发布时间 : 星期六 文章人教版必修2物理：5.3 实验：研究平抛运动 学案设计更新完毕开始阅读
实验：探究平抛运动
【学习目标】
1．实验目的
（1）用实验方法描出平抛物体的运动轨迹。 （2）从实验轨迹求平抛物体的初速度。
【学习重难点】
1．本节主要内容是运用运动的合成和分解的相关知识来探究分析平抛运动的规律，实验探究平抛运动的规律是本节的重点，而通过实验获得平抛运动的轨迹，并由此探究平抛运动水平方向的运动特点是本节的难点。
2．以一定的初速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体所做的运动叫做抛体运动。如果初速度是沿方向的，这个运动叫做平抛运动。
3．科学探究平抛运动的规律：根据已学知识科学猜想、做出假设，然后设计制定实验计划并实施，最后分析实验结果并得出结论。
4．平抛运动的规律：平抛运动的竖直分运动是运动，水平分运动是运动。
【学习过程】
实验原理
平抛物体的运动可以看作是两个分运动的合运动：一是水平方向的 匀速直线运动 ，另一个是竖直方向的 自由落体运动 。令小球做平抛运动，利用描迹法描出小球的运动轨迹，即小球做平抛运动的曲线，建立坐标系，测出曲线上的某一点的坐标x和y，根据重力加速度
g的数值，利用公式y＝1gt2，求出小球的 飞行时间t ，再利用公式 x＝vt ，求出小球
2的水平分速度，即为小球做平抛运动的初速度。
B A C A′
【范例精析】
例1．如图6．3－1所示为频闪摄影方法拍摄的研究物体做 平抛运动规律的照片，图中A．B．C为三个同时由同一点出 发的小球。AA′为A球在光滑水平面上以速度v运动的轨迹；
BB′为B球以速度v被水平抛出后的运动轨迹；CC′为C球
C′ 图6.3－1
B′
自由下落的运动轨迹。
通过分析上述三条轨迹可得出结论： 。
解析：仔细观察照片可以发现，BC两球在任一曝光瞬间的位置总在同一水平线上，说明平抛运动物体B在竖直方向上的运动特点与自由落体运动相同；而AB两小球在任一曝光瞬间的位置总在同一竖直线上，说明平抛运动物体B在水平方向上的运动特点与匀速直线运动相同。由此可得结论：做平抛运动的物体在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向做自由落体运动。
拓展：本例提供了探究平抛运动的特点的另一方法，简明且较准确，但需要一定的设备，如有条件，不妨一试。
例2．在“探究平抛运动的运动规律”的实验中，可以描绘出小球平抛运动的轨迹，实验简要步骤如下：
A．让小球多次从 位置上滚下，在一张印有小方格的纸记下小球碰到铅笔笔尖的一系列位置，如图6．3－2中a．b．c．d所示。
B．按图安装好器材，注意 ，记下平抛初位置O点和过O点的竖直线。 C．取下白纸，以O为原点，以竖直线为y轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛运动物体的轨迹。
⑴完成上述步骤，将正确的答案填在横线上。 ⑵上述实验步骤的合理顺序是 。
⑶已知图中小方格的边长L＝1．25cm，则小球平抛的初速度为v0＝（用L、g表示），其值是 。（取g＝9．8m/s2）
解析：⑴A中为了保证小球每次平抛初速度相同，轨迹重合，应让小球从同一位置滚下。B中为了保证小球做平抛运动，要注意斜槽末端切线水平。
⑵上述实验步骤的合理顺序是B．A．C．
⑶由水平方向上ab＝bc＝cd可知，相邻两点的时间间隔 相等，设为T，竖直方向相邻两点间距之差相等，Δs＝L，则由 Δs＝aT2 即得：T＝Δs ＝a
L g
图6.3－2 a b c d 时间T内，水平方向位移为s＝2L，所以
sv0＝ ＝2Lg
T代入数据可得v0＝0.70m/s。
拓展：为研究平抛运动规律，就需先得到平抛运动的轨迹，实验时应注意以下问题：一是保证小球每次平抛初速度相同；二是保证小球初速度分向水平。当然，还需要力求准确地记下小球经过的一系列位置。
例3．如图6．3－3所示是研究平抛运动的实验装置简图，图6．3－4是实验后白纸上的轨迹图。
⑴说明图6．3－16中的两条坐标轴是如何做出的。 ⑵说明判断槽口的切线是否水平的方法。
⑶实验过程中需要经多次释放小球才能描绘出小球运动的轨迹，进行这一步骤时应注意什么？
图6.3－3
y 图6.3－4 O x 解析：⑴利用拴在槽口处的重锤线做出y轴，x轴与y轴垂直。
⑵将小球放在槽口的水平部分，小球既不向里滚动，也不向外滚动，说明槽口的末端是水平的。
⑶应注意每次小球都从轨道上同一位置由静止释放。
拓展：⑴实验中小球离开弧形端点的位置，也就是平抛运动的起点，为保证小球此时速度水平，就必须保证斜槽末端的切线水平。由于本实验是采用寻找同一运动轨迹上的各个不同点，小球下落一次只能测一个点，需多次测量，故应保证每次小球的平抛运动完全相同，即平抛物体的初速度必须每次都相同，为做到这一点，应使小球每次都从斜槽上的同一位置无初速滚下。
⑵正确做出坐标轴是研究平抛运动特点的必要准备，关键在于利用重垂线做出y轴和确定坐标原点的位置。
⑶如何证明实验所得到的曲线近似为一抛物线？（答：在轨迹曲线上连续取若干个点，并使它们在水平方向上的距离相等，再测算它们在竖直方向的间距之差是否近似相等。）
【能力训练】
1．关于做平抛运动的物体，下列说法正确的是 A．物体只受重力作用，做的是a=g的匀变速运动
（
）
B．初速度越大，物体在空间的运动时间越长
C．物体在运动过程中，在相等的时间间隔内水平位移相等 D．物体在运动过程中，在相等的时间间隔内竖直位移相等
2．如图6．3－5所示，物体做平抛运动时，描述物体在竖直方向上的速度vy（取向下为正）随时间变化的图像是（ ）
vy vy vy vy O
A
t
O B
t
O C
t
O D
t
图6.3－5
3．研究平抛运动，下面哪些做法可以减小实验误差（ ） A．使用密度大、体积小的钢球 B．尽量减小钢球与斜槽间的摩擦
C．实验时，让小球每次都从同一高度由静止开始滚下 D．使斜槽末端的切线保持水平
4．如图6．3－6所示，在研究平抛运动时，小球A沿轨道滑下，离开轨道末端（末端水平）时撞开接触开关S，被电磁铁吸住的小球B同时自由下落，改变整个装置的高度H做同样的实验，发现位于同一高度的A．B两个小球总是同时落地，该实验现象说明了A球在离开轨道后（ ）
A．水平方向的分运动是匀速直线运动 B．水平方向的分运动是匀加速直线运动 C．竖直方向的分运动是自由落体运动 D．竖直方向的分运动是匀速直线运动
图6.3－6
S B H A 5．某同学设计了如图6．3－7的实验：将两个倾斜滑道固定在同一竖直平面内，最下端水平，滑道2与光滑水平板吻接。把两个质量相等的小钢球，从斜面的同一高度由静止开始同时释放，则他将观察到的现象是 ，这说明 。
2 v0 图6.3－7 1 v0