《實驗：研究平拋運動》教案

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1、5.4實驗：研究平拋運動 【教學(xué)目標(biāo)】 知識與技能 1 .掌握平拋運動在豎直方向的運動特點。 2 .掌握平拋運動在水平方向的運動特點. 過程與方法 探究過程，體會平拋運動在豎直和水平方向的運動規(guī)律。 情感態(tài)度與價值觀 設(shè)計平拋運動的軌跡，體會實驗的步驟和艱辛。 【教學(xué)重點】 平拋運動在豎直和水平方向的運動規(guī)律。 教教學(xué)難點】 描繪平拋運動的軌跡。 【教學(xué)過程】 引入新課 復(fù)習(xí)舊知 1.平拋運動是水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動的合運動。 2.平拋運動的規(guī)律 我么今天就用實驗的方法研究平拋運動。 新課講解 一、探究平拋運動

2、物體在豎直方向的運動規(guī)律 ①猜測平拋運動的軌跡是一條曲線，且沿這條曲線越往下，曲線的切線方向越趨近 于豎直方向，物體的速度方向也越來越趨近于豎直方向，如圖所示，圖中02<0io由機械能 守恒定律可知V2>Vi,由運動的分解不難得知，物體經(jīng)過A、B兩位置時豎直方向的分速度大小關(guān)系為v >Viyo 所以，物體在豎直方向的初速度為零且做加速運動，結(jié)合物體豎直方向只受重力作用這一因素，我們 不難?做出這樣的猜測：平拋運動物體在豎直方向的分運動是自由落體運動。 ②實驗按圖所示操作實驗，如果小球A確實 如猜想的那樣豎直方向做自由落體運動，那么A、B兩小球在空中運動的時間應(yīng)該相等，同時

3、下落，同時著地。仔細觀察（不僅用眼看，更要用耳仔細聽）可以得知，不管小球距地面的 高度為多大，也不管小錘擊打金屬片的力度多大（小錘擊打金屬片的力度越大，A小球水平拋 出的初速度越大），兩小球每次都是同時落地。 ③結(jié)論上述實驗中，兩小球每次都是同時落地，這說明兩小球在空中運動的時間相 等，也就說明了平拋運動物體在豎直方向的分運動是自由落體運動。 二.探究平拋運動物體在水平方向的運動規(guī)律 ①思路要想知道平拋運動物體在水平方向上運動的特點，關(guān)鍵在于找到物體的水平位移隨時間變化的規(guī)律。因此，我們可測量幾段相等時間間隔內(nèi)物體在水平方向上的位移，找出其特點，看看這些位移是否相等。 ②實驗設(shè)法

4、通過實驗得到平拋運動的軌跡；在平拋運動的軌跡上找到每隔相等時間物 體所到達的位置；測量兩相鄰位置間的水平位移，分析這些位移的特點。 那么，如何通過實驗得到平拋運動的軌跡呢？教材提出了三個參考案例： 案例一：利用水平噴出的細水柱顯示平拋運動軌跡； 案例二：利用斜面小槽等裝置記錄平拋運動軌跡； 案例三：利用數(shù)碼照相機或數(shù)碼攝像機記錄平拋運動軌跡。 怎樣才能找到軌跡上每隔相等時間平拋物體所到達的位置呢？有同學(xué)可能會提出選用秒表以便測時間，這是不對的，因為平拋運動時用秒表測時間很難準(zhǔn)確操作，這會帶來較大誤 差。 通過前面的實驗探究我們已經(jīng)知道，平拋運動在豎直方向 上的分運動是自由落體

5、運動，而自由落體運動下落的高度h是與運動時間t的二次方成正比的，即 1 2h=2gt。 因此，圖中在豎直坐標(biāo)軸y上，從原點開始向下任取一個 坐標(biāo)為h的點，再找到坐標(biāo)為4h、9h、16h……的點。在物體運動過程中，縱坐標(biāo)從其中一個位置運動到下一個位置所用的時間都是相等的。過這,些點做水平線與軌跡相交，交點就是每 經(jīng)相等時間物體所到達的位置。在誤差允許范圍內(nèi)，實驗測得它們對應(yīng)的橫坐標(biāo)可表示為1、 21、31……，可見在相等的時間間隔內(nèi)物體在水平方向的位移相等。 ③結(jié)論在相等的時間間隔內(nèi)物體在水平方向」的位移相等，這說明平拋運動在水平方 向做勻速直線運動. 三、描繪平拋運動的軌跡

