5.3 实验：研究平抛运动—人教版高中物理必修二教案

人教版高中物理必修二 5.3实验：研究平抛运动教案

三维目标

（一）知识与技能

➢知道平抛运动的条件及控制方法；

➢知道用实验获得平抛运动轨迹的方法；

➢知道判断运动轨迹是否为抛物线的方法；

➢知道测量初速度时需要测量的物理量；

（二）过程与方法

➢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；

➢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“等效替代”“正交分解”的思想方法。

（三）情感态度与价值观

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。

教学过程

【新课引入】

师：上节课我们学习了平抛运动的理论知识，本节课我们通过实验来进一步探究平抛运动的特点。

【新课教学】

师：在这个实验中，我们首先设法描绘某物体做平抛运动的轨迹，然后通过这个轨迹研究平抛运动的特点。

一、判断平抛运动的轨迹是不是抛物线

通过描点法将平抛运动的轨迹描述出来，然后用直尺得出几组坐标，之后再代入2

y ax

中求出常量a，于是知道了轨迹方程。

活学活用：1.两个同学根据不同的实验条件，进行了“研究平抛运动”的实验：

图1

(1)甲同学采用如图1甲所示的装置．用小锤击打弹性金属片，使A球沿水平方向弹出，同时B球被松开，自由下落，观察到两球同时落地，改变小锤击打的力度，即改变A球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明__平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动.

(2)乙同学采用如图乙所示的装置．两个相同的弧形轨道M、N，分别用于发射小铁球P、Q，其中N的末端可看做与光滑的水平板相切，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，现将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小球同时以相同的初速度v0分别从轨道M、N的末端射出．实验可观察到的现象应是P球击中Q球．仅仅改变弧形轨道M的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，这说明抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动．

活学活用：2.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 ＝1.25 cm，若小球在平抛运动途中的几个位置如图8中a、b、c、d所示，则：

图2

(1)求小球平抛运动的初速度的计算式(用L、g表示)，其值是多少？(g取9.8 m/s2)

(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？

解析(1)平抛运动的竖直分运动是自由落体运动，即初速度为零的匀加速直线运动，水平分运动是匀速直线运动，由水平方向ab＝bc＝cd知相邻两点的时间间隔相等，设为T，竖直方向相邻两点间位移之差相等，Δy＝L，

由Δy ＝gT 2得：L ＝gT 2，时间T 内，水平位移为x ＝2L

可得v 0＝x T ＝2L L

g ＝2Lg ＝2× 1.25×10－2×9.8 m/s ＝0.7 m/s. (2)由于ab 、bc 、cd 间竖直位移之比不满足1∶3∶5的关系，所以a 点不是抛出点． 设小球运动到b 点时竖直方向上的分速度为v b ，则有：

v b ＝3L 2T ＝3gL 2＝32

×9.8×1.25×10－2 m/s ＝0.525 m/s 小球从抛出点运动到b 点所用时间为：t b ＝v b g

则抛出点到b 点的水平距离为：

x b ＝v 0t b ＝

v 0v b g ＝0.7×0.5259.8 m ＝0.037 5 m ＝3.75 cm 抛出点到b 点的竖直距离为：

y b ＝v 2b 2g ＝0.52522×9.8

m≈0.014 1 m ＝1.41 cm. 二、计算平抛运动的初速度

本实验的要求不高，可以不考虑空气阻力的作用。这样抛体在竖直方向只受重力的作用，因此它的加速度是常量等于g ，它的y 坐标的变化符合匀加速运动的规律

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y gt = 0x v t = 联立解得

0v =活学活用：3.某同学利用如图3甲所示装置做“研究平抛运动”的实验，根据实验结果在坐标纸上描出了小球水平抛出后的运动轨迹，但不慎将画有轨迹图线的坐标纸丢失了一部分，

剩余部分如图乙所示．图乙中水平方向与竖直方向每小格的长度均代表0.10 m，P1、P2和P3是轨迹图线上的3个点，P1和P2、P2和P3之间的水平距离相等．完成下列填空：(重力加速度取10 m/s2)

图3

(1)设P1、P2和P3的横坐标分别为x1、x2和x3，纵坐标分别为y1、y2和y3.从图乙中可读出|y1－y2|＝_______m，|y1－y3|＝_______m，|x1－x2|＝_______m．(结果均保留两位有效数字) (2)若已知抛出后小球在水平方向上做匀速运动．利用(1)中读取的数据，求出小球从P1运动到P2所用的时间为____s，小球抛出后的水平速度为____m/s.(结果均保留两位有效数字)

解析(1)由题图乙可知P1与P2两点在竖直方向的间隔为6格，P1与P3两点在竖直方向的间隔为16格，所以有|y1－y2|＝0.60 m，|y1－y3|＝1.60 m，P1与P2两点在水平方向的距离为6格，则有|x1－x2|＝0.60 m.

(2)由抛出后小球在水平方向做匀速运动，又P1和P2、P2和P3之间的水平距离相等可知，小球从P1运动到P2所用的时间和从P2运动到P3所用的时间相等，设小球从P1运动到P2所用的时间为T，由平抛运动规律可得|x1－x2|＝v0T，|y2－y3|－|y1－y2|＝gT2，|y2－y3|＝1.0 m，联立解得T＝0.20 s，v0＝3.0 m/s.

三、实验操作

【实验步骤】

1.将固定有学斜槽的木板放在实验桌上，实验前要检查木板是否水平，使斜槽末端O点的切线水平；

2.用图钉把坐标纸钉在竖直的木板上，固定时要用重锤线检查坐标纸上的竖直线是否竖直；

3.选定斜槽末端所在的点为坐标原点O，竖直向下的用y轴表示，水平方向用x轴表示；