物理:5.4《实验:研究平抛运动》导学案(新人教版必修二)
- 格式:doc
- 大小:64.00 KB
- 文档页数:5
五·四探究平抛运动的规律导学案班级________组别________姓名_____〖学习目标〗: 1.学会用实验方法描绘出平抛物体运动的轨迹.2.能根据运动轨迹分析实验数据,求出平抛物体的初速度.〖学习重难点〗:1.描绘平抛物体运动的轨迹.2.根据运动轨迹求平抛物体的初速度.〖学习方法〗:复习阅读实践探究归纳〖课时安排〗:1至2课时〖知识链接〗:运动的合成与分解遵循平行四边形原则,包含等效替代的思想.一、实验原理平抛运动是以速度v0沿抛出后,物体只在作用下,加速度是重力加速度g的运动.根据运动的合成与分解的知识,可以将平抛运动看作是两个分运动的合运动:一个分运动是的匀速直线运动,其速度就是平抛运动的初速度v0;另一个分运动是方向上的自由落体运动.在以抛出点0为原点的平面直角坐标系中,用铅笔试碰描迹法描绘出小球做平抛运动的轨道曲线.测出曲线上某一点的坐标(x、y),可以利用公式求出运动时间t,再利用公式,求出小球做平抛运动的初速度v0二、实验器材斜槽,金属小球,木板(附竖直固定支架),和三、实验步骤1.将斜槽放在实验桌上,其末端伸出桌面外,调节末端使其后固定.检查斜槽末端部分是否水平的方法:2.用图钉把坐标纸钉在木板上,让木板竖直固定,其左上方靠近槽口,用重锤线检查坐标纸上的竖线是否竖直,整个实验装置如图所示.用重锤线把木板校准到方向,使小球平抛的轨道平面与板面,保证在重复实验的过程中,木板与斜槽的相对位置保持不变.3.建立直角坐标系xoy:以小球做平抛运动的起点0为,从坐标原点0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自由滚下,由0点开始做平抛运动.先用眼睛粗略地估计小球在某一x值处(如z=1 cm或2 cm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 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,用刻度尺过0点画出y 轴和z 轴[当第(3)步未进行时],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 (所画曲线可不通过个别偏差大的点,但必须保持曲线平滑,不允许出现凹陷处).7.求小球平抛的初速度v 0①在所描绘的轨迹曲线上选取A 、B 、C 、D 、E 、F 六个不同点[不必是步骤(4)(5)中测出的点],测出它们的坐标值.②将各点坐标值代入v 0=xyg 2中,求出小球做平抛运动的初速度v 0,最后算出v 0的平均值.③实验记录:初速度v 0的平均值 0v _____________.四、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.五、误差分析(1)安装斜槽时,其末端切线_________,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_________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_______ __.【范例精析】例1 关于平抛运动,下列说法正确的是( )A .平抛运动是匀变速运动B .平抛运动是变加速运动C .任意两段时间内加速度相同D .任意两段相等时间内速度变化相同例2 如图所示,是同时开始运动的平抛运动和自由落体运动物体的闪光照片,由此照片,你能得出什么结论?解析:课堂训练:1.在研究平抛物体运动的实验中,用一张印有小方格的纸记录轨迹,小方格的边长l=1.25厘米,若小球在平抛运动途中的各个位置如图中的a、b、c、d所示,则小球平抛的初速度的计算式为v0=____________.(用l、g表示),其值是__________(取9.8米/秒2)2.如图所示是在“研究平抛物体的运动”的实验中记录的一段轨迹.已知物体是从原点O水平抛出,经测量C点的坐标为(60,45).则平抛物体的初速度v0=________米/秒,物体经过B点时的速度V B=____________米/秒.3.利用图所示装置研究平抛运动,测定平抛初速时,应注意:①在安装斜槽轨道时,除了要使斜槽处于竖直平面内,还应____________________.