《探究平抛运动特点实验》教案

第五章抛体运动
第3节实验：探究平抛运动的特点
【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．
【实验原理】
1.利用追踪法逐点描出小球运动的轨迹。

2.建立坐标系，如果轨迹上各点的y坐标与x坐标间的关系具有y=ax2的形式（a是一个常量）,则轨迹是一条抛物线。

3.测出轨迹上某点的坐标x，y，根据x=v0t,y=1
2
gt2
得初速度v0=x√g 2y
【必备知识】
知识点一、平抛运动
运动独立性原理（分运动和合运动之间具有独立性、等时性、矢量性、同体性）；
平抛运动看成是作水平方向的匀速直线运动和自由落体运动的合运动。

知识点二、实验：探究平抛运动的特点
【实验器材】平抛运动实验器（含小球）、白纸（坐标纸）、夹子、刻度尺、三角板、铅笔等。

描述平抛运动的轨迹
【实验过程】
（1）安装调整：
1.把仪器放在平整的桌面上，调节底座上三个调平螺钉，使重锤的尖端对准下方准尖，此时图板处于竖直平面。

2.调节图板后面左上角的螺钉，使斜槽轨道的平直段处于水平，把钢球放在平直段上处于随遇平衡状态。

（2）确定小球位置：
①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，掉落到水平挡板上，挤压复
写纸而在白纸上留下痕迹，即是坐标点．
②向下移动水平挡板，使其下落适当距离，让小球由同一位置自由滚下，记下小球在白纸上打下的又一痕迹．
③用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置．
（3）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轨迹．
（4）建坐标系：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，利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．
知识点三、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)．
代数计算法：将各点(如M2点)的坐标(x,y)代入y=ax2求出常数a,看计算得到的a值在误差允许的范围内是否是一个常数，如果是同一常数，则说明所描绘得出的曲线为抛物线．将数据输入下列表格：
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＝1
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．
2
1．安装斜槽时，其末端切线不水平，导致小球离开斜槽后不做平抛运动．
2．建立坐标系时，坐标原点的位置确定不准确，导致轨迹上各点的坐标不准确．
3．小球每次自由滚下时起始位置不完全相同，导致轨迹出现误差．
4．确定小球运动的位置时不准确，会导致误差．
5．量取轨迹上各点坐标时不准确，会导致误差．
知识点五、注意事项
1.斜槽末端的切线必须水平。

2.方木板必须处在竖直平面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，并使小球的运动靠近图板但不接触。

3．小球释放
(1)小球每次必须从斜槽上同一位置由静止滚下．
(2)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．
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．
【实验结论】
1.描出小球平抛运动的轨迹。

2.平抛运动的轨迹是一条抛物线。

3.计算小球初速度，约0.71m/s
【课堂检测】
1．如下图所示，两倾斜轨道完全相同，放在同一竖直面内，末端水平且上下对齐，A球和B球从两轨道的相同位置同时由静止释放，A球过轨道末端后水平抛出，B球过轨道末端后沿水平地面前进，A球落地瞬间与B球发生碰撞，不计两球运动过程中的阻力。

该实验现象说明了（）
A．A、B两球的运动是完全相同的B．A球在空中做平抛运动
C．A球在空中时水平分运动是匀速直线运动D．A球在空中时竖直分运动是自由落体运动【答案】C
【详解】
两个完全相同的小钢球A、B，从两轨道的相同位置同时由静止释放，A球过轨道末端后水平抛出，水平做的是匀速直线运动，B球过轨道末端后沿水平地面匀速前进，A球落地瞬
间与B球发生碰撞，这说明平抛运动在水平方向上做匀速直线运动。

故选C。

2．如图所示，在探究平抛运动规律的实验中用小锤打击弹性金属片，金属片把P球沿水平方向抛出，同时Q球被松开而自由下落，P、Q两球同时开始运动，则（）
A．P球先落地
B．两球同时落地
C．两球落地先后由小锤打击力的大小而定
D．实验现象说明了平抛运动在水平方向的运动规律
【答案】B
【详解】
根据装置图可知，两球由相同高度同时运动，P做平抛运动，可以分解为水平方向的匀速直线运动与竖直方向的自由落体运动，Q做自由落体运动，因此将同时落地，由于两球同时落地，因此说明P、Q在竖直方向运动规律是相同的，故根据实验结果可知，平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动。

