教科版物理必修【2】：1.3.2《实验：研究平抛运动》学案(含答案)

第2课时实验：研究平抛运动

[导学目标] 1.用实验的方法描绘出平抛运动的轨迹.2.根据平抛运动的轨迹求其初速度．

一、实验目的

1．用实验的方法描绘出平抛运动的轨迹．

2．根据轨迹研究平抛运动的特点并求初速度．

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v

＝x

g

2y，即为小球做平抛运

动的初速度．

三、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．

四、实验步骤

1．安装调平：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．如图1所示．

图1

2．建立坐标系：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．确定球位置：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．描点得轨迹：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的轨迹．

五、数据处理

1．判断平抛运动的轨迹是不是抛物线

(1)如图2所示，

图2

，在x轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3……把线段OA1的长度记为l，那么OA2＝2l、OA3＝3l……，由A1、A2、A3……向下作垂线，垂线与抛体轨迹的交点记为M1、M2、M3……如果轨迹的确是一条抛物线，M1、M2、M3……各点的y坐标与x坐标之间的关系应该具有y＝ax2的形式(a是一个待定的常量)．

用刻度尺测量某点的x、y两个坐标，代入y＝ax2中求出常量a(例如a＝0.23，可以不写单位)，于是知道了代表这个轨迹的一个可能的关系式(即y＝0.23x2)．

测量其他几个点的x、y坐标．如果各点的x、y坐标均满足同一关系式y＝ax2(在误差允许范围内)，则说明这条曲线确定是一条抛物线．

(2) 根据平抛运动轨迹求平抛物体的初速度

①在轨迹上任取一点，测出该点离原点的水平位移x及竖直位移y，就可求出初速度v0.

因x＝v0t，y＝1

2gt

2，

故v0＝x g

2y.

图3

②在轨迹上任取三点A、B、C(如图3所示)，使A、B间及B、C间的水平距离相等，由平抛运动的规律可知A、B间与B、C间所用时间相等，设为t，则

Δy＝y BC－y AB＝gt2

所以t＝y BC－y AB

g

所以初速度v0＝x

t＝x

g

y BC－y AB

六、注意事项

1．实验中必须调整斜槽末端的切线水平(检验是否水平的方法是：将小球放在斜槽末端水平部分，将其向两边各轻轻拨动一次，看其是否有明显的运动倾向)．

2．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．小球每次必须从斜槽上同一位置滚下．

4．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．小球开始滚下的位置高度要适中，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．

6．在轨迹上选取离坐标原点O较远的一些点来计算初速度．

七、误差分析

1．斜槽末端没有调水平，小球离开斜槽后不做平抛运动．

2．小球运动的位置确定不准确．

3．量取轨迹上各点坐标时不准确．

例1(1)在做“研究平抛运动”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是________．

A．游标卡尺 B．秒表

C．坐标纸D．天平

E．弹簧秤F．重垂线

(2)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滑下

B．斜槽轨道必须光滑

C．斜槽轨道末端可以不水平

D．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

E．为了比较准确地描出小球运动的轨迹，应该用一条曲线把所有的点连接起来

[即学即用]

1．在“研究平抛运动”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：

图4

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

B．按图4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________．

(3)怎样才能保证小球每次释放做平抛运动的轨迹相同呢？

例2(1)平抛物体的运动规律可以概括为两点：①水平方向做匀速直线运动；②竖直方向做自由落体运动．如图5所示为研究平抛运动的实验装置，现把两个小铁球分别吸在电磁铁C、E上，然后切断电磁铁C的电源，使一个小铁球从轨道A射出，并在射出时碰到碰撞开关S，使电磁铁E断电释放它吸着的小铁球，两铁球同时落到地面．这个实验()