学案3：5.3实验：探究平抛运动的特点

5.3 实验：探究平抛运动的特点

【学习目标】：

知识与技能：

（1）知道用实验获得平抛运动轨迹的方法；

（2）知道判断运动轨迹是否是抛物线的方法；

（3）知道测量初速度时需要测量的物理量；

（4）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，了解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）在上一节对平抛运动规律的学习的基础上，通过这一节学生的动手实验，将感性认识和理性思维相结合，使学生获得成功的体验；

【预习要点】：

一、通常用的实验方法：有描迹法、喷水法、数码照相法，描绘出平抛运动的轨迹，去研究平抛运动的规律．

二、实验原理

平抛物体的运动可以看做是由两个分运动合成的，即水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动．

使小球做平抛运动，利用描迹法描出小球的运动轨迹，建立坐标系，测出轨迹曲线上某

一点的坐标x和y，根据公式x＝v0t和y＝1

2gt

2，就可求得v0＝x

g

2y，即为小球做平抛运

动的初速度．

三、案例分析

案例1：描迹法

(1)实验器材

斜槽(带小球)、木板及竖直固定支架、白纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺．

(2)实验步骤

①实验装置如图5－4－3所示，安装调整斜槽：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．

图5－4－3

②调整木板，确定坐标原点：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，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，用重垂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描点：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，然后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．用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置．

④描绘出平抛运动的轨迹：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．

⑤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＝1

2gt

2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 g/2y(m/s)

v0的平均值

(3)实验步骤中的注意事项

①实验中必须保证通过斜槽末端点的切线水平，方木板必须处在竖直平面内，且与小球

运动轨迹所在竖直平面平行，并使小球的运动靠近木板但不接触．

②小球必须每次从斜槽上同一位置由静止开始滚下，为此，可在斜槽上某一位置固定一个挡板．

③坐标原点(小球做平抛运动的起点)不是槽口的端点，而应是小球在槽口时球的球心在木板上的水平投影点，位于槽口末端上方r处(r为小球半径)．

④应在斜槽上适当的位置释放小球，使它以适当的水平速度抛出，其轨迹由木板的左上角到达右下角，这样可以使实验误差较小．

⑤须在斜槽末端用重垂线检查白纸上所画y轴是否竖直．

案例2：频闪照相法

用频闪照相法更精细地探究平抛运动．

图5－4－4

频闪照相是指每隔一定时间对同一物体进行一次照相，并将其位置呈现在同一张底片上的技术．通过如图5－4－4对上述实验的频闪照片，先观察分析两个小球在竖直方向的运动情况：它们在同一时间下落的高度相同，再一次验证了平抛运动的竖直分运动是自由落体运动；再测量平抛小球在相等时间里通过的水平距离是否相同，从而证明平抛运动的水平分运动是匀速直线运动，且竖直方向的分运动不影响水平分运动.

【答疑解惑】：

利用平抛运动的轨迹，除了计算平抛的初速度，判断轨迹是否为抛物线外，还能进行什么研究？

(1)判断O 点是不是抛出点 ①如图5－4－5所示，

图5－4－5

在轨迹上选取A 、B 、C 三点，OA 、AB 、BC 的水平距离相等，则说明a 时间为t a ＝t b

－T ＝

9l g

－ 4l g

＝ l

g

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y A 、y B 、y C .

②如果y A ∶y B ∶y C ＝1∶4∶9，则说明O 点为平抛的起点，若不满足上述比例关系，则说明O 点

不是平抛的起点．

(2)平抛运动水平方向运动性质的判定

①据平抛运动竖直方向的分运动是自由落体运动及自由落体下落高度与运动时间t 的关系：h ＝1

2gt 2.在平抛运动轨迹的竖直坐标轴y 上，从原点O 开始向下取一个坐标为h 的点，

再找到坐标为4h,9h,16h …的点．

②过这些点作水平线与轨迹分别交于A 、B 、C 点，则这些点就是每经过相等时间物体所到达的位置．

③测量出OA 、AB 、BC 的水平距离，对比实验测量结果，若各段距离相等，说明水平方向上的运动是匀速直线运动．

【典例剖析】：

一、探究实验过程的考察

例1 在“探究平抛运动的运动规律”的实验中，可以描绘出小球平抛运动的轨迹，实验简要步骤如下：

A ．让小球多次从________位置上滚下，记下小球碰到铅笔笔尖的一系列位置．

B ．按图安装好器材，注意________，记下平抛初位置O 点和过O 点的竖直线．

C ．取下白纸，以O 为原点，以竖直线为y 轴建立坐标系，用平滑曲线画出平抛运动物体的轨迹．

(1)完成上述步骤，将正确的答案填在横线上． (2)上述实验步骤的合理顺序是________．

方法总结

描述好平抛运动的轨迹，需在实际操作中满足小球做平抛运动的条件. 二、探究平抛运动的规律