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3　實驗：探究平拋運動的特點
[學習目標]　
1.知道什么是拋體運動和平拋運動(重點)。
2.會用運動分解的方法探究平拋運動的特點(重點)。
3.會描繪平拋運動的軌跡，會根據軌跡研究平拋運動的特點(重難點)。
4.會用對比法分別探究平拋運動豎直方向和水平方向的分運動特點(重點)。
一、拋體運動和平拋運動
1．拋體運動
(1)定義：以____________將物體拋出，在空氣阻力____________的情況下，物體只受________作用的運動。
(2)條件：
①有一定的初速度；
②只受重力作用。
2．平拋運動
(1)定義：初速度沿________方向的拋體運動。
(2)特點：
①初速度沿________方向；
②只受________作用。
(3)平拋運動的性質：加速度為g的勻變速曲線運動。
(1)拋體運動中都忽略空氣阻力，只受重力作用。(　　)
(2)拋體運動的軌跡都是曲線。(　　)
(3)平拋運動的初速度可以不水平。(　　)
(4)拋體運動都是勻變速運動。(　　)
二、實驗：探究平拋運動的特點
1．實驗思路
(1)基本思路：根據運動的分解，把平拋運動分解為不同方向上兩個相對簡單的直線運動，分別研究物體在這兩個方向的運動特點。
(2)平拋運動的分解：可以嘗試將平拋運動分解為________________的分運動和____________的分運動。
2．進行實驗
方案1：用頻閃照相法探究平拋運動
用頻閃照相法可記錄平拋運動的軌跡。如圖所示，由于相鄰兩幀照片間的時間間隔相等，只要測出相鄰兩幀照片中小鋼球運動的水平距離及豎直距離，就很容易判斷平拋運動在水平方向和豎直方向上的運動特點。
(1)小球在水平方向做________，豎直方向做________。
(2)在水平起拋點以球心為坐標原點，建立坐標系來研究小球的水平位移和豎直位移。
(3)根據小球第一個T時間內、第二個T時間內、…做平拋運動的水平位移和豎直位移特點判斷出小球水平方向做勻速運動，豎直方向做自由落體運動。
方案2：分方向探究平拋運動規律
步驟1：探究平拋運動豎直分運動的特點
(1)實驗過程
按如圖所示操作實驗，用小錘擊打彈性金屬片，因金屬片C受到小錘的擊打，向前推動小鋼球A，使小鋼球A具有水平初速度，做平拋運動，同時松開小鋼球B，使B從孔中自由落下，做自由落體運動。
(2)實驗分析
仔細觀察可以得知，不管小鋼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，小鋼球A水平拋出的初速度越大)，兩小鋼球每次都是____________落地，說明兩小鋼球在空中運動的時間____________，也就說明了做平拋運動的物體在豎直方向上的分運動是____________________。
步驟2：探究平拋運動水平分運動的特點
(1)裝置和實驗
①如圖所示，安裝實驗裝置，使斜槽M末端________，使固定的背板豎直，并將一張白紙和復寫紙固定在背板上，N為水平放置的可上下調節的傾斜擋板。
②讓鋼球從斜槽上某一高度滾下，從末端飛出后做平拋運動，使小球的軌跡與背板平行。鋼球落到傾斜的擋板N上，擠壓復寫紙，在白紙上留下印跡。
③上下調節擋板N，進行多次實驗，每次使鋼球從斜槽上________(選填“同一”或“不同”)位置由靜止滾下，在白紙上記錄鋼球所經過的多個位置。
④以斜槽水平末端端口處小球球心在白紙上的投影點為坐標原點O，過O點畫出豎直的y軸和水平的x軸。
⑤取下坐標紙，用平滑的曲線把這些印跡連接起來，得到鋼球做平拋運動的軌跡。
⑥根據鋼球在豎直方向是自由落體運動的特點，在軌跡上取豎直位移為y、4y、9y、…的點，即各點之間的時間____________，測量這些點之間的水平位移，確定水平分運動的特點。
⑦結論：平拋運動在相等時間內水平方向____________，平拋運動在水平方向上為________________。