②本板应固定在___________,板面离斜槽末端中心应_________________________.③小球每次均应从_____________________释放.④确定小球在斜槽上释放的位置的依据是要保_______________________.⑤在固定于板面的纸上需建立以O点为原点的坐标系.建立坐标系的方法是:先在纸上记录下斜槽轨道的末端p点,则0点应在________________,然后利用___________________,画出过o点的______________,再画出过o点的______________.4.如图是研究小球的平抛运动时拍摄的闪光照片的一部分,其背景是边长为5厘米的小方格,重力加速度取g=10米/秒2.由此可知:闪光频率为___________赫;小球抛出时的初速度大小为______________米/秒;从抛出到C点,小球速度的改变最大为______________米/秒.课后作业:1.有关“研究平抛物体运动”的实验中,小球在斜槽水平出口处的位置如图所示,所谓末端的切线的起点O,即坐标水平轴的原点应该是( )A.A点B.B点 C .C点D.D点2.安装实验装置的过程中,斜槽装置末端的切线必须是水平的,这样做的目的是()A.保证小球运动的轨迹是一条抛物线B.保证小球飞出时的速度不太大,也不太小C.保证小球飞出时,初速度水平D.保证小球在空中运动的时间都相等3.在“研究平抛物体运动”的实验中,如果小球每次从斜槽滚下的初始位置不同,则下列说法错误的是A.小球平抛的初速度不同B.小球每次做不同的抛物线运动c.小球在空中运动的时间每次均不同D.小球通过相同的水平位移所用时间均不同4.为了准确地测出平抛轨道上某点的坐标,需要注意的是A.选距原点近—些的点B.应正确标出乎抛小球的球心在木板上的水平投影点C.用重锤线准确地确定纵D.选距原点远一些的点5.本实验测v0时产生误差,与误差无关的是A.弧形槽与球间有摩擦B.弧形槽末端切线不水平C.小球受空气阻力D.小球每次自由滚下的位置不同6.某同学在做“研究平抛物体运动”的实验时忘记记下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,根据图求出物体做平抛运动的初速度为(g取10m/s2) ( )A.20m/S B.2.0m/S C.1.0m/s D.10m/S7.在平抛曲线上取三点,此三点的坐标是:A(20,5),8(36,16),C(52,37)(单位为cm)由此可以算出物体平抛时的初速度为(g取10m/s2) ( )A.1.5m/S B.1.6m/s C.1.8m/s D.2.0cm/88.试根据平抛运动原理设计测量弹射器弹丸出射初速度的实验方法.提供实验器材:弹射器(含弹丸,如图);铁架台(带有夹具);刻度尺.(1)在方框中画出实验示意图.(2)在安装弹射器时应注意:_______________(3)实验中需要测量的量(并在示意凰中用字母标出)______________________.(4)由于弹射器每次射出的弹丸初速不可能完全相等,在实验中应采取的方法是________(5)计算公式;9.某同学在做平抛实验时,未记下槽的末端点的位置,记下了重锤线方向y,只描出图所示的一段轨迹,轨迹上A、B两点到Y轴的距离分别为x l、x2,A、B两点的竖直距离为h,则小球平抛速度v0=____________________.。
必修2_5.3实验:研究平抛运动【学习目标】1.知道平抛运动的特点规律2.熟练的利用实验的方法描绘平抛运动的轨迹3.应用平抛运动的规律求出平抛运动的初速度4.证明平抛运动轨迹为抛物线【自主学习】一.实验目的探索平抛运动的轨迹及平抛运动在水平和竖直方向上两个分运动的规律。
二.实验原理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)。
三.实验器材斜槽、竖直固定在铁架台上的木板、白纸、图钉、小球,铅笔、刻度尺,铅垂线。
四.实验步骤1.探究竖直方向的运动规律(1)将两小球A、B放置在如图所示装置的图示位置处,注意使两小球的位置在同一水平线上。
(2)用小锤击打弹性金属片C,使小球A沿水平方向飞出,做平抛运动,同时小球B被松开,做自由落体运动。
观察两小球是否同时落地。
(3)改变小球距地面的高度和小锤打击的力度,多次重复实验。
