5.3 实验：探究平抛运动的特点—人教版(2019) 高中物理必修第二册学案

高一必修二物理导学案

课题：5.3实验：探究平抛运动的特点

一、学习目标

1．初步了解什么是平抛运动及探究平抛运动的实验原理，并会测量平抛运动的初速度。

2．能够通过对运动数据的处理获取初速度，会分析产生实验误差的原因。

3．通过实验的设计和数据的处理，提升科学推论与论证的能力。

二、阅读课本

实验目的：1.用实验的方法描出平抛运动的轨迹。

2.判断平抛运动的轨迹是否为抛物线。

3.根据平抛运动的轨迹求其初速度。

实验器材：斜槽,_______________,白纸,小球,图钉,铅笔,有孔的卡片,刻度尺,重垂线

实验原理：.实验的基本思想——___________。

(1)用卡位法描点并绘制小球平抛运动的轨迹。

(2)建立坐标系,测出轨迹上某点的坐标x、y, 据x=___,y=______得初速度v0=______。

实验步骤：

1.安装实验器材:

(1)将带有斜槽的平抛运动实验器置于桌面上,装好平抛轨道,调整

斜槽末端切线水平;然后,调节调平螺丝,观察重垂线或气泡水准,使面

板处于竖直平面内,卡好定位板,装置如图所示。

(2)给描迹记录纸衬垫一张复写纸或打字蜡纸,紧贴记录面板用压纸

板固定在面板上。

2.建立坐标系:把小球放在槽口处,用铅笔记下小球在槽口(斜槽末端)时球心所在描迹记录纸的投影点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,画出过坐标原点水平向右的直线,作为x轴。

3.确定小球的位置:

(1)把接球挡板拉到最上方一格的位置。

(2)将定位板定在某一位置固定好,小球紧靠定位板由静止释放,小球沿轨道向下运动,以一定的初速度由轨道的平直部分水平抛出。

(3)下落的小球打在向记录面板倾斜的接球挡板上,同时在记录面板上留下一个印迹点。

(4)再将接球挡板向下拉一格,重复上述操作方法,打出第二个印迹点,如此继续下拉接球挡板,直至最低点,即可得到平抛的小球下落时的一系列印迹点。

4.描点得轨迹:取下描迹记录纸,将描迹记录纸记下的一系列点用平滑曲线连起来,即得到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,则说明描绘得出的曲线为抛物线。

(2)图像法: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= gt2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。

误差分析：

1.用轨迹法时斜槽末端没有水平,使得小球离开斜槽后不做平抛运动。

2.描点不准确。

3.在轨迹上量取某点坐标(x,y)时出现误差。

注意事项：

1.斜槽安装:实验中必须调整斜槽末端的切线水平,将小球放在斜槽末端水平部分,若没有明显的运动倾向,斜槽末端的切线就水平了。

2.方木板固定:方木板必须处于竖直平面内,固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直。

3.小球释放:

(1)小球每次必须从斜槽上同一位置滚下。

(2)小球开始滚下的高度要适中,以使小球平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜。

4.坐标原点:坐标原点不是槽口的端点,应是小球出槽口时球心在木板上的投影点。

5.初速度的计算:在轨迹上选取离坐标原点O点较远的一些点来计算初速度。

三、探究思考

1、除上述获得小球做平抛运动的轨迹的方法外,还可以如何获取平抛运动的轨迹?

2、如何获取以下物体平抛运动的初速度?

3、如图所示是此装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片,由照片可以判断实验操作错

误的原因是什么?

四、典例讲解

典例1、(1)[多选]在做“探究平抛运动的特点”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外，下列器材中还需要的有________。

A．游标卡尺B．秒表C．坐标纸D．天平E．弹簧测力计F．重锤线

(2)[多选]实验中，下列说法正确的是________。

A．应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滚下

B．斜槽轨道必须光滑

C．要使描出的轨迹更好地反映真实运动，记录的点应适当多一些

D．斜槽轨道末端可以不水平

(3)[多选]引起实验结果偏差较大的原因可能是_____________________。

A．安装斜槽时，斜槽末端切线方向不水平

B．确定Oy轴时，没有用重锤线

C．斜槽不是绝对光滑的，有一定摩擦

D．空气阻力对小球运动有较大影响

典例2、如图所示，探究平抛运动的特点的实验装置放置在水平桌面上，利用光

电门传感器和碰撞传感器可测得小球的水平初速度和飞行时间，底板上的标尺可

以测得水平位移。保持水平槽口距底板高度h＝0.420 m不变。改变小球在斜槽导轨上下滑的起始位置，测出小球做平抛运动的初速度v0、飞行时间t和水平位移d，记录在表中。

(1)由表中数据可知，在h一定时，小球水平位移d与其初速度v0成________关系，与________无关。

(2)一位同学计算出小球飞行时间的理论值t理＝2h

g

＝

2×0.420

10

s＝289.8 ms，发现理论

值与测量值之差约为3 ms。经检查，实验及测量无误，其原因是__________________

________________________________________________。

(3)另一位同学分析并纠正了上述偏差后，另做了这个实验，竟发现测量值t′依然大于自己得到的理论值t理′，但二者之差在3～7 ms之间，且初速度越大差值越小。对实验装置的安装进行检查，确认斜槽槽口与底座均水平，则导致偏差的原因是__________________________________________________

[解析](1)由题表中数据可知，h一定时，小球的水平位移d与初速度v0成正比关系，与时间t无关。

(2)该同学计算时重力加速度取的是10 m/s2，一般情况下应取9.8 m/s2，从而导致约3 ms的偏差。

(3)小球直径过大、小球飞过光电门需要时间或光电门传感器置于槽口的内侧，使测量值大于理论值。

五、课堂检测与练习

1、(多选)在做“研究平抛物体的运动”这一实验时,下面哪些说法是正确的( AB )

A.安装弧形槽时,必须使槽的末端的切线方向保持水平

B.进行实验时,每次都要让小球从同一位置由静止释放

C.小球与弧形槽不可避免的摩擦,会影响实验结果

D.为了得到实验结果,不要忘记用天平称出小球的质量

2、如图为用频闪摄影方法拍摄的小球做平抛运动的照片,小球在运动过程中的几个位置如图中的a、

b、c、d所示。下列说法正确的是( C )

A.若已知小方格的边长,可求得平抛的初速度

B.若已知小方格的边长,可求得频闪周期

C.若已知小方格的边长和当地的重力加速度,可求得a、b、c、d任一点的速度