高中物理 第1章 怎樣研究拋體運動 1_1 飛機投彈與平拋運動教師用書 滬科版必修2

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1．1　飛機投彈與平拋運動 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識 脈 絡(luò) 1.了解平拋運動的概念及含義． 2．理解伽利略對二維曲線運動的研究方法和結(jié)論假設(shè)． 3．通過實驗來驗證水平運動與豎直運動的具體情況．(重點) 4．體會科學(xué)假設(shè)與實驗完美結(jié)合的重要方法．(難點) 平 拋 運 動 1．定義：將一個物體沿水平方向拋出，在空氣阻力可以忽略的情況下，物體所做的運動． 2．條件 (1)初速度方向沿水平方向． (2)在運動過程中空氣阻力可以忽略，即只受重力作用． 1．平拋運動是曲線運動，故物體受到的力的方向一定不斷變化．() 2．平拋運動的初速度與重力垂直．(√) 3．做平拋運動的物體，受力始終與運動方向一致．() 街頭有一種套圈游戲，游戲中用套圈套中目標(biāo)就可得到獎品，如圖111.我們可以把套圈拋出后的運動看做平拋運動．思考以下問題： 圖111 (1)套圈的落點與什么因素有關(guān)？ (2)套圈的運動是勻變速曲線運動嗎？ 【提示】　(1)套圈的落點與拋出時的速度和拋出點的高度有關(guān)． (2)套圈只受重力作用，故套圈的運動是勻變速曲線運動． 如圖112所示，一人正練習(xí)投擲飛鏢，請思考： 圖112 探討1：飛鏢投出后，其加速度的大小和方向是怎樣的？ 【提示】　若忽略空氣阻力，飛鏢投出后，只受重力作用，其加速度大小為g，方向豎直向下． 探討2：飛標(biāo)的運動是勻變速運動，還是變加速運動？ 【提示】　飛鏢運動過程中，加速度是不變的，所以飛鏢的運動是勻變速運動． 1．平拋運動特點 (1)理想化特點：物理上的“平拋運動”是一種理想化的運動，即把物體看成質(zhì)點，拋出后只考慮重力作用，忽略空氣阻力． (2)勻變速特點：平拋運動的加速度恒定，始終等于重力加速度，是一種勻變速曲線運動． (3)速度變化的特點：做平拋運動的物體在任意相等的時間內(nèi)速度的變化量相等，均為Δv＝gΔt，方向豎直向下． 2．平拋運動的動力學(xué)解釋 平拋運動是物體以水平速度拋出，只在重力作用下的運動，可從以下兩個方面理解： (1)如果物體不受重力，物體將以水平初速度做勻速直線運動． (2)如果物體的初速度為零，物體又只受重力作用，則物體將做自由落體運動． 1．(多選)關(guān)于平拋物體的運動，以下說法正確的是(　　) A．做平拋運動的物體，速度和加速度都隨時間的增加而增大 B．做平拋運動的物體僅受到重力的作用，所以加速度保持不變 C．平拋物體的運動是勻變速運動 D．平拋物體的運動是變加速運動 【解析】　做平拋運動的物體，速度隨時間不斷增大，但由于只受恒定不變的重力作用，所以加速度是恒定不變的，選項A錯誤，B正確；平拋運動是加速度恒定不變的曲線運動，所以它是勻變速曲線運動，選項C正確，D錯誤． 【答案】　BC 2．如圖113，為研究平拋運動的實驗，安裝實驗裝置的過程中，斜槽末端的切線必須是水平的，這樣做的目的是(　　) 圖113 A．保證小球飛出時，速度既不太大，也不太小 B．保證小球飛出時，初速度水平 C．保證小球在空中運動的時間每次都相等 D．保證小球運動的軌跡是一條拋物線 【解析】　斜槽末端的切線是水平的，可以保證小球飛出時，初速度水平．故B選項正確． 【答案】　B 3．蹲在樹枝上的一只松鼠看到一個獵人正在用槍水平對準(zhǔn)它，就在子彈出槍口時，松鼠開始運動，下述各種運動方式中，松鼠能逃脫被擊中厄運的是(設(shè)樹枝足夠高)(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：02690000】 圖114 A.自由落下 B．豎直上跳 C．迎著槍口，沿AB方向水平跳離樹枝 D．背著槍口，沿AC方向水平跳離樹枝 【解析】　因為子彈做平拋運動，其豎直方向做自由落體運動，所以松鼠只有豎直上跳才不會被擊中，故選B. 【答案】　B 平拋運動的特點 (1)速度特點：平拋運動的速度大小和方向都不斷變化，故它是變速運動． (2)軌跡特點：平拋運動的運動軌跡是拋物線，故它是曲線運動． (3)受力特點：做平拋運動的物體只受重力作用，故它的合外力恒定． (4)加速度特點：平拋運動的加速度為自由落體加速度，恒定不變，故它做勻變速運動． 伽 利 略 的 假 設(shè) 及 實 驗 1．伽利略的假設(shè) (1)內(nèi)容：在水平方向的運動，物體在這個方向上不受力的作用做勻速直線運動；在豎直方向的運動，物體受到重力作用做自由落體運動． (2)假定兩個方向的運動既不彼此影響干擾，也不互相妨礙，物體的實際運動就是這兩個運動的合運動． (3)平拋運動的軌跡是一條拋物線． 2．驗證伽利略的假設(shè) (1)研究平拋運動 ①實驗 如圖115所示，用小錘擊打彈性鋼片C，C向前推動小鋼球B，使其具有水平初速度，使B做平拋運動，同時松開小鋼球A，使A從孔中自由落下． 圖115 ②現(xiàn)象 現(xiàn)象一：無論B球的水平速度大小如何，它總是與A球同時落地． 