2013-2014学年高中物理人教版必修二同步辅导与检测课件53实验研究平抛运动

金品质高追求 我们让你更放心 ！ 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 第三节 实验：研究平抛运动 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 1945年7月16日的早上，世界上第一枚原子 弹在美国新墨西哥州的沙漠里爆炸，40 s后，爆 炸冲击波传到基地这时，费米把预先从笔记 本上撕下来的碎纸片举过头顶撒下，碎纸片飘 落到他身后2 m处，经过计算，费米宣称那枚原 子弹的威力相当于1万吨TNT炸药！ 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 1能描出平抛运动的轨迹 2会判断平抛运动轨迹是抛物线 3会计算平抛物体的初速度 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 课前预习 一、判断平抛运动的轨迹是不是抛物线 1平抛运动的轨迹是一条_，由于竖直方向只受 _作用，它的纵坐标的变化规律与_的规律一样 2要探究做平抛运动的物体在水平方向的运动特点，需 要测量几段相等的时间内物体在水平方向上的_，看这 些_是否相等，因此要在实验中设法得到平抛运动的轨 迹；在平抛运动轨迹上找到每隔相等时间物体能到达的 _；测量两相邻位置间的_，分析这些位移的特 点 曲线 重力 自由落体 位移 位移 位置位移 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 二、计算平抛物体的初速度 根据平抛物体的_可以计算物体的初速度 平抛运动可看做水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自 由落体运动的合成，即 x_，y . 对运动的轨迹，建立坐标系，测量出x、y，再利用公式 v0 ，求出平抛物体的初速度 运动轨迹 v0t gt2 _ _ _ 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 怎样描绘平抛运动的轨迹 1描迹法描绘平抛运动的轨迹 (1)实验设计 利用实验室的斜面小槽等器材装配图所 示的装置钢球从斜槽上滚下，通过水平槽 飞出后做平抛运动每次都使钢球从斜槽上 同一位置由静止释放，钢球每次在空中做平 抛运动的轨迹就相同设法用铅笔描出小球 经过的位置通过多次实验， 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 在竖直白纸上记录钢球所经过的多个位置，用平滑的曲线将各 点连起来，从而得到钢球做平抛运动的轨迹这样我们就可以 利用运动轨迹研究平抛运动的性质确定平抛运动中的各个物理 量 (2)实验器材 末端水平的斜槽、木板、坐标纸、图钉、小球、刻度尺、 重垂线、铅笔等 (3)实验步骤 安装调整斜槽：将固定有斜槽的木板放在实验桌上，用 平衡法检查木板是否水平，即将小球放在斜槽末端直轨道上， 小球若能静止在直轨道上的任意位置，则表明斜槽末端已调水 平 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 安装调整竖直平板：用图钉把坐标纸钉在竖直木板上， 并用悬挂在槽口的重垂线检查坐标纸上的竖直线是否竖直，然 后固定竖直木板，使在重复实验的过程中，木板与斜槽的相对 位置保持不变 确定坐标原点及坐标轴：选定斜槽末端处小球球心所在 的点为坐标原点O，从坐标原点O画出竖直向下的y轴和水平向 右的x轴 描绘运动轨迹：让小球在斜槽的某一固定位置由静止滚 下，并从O点开始做平抛运动，先用眼睛粗略地确定小球在某 一x值处(如x1 cm)的y值然后使小球从开始时的位置滚下， 在粗略确定的位置附近，用铅笔较准确地确定小球通过的位置 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) (小球刚好经过铅笔尖处)，并在坐标纸上记下这一点，以后依 次改变x的值，用同样的方法确定其他各点的位置取下坐标 纸用平滑的曲线把这些点连接起来，就得到小球做平抛运动的 轨迹 (4)实验注意事项： 固定斜槽时，要保证斜槽末端的切线水平，保证小球的 初速度水平 固定木板时，木板必须处在竖直平面内且与小球运动轨 迹所在的竖直平面平行，保证小球在运动中靠近木板但不接触 小球每次从槽中的同一位置由静止释放 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 