物理②必修5.3《实验：研究平抛运动》教案

5.3 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. 会设计实验并描绘出平抛运动的轨迹。

3. 能够通过对平抛运动轨迹的分析判断轨迹是否为抛物线。

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

1. 通过对实验过程的探究，掌握研究平抛运动规律的方法。

2. 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

通过实验探究平抛运动的规律，激发学习兴趣，增强求知欲望。

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

实验设计及数据处理中的困难。

教学过程

教师：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为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。同学们是否可以设计一个实验，根据你所设计的实验，把平抛运动物体的轨迹描绘出来。

学生：看教材并分析思考。教师有针对性的介绍以下几种实验方案，并让学生动手做实验。

一、平抛运动物体轨迹的描绘

方法1：用水流研究平抛物体的运动

如图，倒置的饮料瓶内装着水，瓶塞内插着两根两端开口的细管，其中一根弯成水平，且水平端加接一段更细的硬管作为喷嘴。水从喷嘴中射出，在

空中形成弯曲的细水柱，它显示了平抛运动的轨迹。设法把它

描在背后的纸上就能进行分析处理了。 插入瓶中的另一根细管的作用，是保持从喷嘴射出水流的

速度不变，使其不随瓶内水面的下降而减小。这是因为该管上

端与空气相通，A 处水的压强始终等于大气压，不受瓶内水面高低的影响。因此，在水面降到A 处以前的很长一段时间内，都可以得到稳定的细水柱。

方法2：用数码照相机或数码摄像机记录平抛运动的轨迹

数码相机大多具有摄像功能，每秒拍摄约15帧照片。可以用它拍摄小球从水平桌面飞出后做平抛运动的几张连续照片。如果用数学课上画函数图像的方格黑板做背景，就可以根据照片上小球的位置在方格纸上画出小球的轨迹。

方法3：斜面、小槽、小球等实验仪器（实验室最常用的一种方法）

实验图如下：

水平喷出的细水柱 显示平抛运动轨迹

1.将平抛运动实验器置于桌面，装好平抛轨道，使轨道的抛射端处于水平位置。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。

2.将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，使横坐标x轴在水平方向上，纵坐标y轴沿竖直方向向下（若用白纸，可事先用铅笔在纸上画出x、y坐标轴线），并注意使坐标原点的位置在平抛物体（钢球）的质心（即球心）离开轨道处。

3.把接球挡板拉到最上方一格的位置。

4.将定位板定在某一位置固定好。钢球紧靠定位板释放，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。

5.下落的钢球打在向面板倾斜的接球挡板上，同时在面板上留下一个印迹点。

6.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，即可得到平抛的钢球下落时的一系列迹点。

7.变更定位板的位置，即可改变钢球平抛的初速度，按上述实验操作方法，便可打出另一系列迹点。

8.取下记录纸，将各次实验所记录的点分别用平滑曲线连接起来，即可得到以不同的初速度做平抛运动的轨迹图线。如下图所示。

实验注意事项：

（1）必须保证记录面板处于竖直平面内，使平抛轨道的平面靠近板面。

（2）调节斜槽末端水平，使小球飞出时的速度是水平方向。可将小球放于此处调节到小球不会左右滚动即可。

（3）贴坐标纸时，可以用重锤线帮助完成，使重锤线与坐标纸的一条线重合，则这条线就是纵坐标。

（4）坐标原点是斜槽末端处小球球心的位置。

（5）每次从同一高度无初速释放小球。

（6）选取轨迹上离原点较远的点来测量x、y的值可减小误差。描点时，应使视线与所描的点齐平。

学生：根据实验方案三分组动手做实验，并在平面直角坐标系中描绘出平抛物体的轨迹。

教师：同学们得到的曲线是否是抛物线，能利用数学知识证明它是抛物线吗？

二、平抛运动轨迹的分析

﹙一﹚判断平抛运动的轨迹是不是抛物线

1.建立坐标系：以抛出时物体的速度为x 轴正方向，以竖直向下为y 轴正方向。

2.在x 轴上作出等距离的几个点A 1，A 2，A 3…；把线段OA 1的长度记为l ，则OA 2=2l ， OA 3=3l ，…。由A 1、A 2、A 3向下做垂线，与抛体轨迹分别交与M 1、M 2、M 3，…

3.提出假设，若轨迹是抛物线，则y =ax 2。

4.测量，证明。 结论：平抛运动的轨迹是抛物线。 ﹙二﹚计算平抛物体的初速度

教师：根据平抛运动的轨迹如何求解平抛运动的 初速度呢？

学生思考回答，由于y =221gt 和x =v 0t 得到 y gx v 22

0 。

教师引导学生进一步思考，为了求出平抛运动的初速度v 0，需测那些量？

学生思考后回答：在轨迹上任意找一点，测出该点的纵坐标y 和横坐标x 。

三、课堂小结

本节课主要是根据平抛运动的特点，通过实验获得轨迹，通过对轨迹分析和计算，理解平抛运动物体的轨迹是抛物线，并且根据轨迹计算得出了平抛运动的初速度。

四、课堂练习

1.关于做平抛运动的物体，下列说法正确的是（ ）。

A ．物体只受重力作用，做的是a =g 的匀变速运动

B ．初速度越大，物体在空间的运动时间越长

C ．物体在运动过程中，在相等的时间间隔内水平位移相等

D ．物体在运动过程中，在相等的时间间隔内竖直位移相等

2.如图所示，物体做平抛运动时，描述物体在竖直方向上的速度v y （取向下为正）随时间变化的图像是（ ）。

3.研究平抛运动，下面哪些做法可以减小实验误差（ ）。

A ．使用密度大、体积小的钢球

B ．尽量减小钢球与斜槽间的摩擦

C ．实验时，让小球每次都从同一高度由静止开始滚下

D ．使斜槽末端的切线保持水平

4.如图所示，在研究平抛运动时，小球A 沿轨道滑下，离开轨道末端（末端水平）时撞开接触开关S ，被电磁铁吸住的小球B 同时自由下落，改变整个装置的高度H 做同样的实

A .

B ．

C ．

D .