2.探究水平方向的运动规律(1)如图所示,将斜槽固定在实验桌上,检查斜槽末端是否水平。
(2)将坐标纸用图钉固定在木板上,并用铁架台固定好木板,靠近斜槽竖直地放好木板,并用重垂线检查调整竖直木板,使坐标纸上的竖线竖直。
(3)选定斜槽末端所在的点为坐标原点O,从坐标原点0标出竖直向下的y 轴和水平向右的x 轴。
(4)使小球由斜槽的某一固定位置自由滑下,由0点开始做平抛运动,用眼睛粗略地确定做平抛运动的小球在某一x 值处对应的竖直位置。
(5)再使小球从相同位置滚下,在第(4)步确定的位置附近,用铅笔较准确地确定小球通过的位置,并在坐标纸上记下这一点。
(6)依次改变x 值,用同样的方法确定其他各点的位置。
§5.5实验:研究平抛运动【实验目的】1.学会用实验方法描绘出平抛物体运动的轨迹。
2.能根据运动轨迹分析实验数据,求出平抛物体的初速度。
【实验原理】运用平抛运动的规律:水平方向:0x v t =,竖直方向:212y gt =,两个分运动合成可得轨迹方程:2202g y x v =⋅,从而可求得初速:0v = 【实验器材】斜槽、小球、铁架台、方木板、重锤和细线、米尺和三角板、铅笔、坐标纸、图钉 【实验步骤】1、用图钉把坐标纸钉在竖直的方木板上。
如果木板不铅直将影响球的飞行,可能相撞或摩擦,因此要用铅锤线校准。
2、在紧靠木板的左上角固定斜槽。
固定斜槽时要使其末端 ,确保小球飞出作 ,可将小球置于平轨部分,若球平衡即可。
3、确定小球飞出时的初始位置即坐标原点O ,并过O 用铅锤线描出竖直线即y 轴。
坐标原点(即小球做平抛运动的起点)是球在槽口时其球心在竖直纸板上的水平投影点O ,即O 点在水平槽口端点正上方r 处。
4、把事先做好的带孔的卡片用手按在竖直木板上,调节卡片位置,使槽上滚下的小球正好从卡片孔穿过,用铅笔记下小球穿过孔时的位置。
小球每次应在 从斜槽上由 开始滚下,在斜轨上释放小球不宜用手指,而要用斜槽上的球夹或挡板(如尺子),这样做重复性好,能确保每次的 相同。
5、取下白纸,以O 点为原点再画一条水平向右的x 轴(与υ0方向相同)。
6、根据记下小球穿过孔的一系列点的位置,画出平滑曲线即为小球做平抛运动的轨迹。
【数据处理】1、判断平抛运动的轨迹是否是抛物线:222gy x v =⋅,即2y ax =,求出a 值。
2、计算平抛物体的初速度:在曲线上(轨迹上)选取距O 点远些的点测出它们的坐标(x ,y ),填入表中来计算球的初速度,最后取平均值。
计算初速度不取用由卡片描的点,而重新在画出的x 轴上由O 起取出几个等距离的点,再由轨迹曲线测量出各点所对应的下降高度,看这些高度的比值是否近似等于1:4:9:……这样做,一是验证了平抛运动的性质,二是减少计算的麻烦和减小结果的误差。
第五章曲线运动5.4 实验:研究平抛运动★教学目标(一) 知识与技能1. 知道平抛运动可以分解成水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。
2. 设计实验来验证这个结论,加强感官印象,加深对平抛运动特点的理解。
3. 能够设计实验得到物体做平抛运动的轨迹,能够对平抛运动轨迹进行研究得到结论。
4. 能够通过对平抛运动轨迹的研究计算平抛运动物体的初速度。
(二) 过程与方法5. 通过对实验过程的探究,掌握研究平抛运动规律的方法。
6. 通过自行设计实验验证平抛运动的规律,体验实验探究的过程。
(三) 情感态度与价值观7. 通过实验探究教学,并进行有效的理论联系实际,激发学习兴趣和求知的欲望。
以此渗透刻苦学习、勤奋工作精神的美德教育。
8. 通过自己的设计和操作得出结论,增强学生的自信心和成就感,促进学生更好的学习。
★教学重点1. 如何设计实验。
2. 如何处理实验数据。
3. 通过实验处理结果加深对平抛运动的理解★教学难点1. 实验设计及数据处理中的困难。
★教学过程师:在上节课的学习中我们通过理论研究了解到平抛运动可以分解水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。
本节课我们的学习目标就是通过设计实验来验证我们通过理论分析得到的结论是否正确。
一、水平方向的运动规律师:首先我们先来研究平抛运动水平方向的运动规律。
理论分析知平抛运动水平方向的运动规律是匀速直线运动。
那么请同学们设计一个实验方案来验证这个结论。
学生思考讨论,5分钟后,请各组派一个代表发言。