(2)注意事項
①實驗中必須調整斜槽末端的切線______，使鋼球做平拋運動(調節方法：將鋼球放在斜槽末端水平部分，若鋼球________，則斜槽末端水平)。
②背板必須處于________面內，固定時要用鉛垂線檢查坐標紙豎線是否________。
③鋼球每次必須從斜槽上________由________釋放，這樣可以使鋼球每次的軌跡相同。
④坐標原點不是槽口的端點，應是鋼球出槽口時鋼球________在背板上的投影點。
⑤鋼球開始滾下的位置高度要適中，以使鋼球做平拋運動的軌跡由坐標紙的左上角一直到達右下角為宜。
例1　如圖所示是某小組制作的研究平拋運動的實驗裝置，在豎直板上不同高度處固定兩個完全相同的圓弧軌道，軌道的末端水平，在它們相同的位置上各安裝一個電磁鐵，兩個電磁鐵由同一個開關1控制，在上軌道末端O點同一高度處固定第三塊電磁鐵，并通過O點處的開關2控制。通電后，三塊電磁鐵分別吸住三個相同的小鐵球A、B、C。斷開開關1，A、B兩個小鐵球同時開始運動，當A小球運動到斜槽末端O點處時，觸動開關2，C小球開始做自由落體運動，同時A小球做平拋運動，B球進入一個光滑的水平軌道，三個小球恰好在P點相遇。
(1)球A、B在P點相遇，說明平拋運動在水平方向是________運動；
(2)球A、C在P點相遇，說明平拋運動在豎直方向是________運動；
(3)實驗中，斜槽末端O點的切線必須是水平的，這樣做的目的是________。
A．保證小鐵球飛出時，速度既不太大，也不太小
B．保證小鐵球飛出時，初速度水平
C．保證小鐵球在空中運動的時間每次都相等
D．保證小鐵球運動的軌跡是一條拋物線
例2　某同學用如圖所示的實驗裝置做“探究平拋運動的特點”的實驗。
(1)為了能較準確地描繪小球的運動軌跡，下列說法正確的是________。
A．小球做平拋運動時應與木板摩擦，以便畫出運動軌跡
B．本實驗不需要用天平測出小球的質量，也不需要配備鉛垂線
C．為了保證小球沿水平方向飛出，應將斜槽軌道的末端調成水平
D．以小球在斜槽末端時球心在方格紙上的投影點作為所建坐標系的原點O
(2)在此實驗中，每次都要讓小球從斜槽上的同一位置由靜止滾下，但小球與斜槽間有摩擦力，這個摩擦力________(選填“會”或“不會”)使實驗的誤差增大。
針對訓練　如圖是實驗室內研究平拋運動的裝置。
該實驗中，讓小球多次從斜槽上由靜止滾下，在白紙上依次記下小球的位置，同學甲和同學乙得到的記錄紙分別如圖甲、乙所示，從圖中明顯看出甲的實驗錯誤是________________，乙的實驗錯誤是____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
例3　用頻閃照相法探究平拋運動的特點，如圖所示，記錄了物體在不同時刻的位置，已知頻閃周期一定，如果把平拋運動分解為水平運動和豎直運動，觀察圖片可知：
(1)物體在水平方向上做________運動，在豎直方向上做________運動，并說明理由：
________________________________________________________________________。
(2)圖中a點________(選填“是”或“不是”)拋出點，請說明理由：_______________
________________________________________________________________________。3　實驗：探究平拋運動的特點
[學習目標]　
1.知道什么是拋體運動和平拋運動(重點)。
2.會用運動分解的方法探究平拋運動的特點(重點)。
3.會描繪平拋運動的軌跡，會根據軌跡研究平拋運動的特點(重難點)。
4.會用對比法分別探究平拋運動豎直方向和水平方向的分運動特點(重點)。
一、拋體運動和平拋運動
1．拋體運動
(1)定義：以一定的速度將物體拋出，在空氣阻力可以忽略的情況下，物體只受重力作用的運動。
