高中物理必修二教案-5.3 实验:研究平抛运动1-人教版

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实验:研究平抛运动

【知识与技能】

(1)知道平抛运动的特点是初速度方向水平,只有竖直方向受重力作用,运动轨迹是抛物线;

(2)知道平抛运动形成的条件;

(3)理解平抛运动是匀变速运动,其加速度为g;

(4)会用平抛运动规律解答有关问题。

【过程与方法】

(1)在知识教学中应同时进行科学研究过程教育,本节课以研究平抛物体运动规律为中心所展开的课堂教学,应突出一条研究物理科学的一般思想方法的主线:

观察现象→初步分析→猜测实验研究→得出规律→重复实验→鉴别结论→追求统一。

(2)利用已知的直线运动的规律来研究复杂的曲线运动,渗透物理学“化曲为直”“化繁为简”的方法及“等效代换”正交分解”的思想方法

【情感态度与价值观】

(1)通过重复多次实验,进行共性分析、归纳分类,达到鉴别结论的教育目的,同时还能进行理论联系实际的教育。

(2)在理解平抛物体运动规律是受恒力的匀变速曲线运动时应注意到“力与物体运动的关系”。

【教学重难点】

(1)平抛运动的特点和规律;学习和借鉴本节课的研究方法。

(2)平抛运动的规律。

【教学过程】

【实验目的和器材】

实验

目的 1.用实验的方法描出平抛运动的轨迹.

2.根据平抛运动的轨迹求其初速度.

实验

器材 斜槽、小球、方木板、铁架台、白纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺.

【实验原理】

1.描绘轨迹:使小球做平抛运动,利用描迹法描绘出小球的运动轨迹,利用数学方法判断这个轨迹是不是抛物线,即y=ax2.

2.计算初速度v0:建立坐标系,测出轨迹曲线上任一点的坐标x和y,根据公式x=v0t和y=12gt2,即可求得初速度v0=xg2y.

【实验步骤】

(1)安装调平

①将带有斜槽轨道的木板固定在实验桌上,其末端伸出桌面外,轨道末端切线水平。

②用图钉将坐标纸固定于竖直木板的左上角,把木板调整到竖直位置,使板面与小球的运动轨迹所在平面平行且靠近。如图所示。

(2)建坐标系

把小球放在槽口处,用铅笔记下小球在槽口(轨道末端)时球心所在木板上的投影点O,O点即为坐标原点,用重锤线画出过坐标原点的竖直线作为y轴,画出水平向右的x轴。

(3)确定小球位置:

①将小球从斜槽上某一位置由静止滑下,小球从轨道末端射出,先用眼睛粗略确定做平抛运动的小球在某一x值处的y值。

②让小球由同一位置自由滚下,在粗略确定的位置附近用铅笔较准确地描出小球通过的位置,并在坐标纸上记下该点。

③用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置。

(4)描点得轨迹 取下坐标纸,将坐标纸上记下的一系列点用平滑曲线连起来,即得到小球平抛运动轨迹。

【数据处理及分析】

一、数据处理

1.判断平抛运动的轨迹是否为抛物线

在x轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3…向下作垂线,垂线与抛体轨迹的交点记为M1、M2、M3…用刻度尺测量各点的坐标(x,y)。

(1)代数计算法:将某点(如M3点)的坐标(x,y)代入y=ax2求出常数a,再将其他点的坐标代入此关系式看看等式是否成立,若等式对各点的坐标都近似成立,则说明所描绘得出的曲线为抛物线。

(2)图象法:建立y ­x2坐标系,根据所测量的各个点的x坐标值计算出对应的x2值,在坐标系中描点,连接各点看是否在一条直线上,若大致在一条直线上,则说明平抛运动的轨迹是抛物线。

2.计算初速度

在小球平抛运动轨迹上选取分布均匀的六个点——A、B、C、D、E、F,用刻度尺、三角板测出它们的坐标(x,y),并记录在下面的表格中,已知g值,利用公式y=12gt2和x=v0t,求出小球做平抛运动的初速度v0,最后算出v0的平均值。

A B C D E F

x/mm

y/mm

v0=x g2y/(m·s-1)

v0的平均值

3.判定O点是不是抛出点

(1)在如图所示的轨迹上选取A、B、C三点,OA、AB、BC的水平距离相等,则说明从O到A、A到B、B到C的时间相等,过A、B、C三点作水平线和y轴相交,得出A、B、C三点的纵坐标值yA、yB、yc。

(2)如果yA∶yB∶yC=1∶4∶9,则说明O点为抛出点,若不满足上述比例关系,则说明O点不是抛出点。

【误差分析】

(1)斜槽末端没有调水平,小球离开斜槽后不做平抛运动。

(2)确定小球运动的位置时不准确。

(3)量取轨迹上各点坐标时不准确。

【注意事项】

(1)实验中必须保持斜槽末端水平。

(2)要用重锤线检查木板、坐标纸上的竖直线是否竖直。

(3)小球必须每次从斜槽上相同的位置自由滚下。

(4)实验时,眼睛应平视运动小球,并较准确地确定小球通过的位置。

(5)要在斜槽上较大的高度释放小球,使其以较大的水平速度运动,从而减小相对误差。

(6)要用平滑的曲线画出轨迹,舍弃个别偏差较大的点。

(7)在轨迹上选点时,不要离抛出点过近,并且使所选取的点之间尽量远些。

【其它方案设计】

方案一:喷水法

如图甲所示,倒置的饮料瓶内装着水,瓶塞内插着两根两端开口的细管,其中一根弯成水平,且水平端加接一根更细的硬管作为喷嘴.水从喷嘴中射出,在空中形成弯曲的细水柱,它显示了平抛运动的轨迹,可在装置一侧竖直放置一玻璃板,将平抛运动的轨迹描在玻璃板上.

方案二:频闪照相法

现代影像技术的发展为我们研究平抛运动的轨迹提供了方便.若能拍摄到物体做平抛运动的几张照片(如图乙所示),就能描绘出平抛运动的轨迹.用数码相机的摄像功能或用数码摄像机都能实现,有条件的学校也可用频闪照相的方法来实现.

【典型例题】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=1.25cm,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

(1)写出小球平抛运动的初速度的计算式(用L、g表示),其值是多少?

(2)a点是平抛小球抛出点的位置吗?如果不是,那么抛出点的位置怎样确定?