1、第三节 平抛运动 第1课时 实验：探究平抛运动 实验目的 1用实验方法描出平抛运动的轨迹。2研究平抛运动竖直方向和水平方向分运动的特点。实验器材 频闪照相机、小钢球、平抛实验装置、白纸、复写纸、铅笔、刻度尺、三角板等。探究方案 1研究平抛运动在竖直方向上的特点。如图所示，用小锤击打弹性金属片后，A球沿水平方向抛出，做平抛运动；同时B球被释放，自由下落，做自由落体运动。观察两球的运动轨迹，比较它们落地时间的先后。2研究平抛运动在水平方向上的特点。应用如图所示的装置，利用描迹法得到平抛运动的轨迹，结合上述得出的平抛运动竖直分运动的特点，再分析出平抛运动在水平方向上的特点。3频闪照相法研究平抛运动的
2、特点。用频闪照相机记录下平抛物体在不同时刻的位置，如图所示。由于闪光的时间间隔是相等的，只要测量照片上相邻两小球在水平方向和竖直方向的位移随时间变化的具体数据，就可以判断平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动特点。实验步骤 方案一 分步法研究平抛运动的特点(一)研究平抛运动竖直方向分运动的特点 1.如图所示的实验装置，用小锤击打弹性金属片后，A球沿水平方向抛出，做平抛运动，同时B球被松开，自由下落，做自由落体运动，比较两球落地时间的先后。2改变小球距地面的高度和小锤击打的力度，从而改变小球下落时间和A球平抛的初速度，比较两球落地时间的先后。3结论：两球总是同时落地，说明平抛运动在竖直方向的分运动
3、是自由落体运动。(二)研究平抛运动水平方向分运动的特点 1调整安装有斜槽的实验装置，使平板竖直，斜槽M的末端水平。2在白纸上记录下钢球平抛的起点O，作为坐标原点，记录下重垂线的方向。3让钢球在斜槽某高度由静止滚下，钢球平抛后，落在倾斜挡板N上后，挤压复写纸，在白纸上留下印迹。4上下调节挡板N，通过多次实验，在白纸上记录钢球所经过的多个位置。5取下白纸，用平滑的曲线把各印迹连接起来，就得到钢球做平抛运动的轨迹。方案二 频闪照相法研究平抛运动的特点 1安装斜槽轨道，使其末端保持水平。2将小球从斜槽上适当位置由静止释放，用频闪照相机记录下小球在不同时刻的位置，如图甲所示。3选频闪照片的第一小球球心为
4、原点建立平面直角坐标系，测量出每个小球(或每3个取1个球)的球心相对应的x轴坐标和y轴坐标，如图乙所示。4根据频闪照相的特点，若频闪周期为T，每相邻两球的时间间隔相等，都是T，则图中OA、AB、BC的时间间隔就是3T。将所测的数据填入表格，分析小球水平方向分运动和竖直方向分运动的特点。项目 O A B C x轴坐标 0 x1 x2 x3 y轴坐标 0 y1 y2 y3 数据处理 1过记录的平抛起点作平行于重垂线方向的直线作为y轴，过平抛起点作y轴的垂线作为x轴，建立平面直角坐标系。2因沿y轴方向小球做自由落体运动。在平抛运动轨迹的竖直坐标轴y轴上，从原点O开始向下取一个坐标值为h的点，再找到坐
5、标值为4h、9h、的点，则在y轴上，相邻两点的时间间隔是相等的。3过这些点作水平线与轨迹分别交于A、B、C、点，则这些点就是每经过相等时间小球所到达的位置。4测量O点到A、B、C、各点的水平距离，如果在误差允许的范围内，OAL，OB2L，OC3L，则说明小球沿水平方向做匀速直线运动。误差分析 1斜槽末端没有调整至水平，小球离开斜槽后不做平抛运动。2小球平抛的起点记录有误。3小球运动轨迹连接不准确。4间隔测量不准确。注意事项 1斜槽调整：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平板固定：平板必须处于竖直平面内，固定时要用重垂线
6、检查平板是否竖直。3小球释放：(1)小球每次必须从斜槽上同一位置自由滚下。(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白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。(一)实验原理与操作 典例1 在利用斜槽轨道做“探究平抛运动的特点”的实验时，让钢球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出钢球做平抛运动的轨迹。(1)除了木板、钢球、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弹簧测力计F重垂线(2)实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末端切线_。每次让钢球从同一位置由静止释放，是为了每