現(xiàn)象二：B球的水平初速度越大，通過的水平距離也越大． 現(xiàn)象三：B球水平初速度的大小并不影響平拋物體在豎直方向上的運動． ③結(jié)論：物體在做平拋運動的過程中，在豎直方向的運動為自由落體運動． (2)研究平拋運動的頻閃照片 如圖116所示，是兩小球同時開始做自由落體運動和平拋運動的頻閃照片． 圖116 ①現(xiàn)象：B球在相同時間內(nèi)通過的水平位移相等，通過的豎直位移與時間的二次方成正比． ②結(jié)論：證實了平拋運動的水平分運動是勻速直線運動，豎直分運動是自由落體運動． 1．飛機投彈時，炸彈離開飛機后做自由落體運動．() 2．平拋物體的運動軌跡是一條拋物線．(√) 3．平拋運動水平方向和豎直方向的兩個運動互不干擾．(√) 1．在同一地點所有做平拋運動的物體的加速度都相同嗎？ 【提示】　相同．因為所有做平拋運動的物體都只受重力作用，其加速度均為重力加速度． 2．一位投飛鏢的人想投中靶子的中心，可他瞄準(zhǔn)時卻對準(zhǔn)靶中心的上方，這是為什么？ 【提示】　如果對準(zhǔn)的是靶中心的話，飛鏢投出后，在豎直方向做自由落體運動，到靶子位置時就處于靶中心的下方了． 圖117所示中的M，N是兩個完全相同的弧線軌道，末端水平，不計空氣阻力和摩擦的影響．實驗時，該小組同學(xué)將小鐵球A、B吸在電磁鐵上，保持h1＝h2，調(diào)整H到合適高度；然后斷開電源，兩小球同時由靜止開始沿軌道滾下．調(diào)整h1和h2后經(jīng)過多次重復(fù)實驗，都能觀察到兩球同時到達光滑水平面上的P點． 圖117 探討1：由該實驗說明小球在水平方向做何種運動？ 【提示】　A球平拋的同時B球做水平方向的勻速運動，結(jié)果能同時到達P點，說明小球A在水平方向的運動與小球B的運動相同，為勻速直線運動． 探討2：　由該實驗?zāi)芊裾f明小球A在豎直方向做自由落體運動？ 【提示】　不能． 1．探究平拋運動規(guī)律方案的構(gòu)思 (1)將曲線運動看作是兩個直線運動，即將平拋運動看作是水平方向和豎直方向的兩個直線運動． (2)由力的獨立性作用原理推測做平拋運動的物體在不同方向上的運動情況： ①在水平方向上由于物體不受力，故做勻速直線運動； ②在豎直方向上由于物體只受重力作用，且初速度為零，故做自由落體運動． 2．平拋運動軌跡的獲取方法 (1)描影法：對水平噴出的水柱軌跡，可以從側(cè)面照射，在另一側(cè)面白紙上用鉛筆描繪出軌跡的影子． (2)描點法：對從斜槽軌道滾下沿水平面飛出的小球的軌跡，可以描出代表小球運動過程中所經(jīng)過的一系列位置的點，這些點所連成的平滑曲線就是小球做平拋運動的運動軌跡． (3)攝影法：用頻閃照片記錄出平拋運動的物體在間隔相等的時間內(nèi)經(jīng)過的位置，這些位置的分布曲線就是其做平拋運動的軌跡． 4.(多選)(2014江蘇高考)為了驗證平拋運動的小球在豎直方向上做自由落體運動，用如圖118所示的裝置進行實驗．小錘打擊彈性金屬片，A球水平拋出，同時B球被松開，自由下落．關(guān)于該實驗，下列說法中正確的是(　　) 圖118 A．兩球的質(zhì)量應(yīng)相等 B．兩球應(yīng)同時落地 C．應(yīng)改變裝置的高度，多次實驗 D．實驗也能說明A球在水平方向上做勻速直線運動 【解析】　根據(jù)運動的等時性和獨立性特點可知，兩球應(yīng)同時落地，為減小實驗誤差，應(yīng)改變裝置的高度，多次做實驗，選項B，C正確；平拋運動的實驗與小球的質(zhì)量無關(guān)，選項A錯誤；此實驗只能說明A球在豎直方向做自由落體運動，選項D錯誤． 【答案】　BC 5.如圖119所示，在光滑的水平面上有一小球a以初速度v0運動，同時刻在它的正上方有小球b也以初速度v0水平拋出，并落于c點，則(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：02690001】 圖119 A．小球a先到達c點 B．小球b先到達c點 C．兩球同時到達c點 D．無法確定 【解析】　因兩球在水平方向上的運動情況相同，所以應(yīng)同時到達c點． 【答案】　C 6.如圖1110所示為用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A，B，C為三個同時由同一點出發(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′為小球以速度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： 圖1110 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. 【解析】　做平拋運動的物體在水平方向上做勻速直線運動，在豎直方向上做自由落體運動． 【答案】　見解析 解題時千萬不要憑主觀想象來判斷.如4題由題意我們可以知道，平拋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)表明其水平方向的分運動特點，由題目情景可知D項不可選.