要在斜轨上适当高度释放小球，使它以适当的水平初速 度抛出，其轨迹由木板左上角到达右下角，这样可以减小测量 误差 计算小球的初速度时，应选距抛出点稍远一些的点为宜 ，以便于测量和计算 2用细水柱显示平抛运动的轨迹 如图甲所示，倒置的饮料瓶内 装着水，瓶塞内插着两根两端开口 的细管，其中一根弯成水平，且水 平端加接一根更细的硬管作为喷嘴 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 3用频闪照相拍摄平抛运动的轨迹 现代影像技术的发展为我们研究平抛运动的轨迹提供了方 便若能拍摄到物体做平抛运动的几张照片如图乙所示，就能 描绘出平抛运动的轨迹了用数码相机的摄像功能或用数码摄 像机都能实现，有条件的学校也可用频闪照相的方法来实现 名师提示：以上三种方法可命为：描点法、描影法、摄影 法共同点是记录一些特殊点，再用平滑曲线描出轨迹 水从喷嘴中射出，在空中形成弯曲的细水柱，它显示了平 抛运动的轨迹，可在装置一侧竖直放置一玻璃板，将平抛运动 的轨迹描在玻璃板上，或用相机拍摄下来 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 尝试应用 1在做“探究平抛运动”的实验时，将小球多次从同一高 度释放沿同一轨道运动，通过描点法画小球平抛运动的轨迹 为了能较准确地描绘运动轨迹，下面列出了一些操作要求，将 你认为正确的选项前面的字母填在横线上：_. A调节斜槽的末端保持水平 B每次释放小球的位置必须不同 C每次必须由静止释放小球 D记录小球位置用的木条(或凹槽)每次必须严格地等距 离下降 E小球运动时不应与木板上的白纸(或方格纸)相接触 F将球的位置记录在纸上后，取下纸，用直尺将点连成 折线 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 解析：物理实验的具体操作方式并不是一成不变的，根据 实验原理和要达到的目的，再结合现有的实验条件，灵活地、 创造性地设计实验方案、操作要求和操作规范是学习者应具备 的素质实验操作的要求是根据实验原理和要达到的精度而设 置的，要确定每一个操作是否正确，必须从实验原理入手思考 例如，研究平抛物体的运动，实验操作必须保证小球做平抛 运动；要描绘平抛物体的运动轨迹，必须是同一个运动过程物 体经过的位置的连线，因此每次释放小球必须在同一高度，以 保证每一次平抛运动的轨迹重合 答案：ACE 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 如何判断平抛运动的轨迹是不是抛物线？ 方法一：代数运算法 (1)以抛出点O为坐标原点，重垂线方向 为y轴，水平方向为x轴，建立平面直角坐标 系 (2)如图所示，在x轴上作出等距离的几 个点A1、A2、A3，把线段OA1的长度记为 L，那么OA22L，OA33L，由A1、A2、A3向下作垂线， 与轨迹的交点记为M1、M2、M3. (3)设轨迹就是一条抛物线，则M1、M2、M3各点的y坐标 与x坐标应该具有的形式为yax2，a是常量 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) (4)用刻度尺测量某点的x、y两个坐标，代入yax2中，求 出常量a. (5)测量其他几个点的x、y坐标，代入上式，看是否满足， 如果在误差允许的范围内满足，就说明该曲线为抛物线 方法二：图象法 建立yx2坐标系，根据所测量的各个点的x、y坐标值分别 计算出对应的y值和x2的值，在yx2坐标系中描点，连接各描 点看是否在一条直线上，并求出该直线的斜率即为a值 名师提示：其实在建立坐标系后，完全可以在轨迹上任取 几个点M1、M2、M3，找出它们对应的x坐标和y坐标，看是否 满足yax2的形式 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 尝试应用 2对于平抛运动的轨迹，其验证方法有多种，请根据自 己所学数学和物理知识，找出一个较简单的验证方法 解析：(1)如图所示，在平抛运动轨迹的 竖直坐标轴(y轴)上，从原点O开始向下取一个 坐标为h的点，再找到坐标为4h、9h、16h 的点，则在物体运动的过程中，纵坐标从其 中一个位置运动到下一位置所用时间都是相 等的 (2)过这些点作水平线与轨迹分别交于A、B、C点，则这些 点就是每经过相等时间所到达的位置 (3)测量O点到A、B、C各点的水平距离，如果在误差允许 的范围内，xOAL，xOB2L，xOC3L则说明满足关系yax2 ，该曲线是抛物线 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 怎样计算平抛运动的初速度？ 