必修二第五章第四節(jié) 實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動(dòng)導(dǎo)學(xué)案
課前預(yù)習(xí)學(xué)案
一、預(yù)習(xí)目標(biāo)
預(yù)習(xí)平拋運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)規(guī)律，預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的原理、目的要求、材料用具和方法步驟。
二、預(yù)習(xí)內(nèi)容
1、實(shí)驗(yàn)原理：描點(diǎn)法描繪平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，利用實(shí)驗(yàn)器材描出物體做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)軌跡上的幾個(gè)點(diǎn)，把這些點(diǎn)用平滑的曲線連接起來，就是平拋物體的軌跡了；然后利用平拋物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律既可求出平拋的初速度。
2、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?
3、實(shí)驗(yàn)器材：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
4、實(shí)驗(yàn)步驟：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 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(shí)驗(yàn)的過程中，木板與斜槽的相對(duì)位置保持不變。
③ 確定坐標(biāo)原點(diǎn) 把小球放在槽口處，用鉛筆記下小球在槽口時(shí)球心在木板上的水平投影點(diǎn)O，O即為坐標(biāo)原點(diǎn)。
④ 描繪運(yùn)動(dòng)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(diǎn)上一個(gè)黑點(diǎn)，這就記下了小球球心所對(duì)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連接起來即得小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。
三、提出疑惑
同學(xué)們，通過你的自主學(xué)習(xí)，你還有哪些疑惑，請(qǐng)把它填在下面的表格中
疑惑點(diǎn)疑惑內(nèi)容
課內(nèi)探究學(xué)案
一、學(xué)習(xí)目標(biāo)
1、知道平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)規(guī)律
2、熟練的利用實(shí)驗(yàn)的方法描繪平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡
3、應(yīng)用平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律求出平拋運(yùn)動(dòng)的初速度
學(xué)習(xí)的重點(diǎn)難點(diǎn)：描繪軌跡求出平拋初速度。
二、學(xué)習(xí)過程
探究一、描繪平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡
利用實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)，在豎直白紙上記錄鋼球所經(jīng)過的多個(gè)位置，連起來就得到鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。
實(shí)驗(yàn)步驟如下：
① 安裝調(diào)整斜槽，使斜槽末端處于水平。為什么斜槽的末端必修水平？怎樣判定？
② 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。為什么木板必修與小球下落的豎直面平行？若不平行會(huì)帶來什么誤差？
③ 確定坐標(biāo)原點(diǎn) 。斜槽的末端是平拋的坐標(biāo)原點(diǎn)嗎？為什么？應(yīng)該怎樣確定？
④ 描繪運(yùn)動(dòng)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(diǎn)上一個(gè)黑點(diǎn)，這就記下了小球球心所對(duì)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連接起來即得小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。
探究二、平拋運(yùn)動(dòng)物體在水平方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律
在平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡上找到每隔相等時(shí)間物體所到達(dá)的位置；測(cè)量?jī)上噜徫恢瞄g的水平位移，分析這些位移的特點(diǎn)。
1、怎樣才能找到軌跡上每隔相等時(shí)間平拋物體所到達(dá)的位置呢？
2、把你設(shè)想的方法與你周圍的同學(xué)交流。
3、選擇最科學(xué)的方法，利用描繪的軌跡進(jìn)行分析論證。
4、得出結(jié)論：
探究三、求平拋物體的初速度
在軌跡上任取一點(diǎn)，測(cè)出拋出點(diǎn)到該點(diǎn)的豎直高度，根據(jù)h＝12 gt2 求出時(shí)間；然后測(cè)出該點(diǎn)到拋出點(diǎn)的水平位移，根據(jù)X=Vt求出平拋的水平速度V
三、反思總結(jié)
1、描繪平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的過程方法
2、利用描繪的軌跡求平拋的初速度
四、當(dāng)堂檢測(cè)
1 在“探究平拋運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，可以描繪出小球平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)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。
B．按圖安裝好器材，注意 ，記下平拋初位置O點(diǎn)和過O點(diǎn)的豎直線。
C．取下白紙，以O(shè)為原點(diǎn)，以豎直線為y軸建立坐標(biāo)系，用平滑曲線畫平拋運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是 。
2 如圖所示是研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖，圖是實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)過程中需要經(jīng)多次釋放小球才能描繪出小球運(yùn)動(dòng)的軌跡，進(jìn)行這一步驟時(shí)應(yīng)注意什么？
3在“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)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�，F(xiàn)在曲線上取A、B兩點(diǎn)，量出它們到y(tǒng)軸的距離，AA’=x1，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(shí)的初速度為多大？
4 在研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，用一張印有小方格的紙記錄軌跡，小方格的邊長(zhǎng)L＝1.25cm，若小球在平拋運(yùn)動(dòng)途中的幾個(gè)位置如圖中a、b、c、d所示，則小球平拋的初速度為v0＝ （用L、g表示），其值是 。（g取9.8m/s2）
課后練習(xí)與提高
1、一個(gè)同學(xué)在《研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)》實(shí)驗(yàn)中，只畫出了如圖1所示的一部分曲線，于是他在曲線上取水平距離 相等的三點(diǎn)A、B、C，量得 = 0.2m。又量出它們之間的豎直距離分別為h1 = 0.1m，h2 = 0.2m，利用這些數(shù)據(jù)，可求得：
（1）物體拋出時(shí)的初速度為 m/s；
（2）物體經(jīng)過B時(shí)豎直分速度為 m/s；
（3）拋出點(diǎn)在A點(diǎn)上方高度為 m處。
2、 某同學(xué)做平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，在白紙上只畫出了表示豎直向下方向的 Y軸和平拋物體運(yùn)動(dòng)軌跡的后一部分，而且漏標(biāo)了拋出點(diǎn)的位置， 如圖所示.這位同學(xué)希望據(jù)此圖能測(cè)出物體的初速度，請(qǐng)你給他出出主意：
（1） 簡(jiǎn)要說明據(jù)此圖測(cè)定該物初速度的方法________.