6、為記錄平拋運動軌跡，實驗室中較常用的方法是教材介紹 參考案例2: 利用實驗室的斜面小槽等器材裝配圖所示的裝置。鋼球從斜槽上同一位置滾下，鋼球在空中做平拋運動的軌跡就是一定的。設(shè)法用鉛筆描出小球經(jīng)過的位置。通過多次實驗，在豎直白紙上記錄鋼球所經(jīng)過的多個位置，連起來就得到鋼球做平拋運動的軌跡。 該實驗所需器材包括：附帶金屬小球的斜槽，木板及豎直固定支架，白紙，圖釘，刻度尺，三角板，重錘，鉛筆等。 實驗步驟如下： ① 安裝調(diào)整斜槽用圖釘把白紙釘在豎直板上，在木板的左上角固定斜槽，可用平衡 法調(diào)整斜槽，即將小球輕放在斜槽平直部分的軌道上，如小球能在任意位置靜止，就表明水平程度已調(diào)好。 ②

7、 調(diào)整木板用懸掛在槽口的重錘線把木板調(diào)整到豎直方向，并使木板平面與小球下落的豎直面平行，然后把重錘線方向記錄到釘在木板上的白紙上，固定木板，使在重復(fù)實驗的過程中，木板與斜槽的相對位置保持不變。 ③ 確定坐標(biāo)原點把小球放在槽口處，用鉛筆記下小球在槽口時球心在木板上的水平 投影點QO即為坐標(biāo)原點。 ④ 描繪運動軌跡用鉛筆的筆尖輕輕地靠在木板的平面上，不斷調(diào)整筆尖的位置，使 從斜槽上滾下的小球正好碰到筆尖，然后就用鉛筆在該處白紙上點上一個黑點，這就記下了小球球心所對應(yīng)的位置。保證小球每次從槽上開始滾下的位置都相同，用同樣的方法可找出小球平拋軌跡上的一系列位置。取下白紙，用平滑的曲線把這些位置

8、連接起來即得小球做平拋運動的軌跡。 上述實驗步驟中我們必須注意以下事項： ⑤ 實驗中必須保證通過斜槽末端點的切線水平，方木板必須處在豎直平面內(nèi)，且與小球運動軌跡所在豎直平面平行，并使小球的運動靠近木板但不接觸。 ⑥ 小球必須每次從斜槽上同一位置由靜止開始滾下，為此，可在斜槽上某一位置固定一個擋板。 ⑦ 坐標(biāo)原點（小球做平拋運動的起點）不是槽口的端點，而應(yīng)是小球在槽口時球的球心在木板上的水平投影點，位于槽，口末端上方「處（r為小球半徑）。 ⑧ 應(yīng)在斜槽上適當(dāng)?shù)奈恢冕尫判∏?，使它以適當(dāng)?shù)乃剿俣葤伋?，其軌跡由木板的左上角到達右下角，這樣可以使實驗誤差較小。 ⑤須在斜槽末端用重錘線檢查白

9、紙上所畫y軸是否豎直。 分運動是勻速直線運動。 【課堂訓(xùn)練】 例1在“探究平拋運動的運動規(guī)律”的實驗中，可以描繪出小球平拋運動的軌跡，實驗簡要步驟如下： A.讓小球多次從位置上滾下，記下小球碰到鉛筆筆尖的一系列位置。 ⑨ .按圖安裝好器材，注意，記下平拋初位置O點和過O點的豎直線。 C.取下白紙，以O(shè)為原點，以豎直線為y軸建立坐標(biāo)系，用平滑曲線畫平拋運動物體的 軌跡。 ⑴完成上述步驟，將正確的答案填在橫線上。 ⑵上述實驗步驟的合理順序是。 提示回顧該實驗的操作步驟及注意事項，對照分析即得。 解析⑴A中為了保證小球每次平拋初速度相同，軌跡重合，應(yīng)讓小球從同一位置滾下。

10、B中為了保證小球做平拋運動，要注意斜槽末端切線水平。 ⑵上述實驗步驟的合理順序是B、A、G 小結(jié)為研究平拋運動規(guī)律，就需先得到平拋運動的軌跡，實驗時應(yīng)注意以下問題：-是保證小球每次平拋初速度相同；二是保證小球初速度分向水平。當(dāng)然，還需要力求準(zhǔn)確地記下小球經(jīng)過的一系列位置。 例2如圖所示是研究平拋運動的實驗裝置簡圖，圖是實驗后白 紙上的軌跡圖。 ⑴說明圖中的兩條坐標(biāo)軸是如何作出的。 ⑵說明判斷槽口的切線是否水平的方法。 ⑶實驗過程中需要經(jīng)多次釋放小球才能描繪出小球運動的軌 跡，進行這一步驟時應(yīng)注意什么？ 提示回顧該實驗的操作步驟及注意事項，對照分析即得。 解析⑴利用拴在槽口處