1已知轨迹和初抛点 以初抛点为坐标原点，水平方向为x轴，竖直向下为y轴， 建立平面直角坐标系 (1)在轨迹曲线上任取几点(如A、B、C、D) (2)用刻度尺和三角板分别测出它们的坐标x和y. (3)据平抛运动水平方向是匀速直线运动(xv0t)及竖直方向 是自由落体运动(y gt2)，分别计算小球的初速度v0，最后计 算小球的初速度v0的平均值 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 2已知轨迹和竖直轴(或水平轴)，不 知抛出点 (1)在轨迹曲线上 取三点A、B、C，使xABxBCx，如右 上图所示 (2)用刻度尺分别测出yA、yB、yC，则有yAByByA，yBC yCyB. (3)根据平抛运动在水平方向上为匀速直线运动，则物体从 A到B和从B到C运动时间相等，设为T；竖直方向由匀变速直线 运动推论有：yBCyABgT2，且v0Tx.由以上两式得：v0x 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 尝试应用 3在研究平抛运动的实验中，用一张印 有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长L 1.25 cm，若小球在平抛运动途中的几个位置 如图中a、b、c、d所示，则小球平抛的初速度 的计算式为v0_(用L、g表示)，其值 是_ 解析：平抛运动的竖直分运动是自由落体运动，水平分运 动是匀速直线运动，由水平方向ab、bc、cd的距离相等知相邻 两点的时间间隔相等，设为T，竖直方向相邻两点间位移之差 相等，yL，则ygt2，得：LGt2 时间T内，水平位移为x=2L知 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 对实验装置和实验原理的考查 在探究平抛 运动的规律时，可以选 用如下图所示的各种装 置图，则以下操作合理 的是( ) A选用装置图甲研究平抛物体的竖直分运动时，应该用 眼睛看A、B两球是否同时落地 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) B选用装置图乙并要获得稳定的细水柱显示出平抛运动 的轨迹，竖直管上端A一定要低于水面 C选用装置图丙并要获得钢球做平抛运动的轨迹，每次 不一定要从斜槽上同一位置由静止释放钢球 D除上述装置外，还可以用数码照相机拍摄钢球做平抛 运动时每秒15帧的录像以获得平抛运动的轨迹 解析：小球下落的速度很快，运动时间很短，用眼睛很难 准确判断出小球落地的先后顺序，应听声音，选项A不合理； 竖直管的上端A应低于水面，这是因为竖直管与空气相通，A处 的压强始终等于大气压，不受瓶内水面高低的影响，因此可以 得到稳定的细水柱，选项B正确；只有每次从同一高度释放钢 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 球，钢球做平抛运动的初速度才相同，选项C错误；获得了每 秒15帧的录像就等同于做平抛运动实验时描方格图的方法，同 样可以探究平抛运动的规律选项D正确 答案：BD 名师归纳：研究平抛运动的实验原理是：把平抛运动看做 是水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的合运 动高考中常常通过变通实验装置、变通操作方法等达到验证 实验的目的，考查同学们利用课本知识解决实际问题的能力 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 变式应用 1在做“研究平抛物体的运动”实验时，下列说法正确的 是( ) A安装有斜槽的木板时，一定要注意检查斜槽末端切线 是否水平 B安装有斜槽的木板时，只要注意小球不与木板发生摩 擦即可 C每次实验都要把小球从同一位置由静止释放 D实验的目的是描出小球的运动轨迹，分析平抛运动水 平分运动的规律 AD 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 由轨迹求解初速度 右图甲所示为平抛 运动实验中得到的物体运动 轨迹的一部分，A、B、C三个 点位于轨迹上，所用坐标纸 每小格对应的边长是5 cm.试由轨迹求初速度v0(g取10 m/s2) 解析：解法一：从AB和从BC水平位移值相等， 两段时间相等，令其为T. 