7、次平抛_相同。(3)为了能较准确地描绘运动轨迹，下面列出了一些操作要求，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上_。A钢球运动时不能与背板上的白纸(或方格纸)相接触 B用直尺将记录的点连成折线 C用平滑的曲线将记录的点连接起来 D记录钢球位置用的挡板每次必须严格地等距离下降 解析：(1)实验中需要在坐标纸上记录小球的位置，描绘钢球的运动轨迹，需要利用重垂线确定坐标轴的y轴，故C、F是需要的。(2)只有斜槽的末端保持切线水平，钢球才具有水平初速度，其运动才是平抛运动；每次从同一位置由静止释放钢球，是为了使钢球具有相同的初速度。(3)如果钢球在运动过程中与背板上的白纸相接触就会改变它的运动轨迹，使其
8、不是平抛运动，故A正确；将描出的点用平滑的曲线连接起来，故B错误，C正确；应用描点法得到平抛运动的轨迹时，挡板下降的距离可以不是等间距的，故D错误。答案：(1)CF(2)水平 初速度(3)AC 微点拨 实验操作的三点提醒(1)保证斜槽轨道末端切线水平。(2)保证钢球每次从同一位置由静止释放。(3)实验过程中背板上的白纸不能移动，且钢球在运动过程中与背板上的白纸不能接触。对点训练 1用如图所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出，落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板
9、，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。(1)下列实验条件必须满足的有_。A斜槽轨道光滑 B斜槽轨道末端水平 C挡板高度等间距变化 D每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球(2)为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢球的_(选填“最上端”“最下端”或者“球心”)对应白纸上的位置即为原点；在确定y轴时_(选填“需要”或者“不需要”)y轴与重垂线平行。(3)为了得到平抛物体的运动轨迹，同学们还提出了以下三种方案，其中可行的是_。A从细管水平喷出稳定的细水柱，拍摄照片，即可得到平抛运动轨迹 B用频闪照相在同一底片上记录
10、平抛小球在不同时刻的位置，平滑连接各位置，即可得到平抛运动轨迹 C将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，铅笔以一定初速度水平抛出，将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹 解析：(1)实验中没必要要求斜槽轨道光滑，因为本实验是研究平抛运动，只需要每次实验都能保证小球做相同的平抛运动，即每次实验都要保证小球初速度水平且相同，因此选项A错误，选项B、D正确。挡板高度可以不等间距变化，故选项C错误。(2)因为钢球侧面在白纸上挤压出的痕迹点与球心等高，故将钢球静置于Q点，钢球的球心对应白纸上的位置即为坐标原点(平抛运动的起始点)；在确定y轴时需要y轴与重垂线平行。(3)将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，
11、笔尖紧靠白纸板，铅笔以一定初速度水平抛出，由于铅笔笔尖与笔尾受力不同，铅笔将不能保持始终垂直于竖直的白纸板运动，而发生倾斜，所以不会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹，故C错误。故选A、B。答案：(1)BD(2)球心 需要(3)AB(二)数据处理和误差分析 典例2 在做“探究平抛物体的特点”的实验时：(1)钢球抛出点的位置必须及时记录在白纸上，然后从这一点画水平线和竖直线作为x轴和y轴，竖直线是用_这一器材来确定的。(2)某同学通过实验 得到的轨 迹如图甲 所示，由 轨迹可知，竖直距 离yOAyAByBC_，对应时间tOAtABtBC_，这表明竖直方向是初速度为_的_运动。(3)该同学在轨迹上选取