（2） 需要增加的測(cè)量工具有_____________________.
（3） 用測(cè)量出的物理量表示測(cè)量的結(jié)果：v0=______________
3、如圖所示，為一平拋物體運(yùn)動(dòng)的閃光照片示意圖，照片與實(shí)際大小相比縮小10倍.對(duì)照片中小球位置進(jìn)行測(cè)量得：1與4閃光點(diǎn)豎直距離為1.5 cm，4與7閃光點(diǎn)豎直距離為 2.5 cm，各閃光點(diǎn)之間水平距離均為0.5 cm.則
(1)小球拋出時(shí)的速度大小為多少?
(2)驗(yàn)證小球拋出點(diǎn)是否在閃光點(diǎn)1處，若不在，則拋出點(diǎn)距閃光點(diǎn)1的實(shí)際水平距離和豎直距離分別為多少?(空氣阻力不計(jì)，g＝10 m/s2)
4、如圖所示為一小球作平拋運(yùn)動(dòng)的閃光照片的一部分，圖中背景方格的邊長(zhǎng)均為5cm，g=10m/s2，那么：
⑴閃光頻率為 Hz；
⑵小球運(yùn)動(dòng)的初速度的大小是 m/s；
⑶小球經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的速度大小為 m/s。
5、下圖是小球平拋運(yùn)動(dòng)軌跡中的三點(diǎn),測(cè)得A、B間和B、C間的水平距離分別為x1和x2,且x1=x2=15厘米,A、B間和B、C間的豎直距離分別為y1=15厘米, y2=25厘米,若g取10米/秒2,則小球平拋的初速度為 米/秒;小球經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的豎直分速度為 米/秒.
6、某學(xué)生在做“研究平拋物體運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，忘記記下小球做平拋運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)位置O，A為物體運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后的位置，根據(jù)圖1?7所示，求出物體做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度為______________________ 。
(g取10 m／s2)．
當(dāng)堂檢測(cè)參考答案
1、解析 ⑴ 同一位置。B注意斜槽末端切線水平。
⑵ 上述實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是B、A、C。
2、解析 ⑴ 利用拴在槽口處的重錘線畫出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(dòng)，也不向外滾動(dòng)，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。
3、解析 設(shè)小球到達(dá)A點(diǎn)時(shí)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t1，豎直方向的位移為y1；到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t2，豎直方向的位移為y2。根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律有
其中y2－y1=h，所以 。
4、解析 2Lg 0.70m/s
由水平方向上ab＝bc＝cd可知，相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔相等，設(shè)為T，豎直方向相鄰兩點(diǎn)間距之差相等，Δs＝L，則由 Δs＝aT2，
即得 T＝Δsa ＝Lg 。
時(shí)間T內(nèi)，水平方向位移為s＝2L，所以
v0＝sT ＝2Lg m/s＝0.70m/s。
課后練習(xí)與提高參考答案
1、答： 2 (2分) 1.5 (2分) 0.0125 ( 3分)
2、答：ll.(共12分) （l） 畫出三條兩兩之間等距離 （△x）的與 Y軸平行的豎線，分別與軌跡曲線交于A、B、C三點(diǎn)，過這三點(diǎn)各作一條垂直于Y軸的線.測(cè)量A、B之間的豎直距離y1和A、C之聞的豎直距離y2,根據(jù)以上數(shù)據(jù)可算出初速.�。�4分）
（2） 刻度尺 （2分）
(3) (6分)
3、解：(13分) (1)設(shè)1~4之間時(shí)間為T，
豎直方向有：(2.5-1.5)×10-2×10 m＝gT2
所以T = 0.1 s （3分）
水平方向:0.5×10-2×3×10 m＝v0T
所以v0=1.5 m/s （3分）
(2)設(shè)物體在1點(diǎn)的豎直分速度為v1y
1~4豎直方向：1.5×10-2×10 m=v1yT+ gT2
解得v1y=1 m/s
因v1y≠0，所以1點(diǎn)不是拋出點(diǎn) （2分）
設(shè)拋出點(diǎn)為O點(diǎn)，距1水平位移為x m，豎直位移為y m，有:
水平方向 x=v0t
豎直方向：
解得t= 0.1 s （1分）
x=0.15 m=15 cm （2分）
y=0.05 m=5 cm （2分）
即拋出點(diǎn)距1點(diǎn)水平位移為15 cm，豎直位移為5 cm.
4、答：物體豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)，無論A是不是拋出點(diǎn)， 均成立(式中 為相鄰兩閃光點(diǎn)豎直距離之差，T為相鄰兩閃光點(diǎn)的時(shí)間間隔)．水平方向有 ( 即相鄰兩點(diǎn)的水平間隔)．
由 和 可得 ，代人數(shù)值得 。
，故閃光頻率 ．
在B點(diǎn)時(shí)的豎直分速度 ，過B點(diǎn)時(shí)水平分速度 ，故
5、答案：1.5; 2.0 、
6、答案：2.0m/s
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