(2)條件：
①有一定的初速度；
②只受重力作用。
2．平拋運動
(1)定義：初速度沿水平方向的拋體運動。
(2)特點：
①初速度沿水平方向；
②只受重力作用。
(3)平拋運動的性質：加速度為g的勻變速曲線運動。
(1)拋體運動中都忽略空氣阻力，只受重力作用。(　√　)
(2)拋體運動的軌跡都是曲線。(　×　)
(3)平拋運動的初速度可以不水平。(　×　)
(4)拋體運動都是勻變速運動。(　√　)
二、實驗：探究平拋運動的特點
1．實驗思路
(1)基本思路：根據運動的分解，把平拋運動分解為不同方向上兩個相對簡單的直線運動，分別研究物體在這兩個方向的運動特點。
(2)平拋運動的分解：可以嘗試將平拋運動分解為水平方向的分運動和豎直方向的分運動。
2．進行實驗
方案1：用頻閃照相法探究平拋運動
用頻閃照相法可記錄平拋運動的軌跡。如圖所示，由于相鄰兩幀照片間的時間間隔相等，只要測出相鄰兩幀照片中小鋼球運動的水平距離及豎直距離，就很容易判斷平拋運動在水平方向和豎直方向上的運動特點。
(1)小球在水平方向做勻速運動，豎直方向做加速運動。
(2)在水平起拋點以球心為坐標原點，建立坐標系來研究小球的水平位移和豎直位移。
(3)根據小球第一個T時間內、第二個T時間內、…做平拋運動的水平位移和豎直位移特點判斷出小球水平方向做勻速運動，豎直方向做自由落體運動。
方案2：分方向探究平拋運動規律
步驟1：探究平拋運動豎直分運動的特點
(1)實驗過程
按如圖所示操作實驗，用小錘擊打彈性金屬片，因金屬片C受到小錘的擊打，向前推動小鋼球A，使小鋼球A具有水平初速度，做平拋運動，同時松開小鋼球B，使B從孔中自由落下，做自由落體運動。
(2)實驗分析
仔細觀察可以得知，不管小鋼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，小鋼球A水平拋出的初速度越大)，兩小鋼球每次都是同時落地，說明兩小鋼球在空中運動的時間相等，也就說明了做平拋運動的物體在豎直方向上的分運動是自由落體運動。
步驟2：探究平拋運動水平分運動的特點
(1)裝置和實驗
①如圖所示，安裝實驗裝置，使斜槽M末端水平，使固定的背板豎直，并將一張白紙和復寫紙固定在背板上，N為水平放置的可上下調節的傾斜擋板。
②讓鋼球從斜槽上某一高度滾下，從末端飛出后做平拋運動，使小球的軌跡與背板平行。鋼球落到傾斜的擋板N上，擠壓復寫紙，在白紙上留下印跡。
③上下調節擋板N，進行多次實驗，每次使鋼球從斜槽上同一(選填“同一”或“不同”)位置由靜止滾下，在白紙上記錄鋼球所經過的多個位置。
④以斜槽水平末端端口處小球球心在白紙上的投影點為坐標原點O，過O點畫出豎直的y軸和水平的x軸。
⑤取下坐標紙，用平滑的曲線把這些印跡連接起來，得到鋼球做平拋運動的軌跡。
⑥根據鋼球在豎直方向是自由落體運動的特點，在軌跡上取豎直位移為y、4y、9y、…的點，即各點之間的時間間隔相等，測量這些點之間的水平位移，確定水平分運動的特點。
⑦結論：平拋運動在相等時間內水平方向位移相等，平拋運動在水平方向上為勻速直線運動。
(2)注意事項
①實驗中必須調整斜槽末端的切線水平，使鋼球做平拋運動(調節方法：將鋼球放在斜槽末端水平部分，若鋼球靜止，則斜槽末端水平)。
②背板必須處于豎直面內，固定時要用鉛垂線檢查坐標紙豎線是否豎直。
③鋼球每次必須從斜槽上同一位置由靜止釋放，這樣可以使鋼球每次的軌跡相同。
④坐標原點不是槽口的端點，應是鋼球出槽口時鋼球球心在背板上的投影點。
⑤鋼球開始滾下的位置高度要適中，以使鋼球做平拋運動的軌跡由坐標紙的左上角一直到達右下角為宜。
例1　如圖所示是某小組制作的研究平拋運動的實驗裝置，在豎直板上不同高度處固定兩個完全相同的圓弧軌道，軌道的末端水平，在它們相同的位置上各安裝一個電磁鐵，兩個電磁鐵由同一個開關1控制，在上軌道末端O點同一高度處固定第三塊電磁鐵，并通過O點處的開關2控制。通電后，三塊電磁鐵分別吸住三個相同的小鐵球A、B、C。斷開開關1，A、B兩個小鐵球同時開始運動，當A小球運動到斜槽末端O點處時，觸動開關2，C小球開始做自由落體運動，同時A小球做平拋運動，B球進入一個光滑的水平軌道，三個小球恰好在P點相遇。