12、间距较大的几个点，测出其坐标，并在直角坐标系内绘出了yx2图像，如图乙所示，此平抛物体的初速度v00.49 m/s，则竖直方向的加速度g_m/s2。(结果保留3位有效数字)解析：(1)竖直方向用重垂线确定，因为小球在竖直方向所受的重力是竖直向下的。(2)由轨迹可知，竖直距离yOAyAByBC135；由于水平距离xOAxABxBC，则tOAtABtBC，所以tOAtABtBC111；在连续相等的时间内，竖直方向的位移之比为135，表明竖直方向是初速度为零的匀加速运动，O点就是抛出点。微点拨 数据处理的三点提醒(1)钢球抛出点的位置必须记录准确，并且将该位置作为坐标原点。(2)竖直线(y轴方向)要
13、用重垂线来确定。(3)选取研究的点时保证各点的水平距离相等。(3)由于竖直方向有 y12gt2，水平方向有 xv0t，则平抛运动的轨迹方程为y g2v02x2，则斜率 g2v02 0.80.0420，解得 g9.60 m/s2。答案：(1)重垂线(2)135 111 零 匀加速(3)9.60对点训练 2.某同学采用频闪照相机拍摄到如图所示的小球做平抛运动的照片，图中背景方格的边长为L5 cm，A、B、C是摄下的三个小球位置，如果取g10 m/s2，那么：(1)照相机拍摄时每_s曝光一次。(2)小球做平抛运动的初速度的大小为_m/s。解析：(1)由ygT2，y2L0.1 m，可得T0.1 s。(
14、2)由xv0T，x3L0.15 m，可得v01.5 m/s。答案：(1)0.1(2)1.5创新点(一)实验原理、实验器材的创新 1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钢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h0.420 m不变。改变钢球在斜槽导轨上下滑的起始位置，测出钢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，钢球水平位移d与其初速度v0成_关系，与_无关。v0/(ms1)0.741 1.034 1.318 1.584 t/ms 292.7 2
15、93.0 292.8 292.9 d/cm 21.7 30.3 38.6 46.4(2)一位同学计算出钢球飞行时间的理论值 t理2hg 20.42010s289.8 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37 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，钢球的水平位移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
16、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)钢球直径过大、钢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。答案：(1)正比 飞行时间t(2)计算时重力加速度取值(10 m/s2)大于实际值(3)见解析 微点拨 本题的创新点：(1)原理创新：本实验探究了高度一定时，平抛运动的水平位移与初速度的关系。(2)器材创新：本实验应用光电门传感器和碰撞传感器的组合测量钢球的水平初速度和飞行时间；应用底板上的标尺测量平抛运动的水平位移。创新点(二)实验器材、数据处理的创新 2频闪摄影是研究变速运动常用的实验手段。在暗室中，照相机的快门处于常开状态，
17、频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光，照亮运动的物体，于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置。某物理小组利用如图甲所示装置探究平抛运动规律。他们分别在该装置正上方A处和右侧正前方B处安装了频闪仪器并进行了拍摄，得到的频闪照片如图乙所示，O为抛出点，P为运动轨迹上某点。根据平抛运动规律分析下列问题。(1)图乙中，频闪仪器A所拍摄的频闪照片为_选填“(a)”或“(b)”。(2)乙图中频闪照片(b)可以说明_ _。解析：(1)小球做平抛运动时，在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动，故频闪仪器A所拍摄的频闪照片为(b)。(2)乙图中频闪照片(b)可以说明小球在水平方向上的分运动为匀速直线运动。答案：(1)(b)(2)见解析 微点拨 本题的创新点：(1)器材创新：正上方的频闪仪器A拍摄小球在水平方向的运动，右侧正前方的频闪仪器B拍摄小球竖直方向的运动。(2)数据处理的创新：应用频闪照片分别分析小球在水平方向、竖直方向的运动特点。
