1、第二章抛体运动第3节 科学探究：平抛运动的特点 本节是鲁科版高中物理必修二第二章第三节的内容。本节是一个重要的学生实验，既是牛顿运动定律第一次在曲线运动中的应用，也是运动的合成与分解方法的延续。本节主要采用实验探究的教学模式，逐步引导学生认识事物的本质。学生通过对实验中相关问题的探究，掌握科学认识物理规律的方法。平抛运动的知识是本节实验探究的理论基础，包括：什么是平抛运动，平抛运动的轨迹以及规律是什么。在此基础上思考平抛运动的轨迹是怎样通过实验来得到的。物理观念：知道平抛运动的条件及在实验中控制物体做平抛运动的方法，能通过实验描绘出物体做平抛运动的轨迹。科学思维：观察现象初步分析猜测实验研究得
2、出规律重复实验鉴别结论追求统一科学探究： 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“等效代换”正交分解”的思想方法。科学态度与责任：经历平抛运动规律的探究过程，体会科学探究的过程，感受发现规律的乐趣，增强团队意识，培养动手能力和语言表达能力。 【教学重点】描绘平抛运动的轨迹，测量平抛运动的初速度。【教学难点】控制平抛运动的实验条件，描绘平抛运动的轨迹。平抛运动演示仪、课件【新课导入】1.什么是平抛运动?初速度沿水平方向只受重力作用的运动2.平抛运动可以分解为哪两个分运动?水平方向上的匀速直线运动竖直方向上的自由落体运动3.平抛运动的轨迹是什么?
3、一条抛物线【新课教学】一.实验目的：1.描绘物体做平抛运动轨迹并分析其特点；2.根据平抛运动的轨迹求平抛初速度。问题探究：如何获得平抛运动的轨迹?二.实验原理如何获得小球做平抛运动的轨迹？方案一：描迹法方案二：径迹法如图所示，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，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
4、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。方案三：照相法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，每秒钟拍摄约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象的方格黑板做背景，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。由于相邻两帧照片间的时间间隔是相等的，只要测量相邻两照片上小球的水平位移，就很容易判断小球做平抛运动时在水平方向上的运动特点。主要讲解描迹法。三.实验器材：斜槽、小球、木板、白纸（可先画上坐标格）、图钉、铅垂线、直尺、三角板、铅笔等。四实验步骤：1.安装调整斜槽:用图钉
5、把坐标纸钉在竖直木板上，在木板的左上角固定斜槽，并使其末端保持水平。 讨论1:如何检验斜槽末端部分是否水平？若将小球放在斜槽末端水平轨道的任何位置，小球都不滚动，则可以认为斜槽末端水平。 2.调整木板:用悬挂在槽口的铅垂线把木板调整到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直面平行且靠近，固定好木板。讨论2:怎么判断木板面是否竖直?调节木板，使重锤的吊线与平板的边线平行、与平板面平行。3.确定坐标轴:把小球放在槽口处,用铅笔记下小球在槽口时球心在木板上的水平投影点O,O即为坐标原点（不是槽口端点）,再利用铅垂线在纸上画出通过O点的竖直线,即y轴，用三角板画出水平方向的x轴;4.确定小球释放点:选择
6、一个小球在斜槽上合适的位置由静止释放,使小球运动轨迹大致经过白纸的右下角;5.描绘运动轨迹:把笔尖放在小球可能经过的位置，如果小球运动中碰到笔尖，用铅笔在坐标纸该位置画上一点。用同样的方法，从同一位置释放小球，在小球运动路线上描下若干点,然后将这些点用平滑曲线描绘出来五.实验注意事项实验中必须保证通过斜槽末端点的切线水平，方木板必须处在竖直平面内，且与小球运动轨迹所在竖直平面平行，并使小球的运动靠近木板但不接触。小球必须每次从斜槽上同一位置由静止开始滚下，为此，可在斜槽上某一位置固定一个挡板。坐标原点（小球做平抛运动的起点）不是槽口的端点，而应是小球在槽口时球的球心在木板上的水平投影点，位于槽
7、口末端上方r处（r为小球半径）。应在斜槽上适当的位置释放小球，使它以适当的水平速度抛出，其轨迹由木板的左上角到达右下角，这样可以使实验误差较小。须在斜槽末端用重锤线检查白纸上所画y轴是否竖直。六.实验数据处理取下白纸，以O点为原点画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴，用平滑的曲线把这些位置连接起来即得小球做平抛运动的轨迹.在曲线上选取A、B、C、D、E、F六个不同的点，用刻度尺和三角板测出它们的坐标x和y。用公式xv0t和y计算出小球的初速度v0，最后计算出v0的平均值.1.如何判断平抛运动的运动特点?在平抛运动的轨迹上，纵坐标为h、4h、9h的点，它们的横坐标有什么关系？平抛运动特点：平抛运动
8、可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。2.判断平抛运动的轨迹是不是抛物线在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OA22l、OA33l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坐标间的关系应该具有yax2的形式（a是一个待定的常量）。用刻度尺测量某点的x、y坐标，代入yax2中求出常量a，于是知道了代表这个轨迹的一个可能的关系式。测量其它几个点的x、y坐标。怎样通过这些测量值来判断这条曲线是否是一条抛物线？假定由A1、A2、A3向下作垂线，垂线与抛体轨迹的交点
9、对应的纵坐标分别为h、4h、9h，则轨迹上的点满足二次函数yax2，则说明轨迹的形状是抛物线。3.计算平抛物体的初速度a.已知轨迹和抛出点本实验的要求不高，可以不考虑空气阻力的作用。这样，抛体在竖直方向只受到重力的作用，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：根据曲线上某点的纵坐标可以计算出时间t。为了得到抛体的初速度，还需要测量什么量？进行怎样的计算？做平抛运动的物体在水平方向做匀速运动，若曲线上该点的横坐标为x，则有：xv0t联立解得：b.已知轨迹和某一坐标轴,不知抛出点如图所示，在研究平抛运动的实验中，描绘得到的平抛物体的轨迹的一部分，抛出点的位置没有记录，试
10、根据图中的数据求出平抛运动的初速度。在轨迹上ABC三个点是水平间距相等的，故有：物体在AB段和BC段运动的时间必相等，则有:七.实验误差分析1.安装斜槽时，其末端切线不水平。2.建立坐标系时，以斜槽末端端口位置为坐标原点。3.计算小球的速度要在平抛轨迹上选取距O点远些的点来计算球的初速度，这样可以减小相对误差。例1.某同学在做平抛运动实验时得到了如图所示的运动轨迹，a、b、c三点的位置在运动轨迹上已标出。则：(1)小球做平抛运动的初速度为_m/s。(g取10 m/s2)(2)小球抛出点的位置坐标为：x_cm，y_cm。解析：(1)由平抛运动知在x方向上xabv0T，在竖直方向上hbchabgT2，代入数据解得T0.1 s，v02 m/s。(2)小球经过b点时竖直分速度vby1.5 m/s，小球从开始运动到经过b时历时tb0.15 s，说明小球经过a点时已经运动了时间ta0.05 s，所以小球的抛出点坐标为xv0ta10 cm；ygta21.25 cm。答案：(1)2(2)101.25例2.在研究平抛物体运动的实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长l=1.25cm，若小球在平抛运动中先后经过的几个位置如图中的a、b、c、d所示，则小球平抛的初速度的计算式为v0= （用l、g表示），其值是 m/s（g取9.8m/s2）.答案：，0.70m/s