大家共同讨论。
师:综合大家的思想,为了验证这个结论,实验设计的方向是能够观察到初速度为0v 的平抛运动水平方向的运动与速度为0v 的水平方向的匀速直线运动运动情况相同。
为此我们取两个物体,一个物体A 以某一0v 速度在水平方向做匀速直线运动,另一个物体B 以同样速度0v 为初速度做平抛运动,根据理论,结果应该是AB 两物体水平方向的相对位置不变,如果两物体出发点的水平坐标相同,则在运动过程中AB 两物体始终处于同一竖直方向,即水平位置始终相同。
第3节实验:探究平抛运动【学习目标】1、学会描绘平抛运动轨迹的方法2、根据平抛轨迹研究平抛运动规律【学习重点】描绘平抛运动的轨迹并利用轨迹研究平抛运动的规律【学习难点】利用平抛运动的轨迹来研究平抛运动的规律【新课学习】探究一、描绘平抛运动的轨迹【1】实验方法:【2】实验器材【3】实验步骤①按图所示安装实验装置,使小球放在斜糟末端点②以水平糟末端端口上小球球心位置为坐标原点O,过O点画出竖直的y轴和水平的x轴③使小钢球从斜糟上位置由静止滚下,把笔尖放在小球可能经过的位置上,如果小球运动中碰到笔尖,用铅笔在该位置画上一点,用同样的方法,在小球运动路线上描下若干点④将白纸从木板上取下,从O点开始通过画出的若干点描出一条平滑的曲线,如图所示。
【4】在该实验中,我们应该注意哪些方面?探究二、研究平抛运动【1】根据平抛运动的轨迹可以进行哪些研究?【2】如何判断其轨迹是不是抛物线【3】计算平抛物体的初速度的方法【4】判断水平方向运动情况的方法【5】判断O点是不是抛出点的方法【例题精析】例1 关于平抛运动,下列说法正确的是()A.平抛运动是匀变速运动B.平抛运动是变加速运动C.任意两段时间内加速度相同D.任意两段相等时间内速度变化相同解析本题要把好平抛运动是匀变速曲线运动及速度的矢量性,平抛运动的物体只受重力作用,故a=g,即做匀变速曲线运动,A选项正确,B选项不对,C选项正确。
由匀变速运动公式△v=g△t,得任意相等的时间内△v相同,D正确。
例2 如图所示,是同时开始运动的平抛运动和自由落体运动物体的闪光照片,由此照片,你能得出什么结论?解析从闪光照片中可以测出,平抛运动的小球,在相等时间内的水平位移总相等,所以,它的水平分运动为匀速直线运动,平抛运动的小球和自由下落的小球总是在同一水平线上,说明它们在同一段时间的竖直位移总是相等的,即平抛运动的竖直分运动跟自由落体运动遵循相同的规律,所以,平抛运动的竖直分运动为自由落体运动。
新人教版高中物理必修二同步学案第五章曲线运动第四节实验:研究平抛运动【学习目标】知识与技能1.掌握平抛运动在竖直方向的运动特点。
2.掌握平抛运动在水平方向的运动特点。
过程与方法探究过程,体会平抛运动在竖直和水平方向的运动规律。
情感态度与价值观设计平抛运动的轨迹,体会实验的步骤和艰辛。
【学习重点】平抛运动在竖直和水平方向的运动规律。
【学习难点】描绘平抛运动的轨迹。
【学习课时】1课时【探究学习】1.平抛运动物体在竖直方向的分运动是运动。
2. 平抛运动在水平方向做运动.3. 平抛运动的轨迹是4. 平抛运动是水平方向的运动和竖直方向的运动的运动。
5.平抛运动的规律是【课堂实录】引入新课复习旧知1.平抛运动是水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的合运动。
2. 平抛运动的规律⎪⎩⎪⎨⎧==2021)1(at y t v x ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+===220)2(y x y x v v v gt v v v我么今天就用实验的方法研究平抛运动。
新课讲解一、探究平抛运动物体在竖直方向的运动规律① 猜测 平抛运动的轨迹是一条曲线,且沿这条曲线越往下,曲线的切线方向越趋近于竖直方向,物体的速度方向也越来越趋近于竖直方向,如图所示,图中θ2<θ1。
由机械能守恒定律可知v 2>v 1,由运动的分解不难得知,物体经过A 、B 两位置时竖直方向的分速度大小关系为v 2y >v 1y 。
所以,物体在竖直方向的初速度为零且做加速运动,结合物体竖直方向只受重力作用这一因素,我们不难做出这样的猜测:平抛运动物体在竖直方向的分运动是自由落体运动。
② 实验 按图所示操作实验,如果小球A 确实如猜想的那样竖直方向做自由落体运动,那么A 、B 两小球在空中运动的时间应该相等,同时下落,同时着地。