11、白^重錘線畫出y軸，x軸與y軸垂直。 ⑵將小球放在槽口的水平部分，小球既不向里滾動，也不向外滾 動，說明槽口的末端是水平的。 ⑶應(yīng)注意每次小球都從軌道上同一位置由靜止釋放。 小結(jié)正確畫出坐標(biāo)軸是研究平拋運動特點的必要準(zhǔn)備，關(guān)鍵在于利用重垂線畫出y軸和確定坐標(biāo)原點的位置。 例3如圖所示，在研究平拋運動時，小球A沿軌道滑下，離開軌道末端（末端水平）時撞開接觸開關(guān)S,被電磁鐵吸住的小球B同時自由下落，改變整個裝置的高度H做同樣的實驗, 發(fā)現(xiàn)位于同一高度的AB兩個小球總是同時落地，該實驗現(xiàn)象說明了 A.水平方向的分運動是勻速直線運動 B.水平方向的分運動是勻加速直線運動 C.豎直方向

12、的分運動是自由落體運動 D.豎直方向的分運動是勻速直線運動 提示比較AB兩球在豎直方向的運動規(guī)律。 解析A球平拋的同時B球自由下落，且兩球在同一高度上，又 兩球總是同時落地，這只能說明A球在拋出后豎直方向的分運動是自由落體運動，但并不能 說明A球的水平分運動是勻速直線運動。正確選項為 C。  小結(jié)解題時千萬不可憑主觀想象來判斷。由題意我們可以知道平拋運動物體在豎直方向的分運動是自由落體運動，但本題中沒有任何證據(jù)表明其水平方向的運動特點，雖然就結(jié)論 B A A 本身而言選項A是正確的。 例4如圖所示為頻閃攝影方法拍攝的研究物體做平拋運動規(guī)律的照片，圖中ABC為三個同時由同

13、一點出發(fā)的小球。AA為 A球在光滑水平面上以速度v運動的軌跡；BB為B球以速度v被水平拋出后的運動軌跡；CC為C球自由下落的運動軌跡。通過分析上述三條軌跡可得出結(jié)論： 提示比較ABC三球的運動規(guī)律。 解析仔細觀察照片可以發(fā)現(xiàn)，BC兩球在任一曝光瞬間的位 置總在同一水平線上，說明平拋運動物體B在豎直方向上的運動特點與自由落體運動相同； 而A、B兩小球在任一曝光瞬間的位置總在同一豎直線上，說明平拋運動物體B在水平方向上 的運動特點與勻速直線運動相同。所以，做平拋運動的物體在水平方向做勻速直線運動，在豎直方向做自由落體運動。 小結(jié)本例提供了探究平拋運動的特點的另一方法，簡明且較準(zhǔn)確，但

14、需要一定的設(shè)備,如有條件，不妨一試。 例5在“研究平拋物體的運動”的實驗中，某同學(xué)只 在豎直板面上記下了重錘線y的方向，但忘記了平拋的初位置，在坐標(biāo)紙上描出了一段曲線的軌跡，如圖所示。現(xiàn)在曲線上取AB兩點，量出它們到y(tǒng)軸的距離，AA=xi,BB=X2,以及AB的豎直距離h,用這些可以求出求得小球平拋時的初速度為多大？ 提示根據(jù)平拋運動的兩個分運動的規(guī)律，列方程求解。 解析設(shè)小球到達A點時，運動時間為ti,豎直方向的位移為yi；到達B點時，運動時間為t2,豎直方向的位移為y2o根據(jù)平拋運動的規(guī)律有 1312 xi~~Ji=~~乃 豎直方向的分運動 其中y2—yi=h,所以“攝窟一

15、心 小結(jié)平拋運動水平方向的分運動為勻速直線運動， 為自由落體運動。有此列出方程求解，即可求得其初速度。 例6在研究平拋運動的實驗中，用一張印有小方格的紙記錄軌跡，小方格的邊長L= 1.25cm,若小球在平拋運動途中的幾個位置如圖，中a、b、c、d所示，則小球平拋的初速度為 vo=.（用L、g表示）,其值是。（g取9.8m/s2） 提示因為平拋運動的豎直分運動是自由落體運動，即初速度為零的勻加速直線運動，水平分運動是勻速直線運動，由運動學(xué)規(guī)律即可求解平拋運動物體的初速度。 解析由水平方向上ab=bc=cd可知，相鄰兩點的時間間隔相等，設(shè)為「豎直方向相 鄰兩點間距之差相等，As=L

16、,則由As=aT2, 時間T內(nèi)，水平方向位移為s=2L,所以 v0=T=2VLgm令友070m耐菰森 小結(jié)充分利用平拋運動的軌跡及其特點是本題求解的關(guān)鍵。 【課堂小結(jié)】 1 .平拋運動物體在豎直方向的分運動是自由落體運動。 2 .平拋運動在水平方向做勻速直線運動. 3 .平拋運動的軌跡是拋物線的一支。 【板書設(shè)計】 1 .平拋運動物體在豎直方向的分運動是自由落體運動。 2 .平拋運動在水平方向做勻速直線運動. 3 .平拋運動的軌跡是拋物線的一支。 4 .平拋運動是水平方向的自由落體運動和豎直方向的勻速直線運動的合運動。 5 .平拋運動的規(guī)律是Qx1, y--ar I2