故选B。

【素养作业】
1．在“探究平抛运动的特点”实验中，两个实验小组选用不同的仪器进行实验。

（1）第一组采用了图甲所示的装置，实验操作是：在小球A、B处于同一高度时，用小锤轻击弹性金属片，使A球水平飞出，同时B球被松开。

①他观察到的现象是：小球A、B_____________（填“同时”或“不同时”）落地；
②让A、B球恢复初始状态，高度不变，用较大的力敲击弹性金属片。

则_____；
A．小球A的运动时间变长
B．小球A的运动时间不变
C．小球A、B不同时落地
D．小球A、B仍同时落地
③以下说法正确的是___________；
A．实验说明小球A在水平方向的运动特点
B．实验说明小球A在水平方向做匀速直线运动
C．实验说明小球A与B在竖直方向运动特点相同
D．实验说明小球A在竖直方向做自由落体运动
（2）第二组采用了图乙所示的装置，实验操作是：让小球多次沿同一轨道运动，描绘出小球平抛运动的轨迹。

①下列操作正确的是_______________。

A．必须调整斜槽，使其末端水平
B ．小球运动时挡板及白纸应保持竖直
C ．每次必须从斜槽上同一位置由静止释放小球
D ．小球在运动过程中与白纸间有摩擦不影响实验结论
②描出小球平抛运动的轨迹如图所示，O 为抛出点，A 、B 为轨迹上的两点，OA 、AB 竖直方向高度分别为1y 、2y ，按照自由落体规律，若12:y y =______________，则OA 、AB 段时间间隔相等；在误差允许的范围内，若12:x x =_______________，则说明小球在水平方向上的分运动是匀速直线运动。

【详解】
（1）[1]他观察到的现象是：小球A 、B 同时落地；
[2]让A 、B 球恢复初始状态，用较大的力敲击弹性金属片，A 球平抛运动的初速度增大，根据①可知，平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动，而自由落体运动的时间由下落的高度决定，可知，A 球在空中运动的时间将不变，A 、B 也同时落地； 故选BD ；
[3]上述现象说明：平抛运动的时间与初速度大小无关，且可以证明平抛运动在竖直方向上做自由落体运动； 故选CD ；
（2）[4]A ．调整轨道，使其末端切线水平，才能确保小球做平抛运动，故A 正确； BD ．做平抛运动的物体在同一竖直面内运动，固定白纸的木板必须调节成竖直，小球运动时不应与木板上的白纸相接触，以免有阻力的影响，故B 正确，D 错误；
C ．为要画同一运动的轨迹，必须每次释放小球的位置相同，且由静止释放，以保证获得相同的初速度，故C 正确。

故选ABC ；
[5]将平抛运动分解成水平方向匀速直线运动，竖直方向自由落体运动，因O 为抛出点，则在竖直方向，初速度为0的匀加速直线运动，因OA 、AB 段时间间隔相等，设时间为t ，则有
2112
y gt =
、2121
(2)2y y g t +=
则有
y 1：y 2=1：3
[6]因OA 、AB 段时间间隔相等，若
12:x x =1：1
则说明小球在水平方向上的分运动是匀速直线运动。

2．(1)在做“研究平抛物体的运动”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 ．弹簧测力计 D ．天平 E.坐标纸 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 ．要使描出的轨迹更好地反映小球的真实运动，记录的点应适当多一些
C ．斜槽轨道末端可以不水平
D ．斜槽轨道必须光滑
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
(3)甲、乙、丙、丁四位同学在做这个实验时，建立的坐标系分别如图A 、B 、C 、D 所示，这四位同学中坐标原点选择正确的是____________（填图序号）。

A ．
B ．
C ．
D．
【详解】
(1)[1]在做“研究平抛物体的运动”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外，还需要重垂线，确保木板竖直放置；另外还需坐标纸，用于记录小球的位置，故E、F正确，
A、B、C、D错误。

(2)[2]让小球总是从同一位置自由释放，这样才能找到同一运动轨迹上的几个点，然后将这几个点平滑连接起来，误差较大的点应舍去，而不是把所有的点连接起来，故A正确，E 错误；
要使描出的轨迹更好地反映小球的真实运动，记录的点应适当多一些，故B正确；
为了能画出小球平抛运动的轨迹，要保证小球做的是平抛运动，所以斜槽轨道不一定要光滑，但末端必须是水平的，故C、D错误。

(3)[3]建立坐标系时，应将小球在斜槽末端时，球心在竖直面上的投影作为坐标原点，故C 正确，A、B、D错误。