(1)球A、B在P點相遇，說明平拋運動在水平方向是 運動；
(2)球A、C在P點相遇，說明平拋運動在豎直方向是 運動；
(3)實驗中，斜槽末端O點的切線必須是水平的，這樣做的目的是 。
A．保證小鐵球飛出時，速度既不太大，也不太小
B．保證小鐵球飛出時，初速度水平
C．保證小鐵球在空中運動的時間每次都相等
D．保證小鐵球運動的軌跡是一條拋物線
答案　(1)勻速直線　(2)自由落體　(3)B
解析　(1)球A、B在P點相遇，說明兩球在水平方向的運動完全相同，即說明平拋運動在水平方向是勻速直線運動；
(2)球A、C在P點相遇，說明兩球在豎直方向的運動完全相同，說明平拋運動在豎直方向是自由落體運動；
(3)實驗中，斜槽末端O點的切線必須是水平的，這樣做的目的是保證小鐵球飛出時，初速度水平，從而使小球做平拋運動。故選B。
例2　某同學用如圖所示的實驗裝置做“探究平拋運動的特點”的實驗。
(1)為了能較準確地描繪小球的運動軌跡，下列說法正確的是 。
A．小球做平拋運動時應與木板摩擦，以便畫出運動軌跡
B．本實驗不需要用天平測出小球的質量，也不需要配備鉛垂線
C．為了保證小球沿水平方向飛出，應將斜槽軌道的末端調成水平
D．以小球在斜槽末端時球心在方格紙上的投影點作為所建坐標系的原點O
(2)在此實驗中，每次都要讓小球從斜槽上的同一位置由靜止滾下，但小球與斜槽間有摩擦力，這個摩擦力 (選填“會”或“不會”)使實驗的誤差增大。
答案　(1)CD　(2)不會
解析　(1)小球做平拋運動時，不應使其與木板摩擦，以免影響運動的軌跡，故A錯誤；
本實驗不需要用天平測出小球的質量，但需要配備鉛垂線，以便確定豎直方向，故B錯誤；
為了保證小球沿水平方向飛出，應將斜槽軌道的末端調成水平，故C正確；小球從斜槽上某位置由靜止滾下，離開斜槽末端后做平拋運動，應以小球在斜槽末端時球心在方格紙上的投影點作為所建坐標系的原點O，故D正確。
(2)只要讓小球每次均從斜槽上同一位置由靜止滾下，小球到達斜槽末端時速度就相同，可知小球與斜槽間的摩擦力不會增大實驗誤差。
針對訓練　如圖是實驗室內研究平拋運動的裝置。
該實驗中，讓小球多次從斜槽上由靜止滾下，在白紙上依次記下小球的位置，同學甲和同學乙得到的記錄紙分別如圖甲、乙所示，從圖中明顯看出甲的實驗錯誤是 ，乙的實驗錯誤是 。
答案　斜槽末端不水平　每次由靜止釋放小球的位置不同
解析　用平滑曲線描繪出小球的運動軌跡，題圖甲中小球的初速度明顯不沿水平方向，故可推知斜槽末端不水平。題圖乙中描繪的點零亂，難以形成一條平滑曲線，可推知初速度不是每次都相同，即每次由靜止釋放小球的位置不同。
例3　用頻閃照相法探究平拋運動的特點，如圖所示，記錄了物體在不同時刻的位置，已知頻閃周期一定，如果把平拋運動分解為水平運動和豎直運動，觀察圖片可知：
(1)物體在水平方向上做 運動，在豎直方向上做 運動，并說明理由： 。
(2)圖中a點 (選填“是”或“不是”)拋出點，請說明理由： 。
答案　(1)勻速直線　勻加速直線　理由見解析　(2)不是　理由見解析
解析　(1)記錄物體位置的a、b、c、d相鄰兩點間的水平距離均相等，為兩個小格，即水平方向上在相同時間內發生的位移相等，故物體在水平方向上做勻速直線運動；相鄰兩點間的豎直距離分別為1格、2格、3格，所以在豎直方向滿足“相等時間內相鄰位移差相等”，故豎直方向上做勻加速直線運動。
(2)假設a點為拋出點，則豎直方向初速度為零，物體在豎直方向做初速度為零的勻加速直線運動，a、b、c、d相鄰兩點間的時間間隔相等，豎直位移之比應為1∶3∶5，而題圖中位移比為1∶2∶3，所以a點不是拋出點。

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