上放置一個斜面，讓鋼球從斜面上由靜止?jié)L下，鋼球滾過桌邊后便做平拋運動.在鋼球拋出后經(jīng)過的地方放置一塊水平木板，木板由支架固定成水平，木板所在高度可通過豎直標尺讀出，木板可以上下自由調(diào)節(jié).在木板上固定一張白紙.該同學在完成裝置后進行了如下步驟的實驗： A.實驗前在白紙上畫一條直線，并在線上標出a、b、c三點，且ab＝bc，如圖.量出ab長度L＝20.00 cm B.讓鋼球從斜面上的某一位置由靜止?jié)L下，調(diào)節(jié)木板高度，使得鋼球正好擊中a點，記下此時木板與桌面的高度差h1＝h C.讓鋼球從斜面上的同一位置由靜止?jié)L下，調(diào)節(jié)木板高度，使得鋼球正好擊中b點，記下此時木板與桌面的高度差h2＝h＋10

12、.00 cm D.讓鋼球從斜面上的同一位置由靜止?jié)L下，調(diào)節(jié)木板高度，使得鋼球正好擊中c點，記下此時木板與桌面的高度差h3＝h＋30.00 cm 則該同學由上述測量結(jié)果即可粗測出鋼球的平拋初速度大小v0＝　2.0　m/s，鋼球擊中b點時其豎直分速度大小為vby＝　1.5　m/s.(已知重力加速度為g＝10 m/s2，空氣阻力不計). 3.實驗原理分析 【例3】如圖所示為頻閃攝影方法拍攝的研究物體做平拋運動規(guī)律的照片，圖中A、B、C為三個同時由同一點出發(fā)的小球.AA′為A球在光滑水平面上以速度v運動的軌跡；BB′為B球以速度v被水平拋出后的運動軌跡；CC′為C球自由下落

13、的運動軌跡.通過分析上述三條軌跡可得出結(jié)論：　　 . 【解析】仔細觀察照片可以發(fā)現(xiàn)，B、C兩球在任一曝光瞬間的位置總在同一水平線上，說明平拋運動物體B在豎直方向上的運動特點與自由落體運動相同；而A、B兩小球在任一曝光瞬間的位置總在同一豎直線上，說明平拋運動物體B在水平方向上的運動特點與勻速直線運動相同.所以，做平拋運動的物體在水平方向做勻速直線運動，在豎直方向做自由落體運動. 【思維提升】本例題提供了探究平拋運動的特點的另一方法，簡明且較準確，但需要一定的設備，如有條件，不妨一試. 【拓展3】如圖所示，在研究平拋運動時，小球A沿軌道滑下，離開軌道末端(末端水平)時撞開接觸開關(guān)S，被電磁鐵吸住的小球B同時自由下落，改變整個裝置的高度H做同樣的實驗，發(fā)現(xiàn)位于同一高度的A、B兩個小球總是同時落地，該實驗現(xiàn)象說明了A球在離開軌道后( C ) A.水平方向的分運動是勻速直線運動 B.水平方向的分運動是勻加速直線運動 C.豎直方向的分運動是自由落體運動 D.豎直方向的分運動是勻速直線運動 【解析】A球平拋的同時B球自由下落，且兩球在同一高度上，又兩球總是同時落地，這只能說明A球在拋出后豎直方向的分運動是自由落體運動，但并不能說明A球的水平分運動是勻速直線運動.