仔细观察(不仅用眼看,更要用耳仔细听)可以得知,不管小球距地面的高度为多大,也不管小锤击打金属片的力度多大(小锤击打金属片的力度越大,A 小球水平抛出的初速度越大),两小球每次都是同时落地。
5.3 实验:探究平抛运动的特点基础知识梳理一、抛体运动和平抛运动1.抛体运动:以一定的速度将物体抛出,在空气阻力可以忽略的情况下,物体只受作用的运动.2.平抛运动:初速度沿方向的抛体运动.3.平抛运动的特点:(1)初速度沿水平方向;(2)只受作用.二、实验:探究平抛运动的特点【实验思路】(1)基本思路:根据运动的分解,把平抛运动分解为不同方向上两个相对简单的运动,分别研究物体在这两个方向的运动特点.(2)平抛运动的分解:可以尝试将平抛运动分解为方向的分运动和方向的分运动.【进行实验】方案一:频闪照相(或录制视频)的方法(1)通过频闪照相(或视频录制),获得小球做平抛运动时的频闪照片(如图所示);(2)以抛出点为原点,建立直角坐标系;(3)通过频闪照片描出物体经过时间间隔所到达的位置;(4)测量出经过T,2T,3T,…时间内小球做平抛运动的位移和位移,并填入表格;(5)分析数据得出小球水平分运动和竖直分运动的特点.方案二:分别研究水平和竖直方向分运动规律步骤1:探究平抛运动竖直分运动的特点图2(1)如图2所示,用小锤击打弹性金属片后,A球做运动;同时B球被释放,做运动.观察两球的运动轨迹,听它们落地的声音.(2)改变小球距地面的高度和小锤击打的力度,即改变A球的初速度,发现两球同时落地,说明平抛运动在竖直方向的分运动为运动.步骤2:探究平抛运动水平分运动的特点1.装置和实验(1)如图所示,安装实验装置,使斜槽M末端水平,使固定的背板竖直,并将一张白纸和复写纸固定在背板上,N为水平装置的可上下调节的向背板倾斜的挡板.(2)让钢球从斜槽上某一高度滚下,从末端飞出后做平抛运动,使小球的轨迹与背板.钢球落到倾斜的挡板N上,挤压复写纸,在白纸上留下印迹.(3) 调节挡板N,进行多次实验,每次使钢球从斜槽上同一位置由静止滚下,在白纸上记录钢球所经过的多个位置.(4)以斜槽水平末端端口处小球球心在木板上的投影点为坐标原点O,过O点画出竖直的y轴和水平的x轴.(5)取下纸,用平滑的曲线把这些印迹连接起来,得到钢球做平抛运动的轨迹.(6)根据钢球在竖直方向是自由落体运动的特点,在轨迹上取竖直位移为y、4y、9y…的点,即各点之间的时间间隔,测量这些点之间的水平位移,确定水平方向分运动特点.(7)结论:平抛运动在相等时间内水平方向相等,平抛运动水平方向为运动.2.注意事项:(1)实验中必须调整斜槽末端的(将小球放在斜槽末端水平部分,若小球静止,则斜槽末端水平).(2)背板必须处于,固定时要用铅垂线检查坐标纸竖线是否竖直.(3)小球每次必须从斜槽上由静止释放.(4)坐标原点不是槽口的端点,应是小球出槽口时钢球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一直到达为宜.【参考答案】重力水平重力直线水平竖直平抛自由落体自由落体平行上下坐标 相等 位移 匀速直线 切线水平 竖直面内 同一位置 左上角 右下角考点一:平抛运动概念、性质、条件、特征【例1】2022年2月15日,北京冬奥会单板滑雪男子大跳台决赛中,中国选手苏翊鸣夺得冠军。
实验:研究平抛运动-人教版必修2教案实验目的本实验旨在让学生通过实验观察平抛运动的规律,并了解相关理论知识。
实验器材和材料•大理石球1个•直尺1把•纸张•停表1个实验原理平抛运动是指物体在一个平面内做匀速直线运动,并在竖直方向上做匀加速运动的运动状态。
其运动方程为:x=v0t$$ y = v_{0y}t - \\frac{1}{2}gt^2 $$其中x是水平方向位移,y是竖直方向位移,v0是初速度,v0y是初速度的竖直分量,t是运动时间,g是重力加速度。
实验步骤第一步:测定小球的初速度利用直尺将小球从台阶顶端放至地面,利用停表测定小球从放置到触地的时间t,计算小球的初速度:$$ v_0 = \\frac{h}{t} $$其中ℎ为小球所在台阶的高度。
第二步:观察小球的水平运动和竖直运动用手抛出大理石球,同时使用停表计时,观察小球的运动轨迹,记录小球从抛出到触地的时间t。
利用测得的小球初始速度和运动时间,计算小球的水平位移和竖直位移。
将数据记录在纸张上。
第三步:绘制小球的运动轨迹根据测得的实验数据,绘制出小球的运动轨迹。
