2018-2019学年人教版必修2实验：研究平抛运动第1课时学案

第五章曲线运动3.实验：研究平抛运动
考点1 实验仪器和步骤
【例1】利用如图1所示的装置，探究平抛运动的特点，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，为了能准确地描绘小球的运动轨迹，下面列出了一些操作要求，将你认为正确的选项填在横线
上: 。

图1
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必须不同
C.每次必须由静止释放小球
D.小球运动时不应与木板上的白纸(或方格纸)相接触
E.将球的位置记录在纸上后,取下纸,用直尺将点连成折线
答案：A、C、D
点拨：首先必须保证小球做平抛运动,因此必须使斜槽的末端保持水平;因为要画同一运动的轨迹,每次释放小球的位置必须相同,且由静止释放,以保证获得相同的初速度;小球滚下时不能碰到木板上的白纸(或方格纸),避免因摩擦而使运动轨迹改变,最后轨迹应连成平滑的曲线。

规律技巧总结：
实验中要注意以下几点：
①实验中必须保持斜槽末端水平。

②要用重垂线检查木板、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,眼睛应平视运动的小球,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,并且应使所选取的点之间尽量远些。

考点2 实验数据处理
【例2】如图2所示为一小球做平抛运动的频闪照片的一部分,图中背景方格的边长均为5 cm,g取10 m/s2。

图2
(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点时的速度大小是m/s。

答案：(1)10 (2)1.5 (3)2.5
点拨：(1)在竖直方向上,由Δs=at2得:2L=gt2,
故t==0.1 s,所以闪光频率为10 Hz。

(2)在水平方向上有:3L=v
0t,解得:v
==1.5 m/s。

(3)B点竖直方向的分速度v
y ==2 m/s,解得:v
B
==2.5 m/s。

规律技巧总结：本题主要考查实验结果的处理。

根据平抛运动的基本规律,以竖直分运动为匀变速直线运动为突破口,再结合匀变速直线运动的一个重要推
论——连续相等时间内的位移之差是恒量来处理。

即Δy=gT2,而不是y= gT2,因为坐标的原点往往不是抛出点。

考点3 误差分析
【例3】在“研究平抛物体运动”实验中,某同学在建立直角坐标系时,有一处失误。

设他在安装实验装置和进行其余的操作时准确无误。

(1)观察如图3所示,可知,他失误之处是。

(2)他根据记录建立坐标系,运用教材实验原理测得的平抛初速度值与其真实值相比。

(填“偏大”、“相等”或“偏小”)。

图3
答案：(1)坐标系应向上平移(2)偏大
点拨：(1)坐标系原点应建在正飞离斜槽槽口的小球重心处,即在槽口正上方r(r为小球半径)处。

而该同学却错误地将坐标原点取在槽口处。

(2)如图4所示,正确的坐标系横轴应建立在x'处,原点应在O'处。

图4
在轨迹上取点P,其坐标值真实值为(x'、y'),测量值为(x、y),其中
y'>y,x'=x。

因为t
测=,t
真
=,所以t
测
<t
真
,
而因为v
测=,v
真
=,因此v
测
>v
真。

当套用课本实验原理而又取错坐标原点时,该同学得到的测量值偏大。

规律技巧总结：无论将坐标原点取在飞离槽口的球心处,还是将原点取在槽口处,只要认清平抛运动在水平方向、竖直方向的运动性质,就可这样处理。

考点4 拓展引申
【例4】某同学在做平抛物体运动的实验时,不慎未定好原点,只画了竖直线,而且只描出了平抛物体的后一部分轨迹,如图5所示。

依此图只用一把刻度尺,如何计算出平抛物体的初速度v
?
图5
解：为了求出平抛物体的初速度,要画出三条等距(Δx)、平行于y轴的竖直线与轨迹交于A、B、C三点,如图6所示。

然后分别过A、B、C三点作三条水平直线,A、B两点竖直距离为y1,A、C两点竖直距离为y2,由Δx=v0T和
Δy=y2-2y1=gT2,解得:v0=Δx。

图6
规律技巧总结：平抛运动实验中,对于没有网格标明数据的,我们要“营造”出网格,所以根据水平方向的分运动为匀速直线运动入手,找到与轨迹线的交点再画出竖直线,计算时利用水平方向的匀速运动和竖直方向的匀变速运动规律解答。

考点5 求小球抛出时的抛出点
【例5】在“研究平抛物体运动”的实验中,某同学记录了运动轨迹上三点A、B、C,如图7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：
图7
(1)小球平抛初速度大小;
(2)小球做平抛运动的初始位置坐标。

解：(1)小球在水平方向位移相等,小球在水平方向做匀速运动,因此小球在
这两段的运动时间t
AB =t
BC
=T。

小球在竖直方向做匀加速运动,由Δs=aT2得25 cm-15 cm=1 000
cm/s2·T2,T=0.1 s。

小球在水平方向上做匀速运动,有v0=10 cm/0.1 s=100 cm/s=1 m/s。

(2)由于小球在竖直方向上做匀加速直线运动,小球在B点的竖直分速度大小等于AC段在竖直方向的平均速度大小。

v By==2 m/s。

设小球从抛出点O到B点历时为t
OB ,有t
OB
=v
By
/g=0.2 s,
小球从抛出点O到A点历时:t
OA =t
OB
—T=0.1 s,
因此,x
OA =v
t
OA
=10 cm, y
OA
=g=5 cm,
故O点坐标值为(-10,-5)。

规律技巧总结：为了减小误差，坐标原点一般选在偏向轨迹的后面一点，那么寻找抛出点就成为本实验中综合性较强的问题。

此类问题的解决策略为找到某一点到抛出点的时间，根据自由落体运动和匀速运动的公式解题。