又AB、BC竖直位移之比是3：5，可推知抛出点为 上图乙中的O点 设每个方格的边长为l，对OC的运动有 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 答案：1.5 m/s 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 名师归纳：解此类型题时最容易犯的错误就是将图甲中的 A点当做是坐标原点(即抛出点)，从而导致全局错误，认清这个 误区，解此类题起手就要着重找抛出点利用从AB，从 BC时间相等，竖直位移之比是3 ：5，顺理成章找到O为抛出 点，问题便迫刃而解但如果没有本题竖直位移35之类的巧合 ，寻找抛出点便有困难，因此就要另辟蹊径“解法二”就是充 分利用竖直分运动为匀变速运动的特点，从公式saT2出发 解出本题两者相比较，“解法一”更接近从学生实验累积的知 识基础；但“解法二”更具有普遍性，应重点掌握 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 变式应用 2某同学在做研究平抛运动的实验时，忘 记记下斜槽末端位置，图中的A点为小球运动一 段时间后的位置，他便以A点作为原点建立直角 坐标系，得到如图所示的图象试根据图象求 出小球做平抛运动的初速度(g取10 m/s2) 解析：从题图所示的图像中可以看出小球在A、B、C、D 位置间的水平距离都是0.20 m，由于小球在水平方向做匀速直 线运动，于是可知小球由A运动到B，以及由B运动到C，由C运 动到D所用的时间是相等的，设该时间为t.又由于小球在竖直方 向做自由落体运动，加速度等于重力加速度g，根据匀变速直 线运动的特点ygt2，得 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 答案：2.0 m/s 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 基础练 1关于“研究平抛物体的运动”实验中，下列说法正确的 是( ) A实验目的之一是测量当地重力加速度 B小球运动时，应与木板上的白纸相接触 C把小球位置记录在纸上后，应用平滑曲线连接 D在纸上记录小球的第一个位置，应尽量靠近坐标原点 C 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 2安装实验装置的过程中，斜槽末端的切线必须是水平 的，这样做的目的是( ) A保证小球飞出时，速度既不太大，也不太小 B保证小球飞出时，初速度水平 C保证小球在空中运动的时间每次都相等 D保证小球运动的轨迹是一条抛物线 B 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 3数码照相机大多具有摄像功能，每秒钟大约能拍摄15 帧一同学用它拍摄小球从水平面上飞出后做平抛运动的几张 连续照片，下列处理方法中正确的是( ) A只要测出相邻两照片上小球的距离，就能判断平抛运 动的特点 B只要测出相邻两照片上小球的水平距离，就能判断平 抛运动在水平方向上的运动特点 C只要测出相邻两照片上小球的竖直距离，就能判断平 抛运动在水平方向上的运动特点 D只要测出相邻两照片上小球的竖直距离，就能判断平 抛运动在竖直方向上的运动特点 BD 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 4.在研究平抛运动的实验中，某同学只记录 了小球运动途中的A、B、C三点的位置，取A点 为坐标原点，则各点的位置坐标如图所示，g取 10 m/s2，下列说法正确的是( ) A小球抛出点的位置坐标是(0,0) B小球抛出点的位置坐标是(10，5) C小球平抛的初速度为2 m/s D小球平抛的初速度为1 m/s BD 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 5在研究平抛物体运动的实验中 ，用一张印有小方格的纸记录轨道， 小方格的边长为l1.25 cm，若小球在 平抛运动过程中的几个位置如图中的a 、b、c、d所示，则小球平抛的初速度 v0的数值为_，(g取 9.8 m/s2) 在下图中找出小球的抛出点，画出小 球的运动轨迹和以抛出点为坐标原点 的x、y坐标轴抛出点O在a点左侧 _处，a点上方_处(用l 表示) 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 6某同学在“研究平抛运动 ”的实验中，在已经判定平抛运 动在竖直方向为自由落体运动后 ，利用图甲所示实验装置研究水 平方向的运动他先调整斜槽轨 道使槽口末端水平，然后在方格 纸 上建立好直角坐标系xOy，将方格纸 上的坐标原点O与轨道槽口末端重合，y轴与重垂线重合，x轴 水平实验