绘制方法如下: - 计算小球运动的最大高度:$h = \\frac{v_{0y}^2}{2g}$ - 确定每个时间点小球的位置:x=v0t,$y = v_{0y}t - \\frac{1}{2}gt^2$ - 在纸上画出小球的轨迹:首先画出小球的投掷位置和最高处,然后再根据时间点画出中间轨迹,将各点连成曲线。
实验结果分析根据实验得到的数据和运动规律,可以得出以下结论: - 小球的水平运动是匀速直线运动; - 小球的竖直运动是匀加速直线运动,运动规律符合前面所述的运动方程; - 小球在抛出后会逐渐自由落体,并在达到最高点后逐渐下落,运动轨迹为平抛曲线。
实验总结通过本实验的操作,我们更加深刻地了解了平抛运动的规律。
同时,我们也学习到了实验操作过程的重要性,需要注意物理量的测量及数据的记录,以便进行进一步的分析和研究。
合速度:()22220x y v v v v gt =+=+ 0tan yx v gt v v θ== 其中,θ 为合速度与_________方向的夹角。
2.平抛运动的位移【问题探究2】如何确定平抛运动某一时刻的位置?水平方向:x = v 0t竖直方向:212y gt = 相对抛出点的位移:()222012l v t gt ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭ 20012tan 2gt y gt x v t v ϕ=== 其中,φ为位移l 与_________方向的夹角。
3.平抛运动的轨迹将x = v 0t 、212y gt =联立,消去时间t ,得:2202g y x v = 上式中,g 是常数,v 0是常量,所以满足抛物线方程y = kx 2,即平抛运动的轨迹是______________。
4.平抛运动的推论(1)飞行时间:t = ____________平抛落地时间只由_________决定,与平抛的初速度__________。
(2)水平射程:x = ____________平抛水平射程由___________和___________共同决定决定。
(3)速度、位移偏角正切值之比:x = ____________tan ____________tan θϕ== 二、一般的抛体运动【物体探究】能否借用研究平抛运动的方向来分析斜抛运动?你的一句是什么?1.斜抛运动:如果物体被抛出时的速度v0 不沿水平方向,而是斜向上方或斜向下方,在只受重力作用的运动。
2.按初速度方向分类,抛体运动可分为____________、____________、____________等。
3.斜抛运动的特点动力学特点:只受________,加速度a= ______;运动学特点:初速度方向与加速度方向________。
斜抛运动是匀变速________运动。
4.斜抛运动的研究方法:________________斜抛运动可看作水平方向__________运动与竖直方向_______________运动的合运动。
5.4 实验:研究平抛运动学习目标知识与技能:1.能说出平抛运动的条件和相应控制方法.2.能用实验获得平抛运动轨迹的方法.3.知道判断运动轨迹是否是抛物线的方法.4.知道测量初速度时需要测量的物理量.5.会推导平抛初速度的表达式,会计算平抛运动的初速度。
过程与方法:1.通过学生设计实验,体会物理问题的探究思想和实验设计思想,能记住设计实验的基本方法.2.会用运动合成与分解的方法分析抛体运动.3.学会化曲线为直线的物理思想和方法.情感态度与价值观:1.培养学生合作与交流的精神,有将自己的见解与他人交流的愿望,养成在合作中既坚持原则又尊重他人的习惯.2.通过学生的动手实验,将感性认识和理性思维相结合,使学生获得成功的体验.学习重点,描绘平抛物体运动的轨迹;研究平抛运动的特点学习难点:描绘平抛物体运动的轨迹预习案:一、实验原理(以教科书“参考案例1”为案例)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,v 0=(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,使在重复实验的过程中,木板与斜槽的相对位置保持不变。
四、实验:研究平抛运动
【要点导学】
1.平抛运动
定义:将物体用一定的初速度沿水平方向抛出,不考虑空气阻力,物体只在重力作用下所做的运动.
