2019版高中物理 第一章 拋體運動 第3節(jié) 平拋運動 2 實驗：研究平拋運動學案 教科版必修2一、考點突破：考點考綱要求備注實驗：研究平拋運動 （1）會用描跡法描出平拋物體的運動軌跡；（2）會求出平拋物體的初速度平拋運動是高中階段重要的勻變速曲線運動，主要從研究方法角度進行考查，同時有意強調(diào)化曲為直、化繁為簡的物理思想二、重難點提示： 重點：根據(jù)得到的軌跡求初速度。難點：準確描繪平拋的運動軌跡。1. 實驗?zāi)康摹⒃恚?）實驗?zāi)康模篴. 用描跡法描出平拋物體的運動軌跡；b. 求出平拋物體的初速度。（2）實驗原理：a. 平拋運動可以看作是由兩個分運動合成的運動，一個是在水平方向上的勻速直線運動，另一個是在豎直方向上的自由落體運動；b. 在水平分運動中，運用xvt分析問題；在豎直分運動中，運用ygt2或ygT2分析問題。2. 實驗器材斜槽（附擋球板和鉛垂線）、水準儀、小鋼球、木板、豎直固定支架、刻度尺、三角板、白紙、圖釘、定點用的有孔卡片、重垂線、鉛筆等。說明：定點用的有孔卡片的制作要求如圖所示，在方形硬紙上沿中間實線挖出一個孔，孔寬（A）應(yīng)稍大于鋼球直徑，孔長（B）一般大于鋼球直徑。3. 實驗步驟及安裝調(diào)整（1）描述平拋物體運動的軌跡：a. 將斜槽放在桌面上，讓其末端伸出桌面邊緣外，借助水準儀調(diào)節(jié)末端，使槽末端切線水平，隨之將其固定，如圖所示。說明：如果沒有水準儀，則可將鋼球放于槽的末端，調(diào)節(jié)斜槽后，輕輕撥動鋼球，若鋼球能在任何位置平衡，說明達到要求；b. 用圖釘將白紙釘在木板上，讓木板左上方靠近槽口處桌面邊緣，用支架將木板豎直固定，使小球滾下飛出槽口后的軌跡平面跟板面平行；c. 將小球飛離斜槽末端時的球心位置水平投影到白紙上，描為O點，并沿重垂線用直尺描出豎直方向；d. 選擇鋼球從槽上滾下的合適初位置Q，在Q點放上擋球板；e. 將小球從斜槽上釋放，用中心有孔的卡片靠在紙面上并沿紙面移動，當飛行的小球順利地穿過卡片上小孔時，在小孔靠近紙面所在處做上記號；重復(fù)該步驟，描下至少5個不同位置的對應(yīng)點；f. 把白紙從木板上取下來，將前面描的一系列點用平滑的曲線連接起來，即為小球做平拋運動的軌跡。（2）求小球平拋的初速度：a. 以O(shè)為坐標原點，用三角板在白紙上建立xOy坐標系；b. 在軌跡線上選取點M，并測出它的坐標值（x，y），代入公式計算水平初速度；c. 在曲線上選取不同點，重復(fù)步驟b，測量、計算水平初速度，最后求出其平均值，即為小球平拋初速度的測量值。4. 注意事項（1）在調(diào)整安裝時，應(yīng)保證斜槽末端切線水平，確保鋼球飛出后做平拋運動；應(yīng)使木板（包括白紙）靠近槽口、豎直且與小球運動軌跡所在平面平行，確保運動小球靠近木板，但不接觸木板。（2）在實驗中應(yīng)使用斜槽擋球板，保證小球每次均從同一位置無初速釋放。說明：斜槽擋球板的位置應(yīng)恰當，以便使小球的運動軌跡由木板左上角到右下角。（3）在取下白紙前，應(yīng)在白紙上記下小球飛離槽口時球心位置O（鋼球球心在圖板上的水平投影點，而不是斜槽末端點的投影），如圖所示，確定坐標軸原點，并用重垂線過O 作豎直線，以準確確定坐標系的y軸。（4）在軌跡曲線上選點時，應(yīng)選離坐標原點稍遠的點用以測量計算，這樣可減小誤差。例題1 在“研究平拋物體運動”實驗中，某同學在建立直角坐標系時，有一處失誤，設(shè)他在安裝實驗裝置和進行其余的操作時準確無誤。（1）觀察下圖，可知，他的失誤之處是_；（2）他根據(jù)記錄建立坐標系，運用教材實驗原理測得的平拋初速度值與其真實值相比_。（選填“偏大”、“相等”或“偏小”） 思路分析：（1）坐標系原點應(yīng)建在正飛離斜槽槽口的小球重心處，即在槽口正上方r（r為小球半徑）處，而該同學卻錯誤地將坐標原點取在槽口處；（2）如圖所示，正確的坐標系橫軸應(yīng)建立在處，原點應(yīng)在處，在軌跡上取點P，其坐標真實值為（），測量值為（x，y），其中>y，x，而，所以得。當套用課本實驗原理而又取錯坐標原點時，該同學得到的測量值偏大。答案：（1）將坐標原點取在槽口處 （2）偏大技巧點撥：無論坐標原點是取在飛離槽口的球心處，還是取在槽口處，只要認清平拋運動在水平方向、豎直方向運動性質(zhì)，就可這樣處理：如圖所示，在豎直方向上：在水平方向上：v0當改用這種通用方法處理時，小球平拋初速度測量值會與真實值相吻合。例題2 在“研究平拋物體的運動”的實驗中，某同學只在豎直板面上記下了重垂線y的方向，但忘記了平拋的初位置，在坐標紙上描出了一段曲線的軌跡，如圖所示。現(xiàn)在曲線上取A、B兩點，量出它們到y(tǒng)軸的距離，AAx1，BBx2，以及AB的豎直距離h，用這些可以求得小球平拋時的初速度為多大？思路分析：設(shè)小球到達A點時，運動時間為t1，豎直方向的位移為y1；到達B點時，運動時間為t2，豎直方向的位移為y2。根據(jù)平拋運動的規(guī)律有其中y2y1h，所以。答案：【易錯指津】 在學習中應(yīng)該學會認識事物的本質(zhì)，而不是膚淺地看表象，本實驗中要抓住平拋運動的本質(zhì)，而不是生搬硬套某種解題方法。如：坐標原點是不是平拋的初始位置、初速度是不是水平等，在解決問題時一定要搞清楚。滿分訓(xùn)練：在“研究平拋物體運動”的實驗中，某同學記錄了運動軌跡上三點A、B、C，如圖所示，以A為坐標原點，建立坐標系，各點坐標值已在圖中標出。求：（1）小球平拋初速度大??；（2）小球做平拋運動的初始位置坐標。錯解：不少同學將圖中的A點作為小球拋出點，運用公式xv0tygt2必然導(dǎo)致求解錯誤。 正解：（1）如圖所示，小球在AB和BC兩段水平位移相等，而小球在水平方向做勻速運動，因此小球在這兩段的運動時間tABtBCT。小球在豎直方向做勻加速運動，由saT2得：25cm15cm1000cms2T2，T0.1s,小球在水平方向上做勻速運動，有v010cm/0.1sl00cms1ms。（2）由于小球在豎直方向上做勻加速直線運動，小球在B點的豎直分速度大小等于AC段在豎直方向平均速度大小。 vBy2m/s設(shè)小球從拋出點O到B點歷時為tOB，有tOB0.2s小球從拋出點O到A點歷時： tOAtOBT0.1s因此，xOAv0tOAl0cm，yOA5cm故O點坐標值為（10，5）。