条件:初速度水平;仅受重力。
特点:由于速度方向与受力方向不在一条直线上,故平抛运动是曲线运动,又受力恒定,所以平抛运动是匀变速曲线运动。
注意:不要认为曲线运动就一定不是匀变速运动,其实物体是否做匀变速运动是由合外力或加速度是否恒定决定的,平抛运动加速度恒为重力加速度g,根据
Δv=gΔt,做平抛运动的物体在相等时间内速度的变化是相等的。
2.理论探究
(1)平抛运动是一复杂的运动,如何来探究这个复杂运动的规律呢?根据运动合成与分解的思想,可将一个复杂的运动简化为简单的运动去认识,可将平抛运动分成水平方向和竖直方向的直线运动。
(2)从力的独立作用原理出发分析物体的运动,可知,平抛运动的物体在水平方向上不受力的作用,应做匀速直线运动,在竖直方向初速为零,只受重力,应做自由落体运动。
3.实验探究
(1)设置与分运动等效的条件进行对比实验
①与平抛运动的物体同时自由下落的物体对比。
实验1 如图1所示,用小锤打击弹性金属片,金属片把A球沿水平方向抛出,同时B球被松开,自由下落,A、B两球同时开始运动。
观察两球是否同时落地。
如果同时落地,说明什么问题?
多次改变小球距地面的高度和打击的力度,重复这个实验。
如果每次都同时落地,说明什么问题?
实验观察到,改变小球距地高度和打击力度,两球总是同时落地,说明两者在竖直方向的运动相同,即都是自由落体运动。
②与平抛运动的物体初速度相同的匀速直线运动对比。
实验2 在如图2所示的装置中,两个相同的弧形轨道M、N,分别用于发射小铁球P、Q;两轨道上端分别装有电磁铁C、D;调节电磁铁C、D的高度,使AC=BD,从而保证小铁球P、Q在轨道出口处的水平初速度v0相等。
将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上,然后切断电源,使两小铁球能以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的下端射出。
实验结果是两小铁球同时到达
E处,发生碰撞。
增加或者减小轨道M的高度,只改变小铁球P到达桌面时速度的竖直方向分量的大小,再进行实验,结果两小铁球总是发生碰撞。
试分析该实验现象说明了什么?
解析将P铁球在水平方向上的运动,在不同竖直高度的情况下与Q铁球对比,发现P、Q两球总是相遇,P球水平方向上的运动不因P球在竖直方向运动的时间长短而改变,总是和在水平面上匀速运动的Q球有完全相同的运动情况,所以本实验说明了:①平抛运动的物体在水平方向做匀速直线运动;②平抛运动的物体在竖直方向上的分运动,不影响水平方向上的分运动,分运动各自具有独立性。
(2)描绘平抛运动的轨迹,建立水平、竖直的直角坐标系,通过研究水平和竖直两个方向的位移时间关系,获得各分运动的确切情况。
描迹法探究平抛运动规律的实验器材和步骤
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.
实验步骤:
① 安装斜槽轨道,使其末端保持水平;
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;
③ 以斜槽末端为坐标原点沿铅垂线画出y轴;
④ 让小球从斜槽上适当的高度由静止释放,用铅笔记录小球做平抛运动经过的位置;
⑤ 重复步骤4,在坐标纸上记录多个位置;
⑥ 在坐标纸上作出x轴,用平滑的曲线连接各个记录点,得到平抛运动的轨迹;
⑦ 在轨迹上取几个点,使这些点在水平方向间距相等,研究这些点对应的纵坐标y随时间变化的规律。
运用此轨迹,若已知水平方向上的运动特点,可分析竖直方向上的运动特点,若已知竖直方向上的运动特点,可分析水平方向上的运动特点。
比如,若在竖直方向上物体做初速度为零的匀加速运动,必然是连续相等的时间内位移之差Δy
等于常数,即Δy=gΔt2,从物体抛出计时,连续相等的时间内的位移y
Ⅰ、y
Ⅱ
……
之比为1∶3∶5∶…∶(2n-1)。
实验过程注意事项:
① 保证斜槽末端的切线水平,方木板竖直且与小球下落的轨迹平面平行,
并使小球运动时靠近木板,但不接触;
② 小球每次都从斜槽上同一位置滚下;
③ 小球做平抛运动的起点不是槽口的端点,应是小球在槽口时球的重心在木板上的水平投影点;
④ 小球在斜槽上开始滚下的位置要适当,以便使小球运动的轨迹由木板的左上角到右下角。
【范例精析】
例1关于平抛运动,下列说法正确的是()
A.平抛运动是匀变速运动
B.平抛运动是变加速运动
C.任意两段时间内加速度相同
D.任意两段相等时间内速度变化相同
解析本题要把好平抛运动是匀变速曲线运动及速度的矢量性,平抛运动的物体只受重力作用,故a=g,即做匀变速曲线运动,A选项正确,B选项不对,C 选项正确。
由匀变速运动公式△v=g△t,得任意相等的时间内△v相同,D正确。
例2如图所示,是同时开始运动的平抛运动和自由落体运动物体的闪光照片,由此照片,你能得出什么结论?
解析从闪光照片中可以测出,平抛运动的小球,在相等时间内的水平位移总相等,所以,它的水平分运动为匀速直线运动,平抛运动的小球和自由下落的小球总是在同一水平线上,说明它们在同一段时间的竖直位移总是相等的,即平抛运动的竖直分运动跟自由落体运动遵循相同的规律,所以,平抛运动的竖直分运动为自由落体运动。
【能力训练】
1.研究平抛物体的运动,在安装实验装置的过程中,斜槽末端的切线必须是水平的,这样做的目的是( B )
A.保证小球飞出时,速度既不太大,也不太小
B.保证小球飞出时,初速度水平
C.保证小球在空中运动的时间每次都相等
D.保证小球运动的轨道是一条抛物线
2.用描迹法探究平抛运动的规律时,应选用下列各组器材中的哪一组( D )A.铁架台,方木板,斜槽和小球,秒表,米尺和三角尺,重锤和细线,白纸和图钉,带孔卡片
B.铁架台,方木板,斜槽和小球,天平和秒表,米尺和三角尺,重锤和细线,白纸和图钉,带孔卡片
C.铁架台,方木板,斜槽和小球,千分尺和秒表,米尺和三角尺,重锤和细线,白纸和图钉,带孔卡片
D.铁架台,方木板,斜槽和小球,米尺和三角尺,重锤和细线,白纸和图钉,带孔卡片
3.关于平抛物体的运动,下列说法中正确的是 ( A )
A.物体只受重力的作用,是a=g的匀变速运动
B.初速度越大,物体在空中运动的时间越长
C.物体落地时的水平位移与初速度无关
D.物体落地时的水平位移与抛出点的高度无关
4.从同一高度以不同的速度水平抛出的两个物体落到地面的时间 ( C )
A.速度大的时间长 B.速度小的时间长C.落地时间—定相同 D.由质量大小决定
5.物体做平抛运动时,描述物体在竖直方向的分速度v y(取向下为正)随时间变化的图线是 ( D )
6.在做“研究平抛运动”的实验时,让小球多次沿同一轨道运动,通过描点法画小球做平抛运动的轨迹,为了能较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的字母填在横线上_____。
ACE A.通过调节使斜槽的末端保持水平
B.每次释放小球的位置可以不同
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
F.将球的位置记录在纸上后,取下纸,用直尺将点连成折线
7.试根据平抛运动原理设计“测量弹射器弹丸出射初速度”的实验方案,提供的实验器材为弹射器(含弹丸,见图)、铁架台(带有夹具)、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)为_________________;
(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)计算公式为______________。
(1)实验示意图如图所示 (2)弹射器必须保持水平
(3)弹丸下降高度y和水平射程x (4)在不改变高度y的条件下进行多次实验,测量水平射程x,得出平均水平射程x
8.一小球在高0.8m的水平桌面上滚动,离开桌面后着地,着地点与桌边水平距离为1 m,求该球离开桌面时的速度?2.5m/s
9.距离地面1000m高处的飞机,以100m/s的速度沿水平直线飞行时,在飞机上每隔2s向外放出—重物,空气阻力和风的影响不计,当第5个重物离开飞机时,求:
(1)相邻的两重物在空中的水平距离;
(2)在竖直方向上编号为5、4、3、2、1的5个重物距离飞机的距离.
(1) 水平距离为零 (2) 0 20m 80m 180m 320m。