高中物理 第一章 抛体运动 第3节 平抛运动课件 教科版必修2(1).ppt

第3节平抛运动 自主学习 课堂探究 达标测评 自主学习课前预习 感悟新知 教师参考 目标导航 重点 平抛运动的运动规律及其应用难点 根据运动的合成与分解知识理解平抛运动的特点及规律 情境链接如图所示 小球从斜槽上挡板处由静止开始运动 离开o点后水平抛出 小球离开o点后初速度方向沿什么方向 受力情况怎样 做什么运动 轨迹有什么特点 怎样研究 信息1 小球的初速度水平 只受重力作用 2 小球做平抛运动 轨迹为抛物线 3 研究方法 运动的合成与分解 教材梳理 一 平抛运动1 定义将物体以一定的初速度沿方向抛出 不考虑空气的阻力 物体只在作用下所做的运动 水平 想一想在羽毛球比赛中 水平击出的羽毛球在空中的运动是平抛运动吗 答案 羽毛球在空中运动时除受重力外 所受空气阻力不能忽略 故不是平抛运动 重力 2 特点 1 水平方向 物体做运动 2 竖直方向 物体做运动 匀速直线 自由落体 3 位移和速度 1 水平方向 x vx 2 竖直方向 y vy 4 轨迹和实际速度 1 轨迹 由水平和竖直方向上物体的位置坐标作出的平滑曲线 vxt v0 gt 任一时刻 2 实际速度 大小为vt 方向为平抛轨迹的方向 与x轴正方向的夹角 满足tan 切线 二 学生实验 研究平抛运动1 轨迹的描绘 记录小钢球做平抛运动的几个点迹 并用平滑曲线连接起来就得到了平抛运动的轨迹 2 初速度v0的计算 将轨迹上几点的坐标 x y 代入x v0t y gt2计算得出小钢球做平抛运动的初速度v0的平均值 即为平抛运动的初速度 1 水平抛出的物体所做的运动一定是平抛运动 2 所有平抛运动的加速度都相同 3 平抛运动的初速度越大 水平位移越大 4 如果下落时间足够长 平抛运动的物体的速度方向可变为竖直向下 5 平抛运动是一种变加速曲线运动 6 竖直高度越大 平抛运动的时间越长 思考判断 答案 1 2 3 4 5 6 要点一 平抛运动的规律及其应用 课堂探究核心导学 要点探究 问题导学 柯受良驾驶跑车以惊 奇 险的1 58s 成功飞越50m宽的黄河瀑布 从而获得了 亚洲第一飞人 的称号 如果柯受良所驾驶的跑车在空中运动时所受的空气阻力可以忽略 车子是从跑道上水平飞出的 1 怎样求出它离开跑道时的水平速度 2 怎样求出车子在空中下降的高度 答案 1 跑车做平抛运动 水平方向x v0t 则v0 2 竖直方向h gt2 要点归纳 1 平抛运动的研究方法 1 由于平抛运动是曲线运动 速度 位移的方向时刻发生变化 无法直接应用运动学公式 因此 研究平抛运动问题时采用运动分解的方法 化曲为直 2 平抛运动一般分解为竖直方向和水平方向上的两个分运动 它们分别做自由落体运动和匀速直线运动 2 平抛运动的规律 1 轨迹 以抛出点为坐标原点 水平抛出的方向为x轴的正方向 竖直向下的方向为y轴正方向 建立一个直角坐标系xoy 平抛运动物体的运动轨迹如图所示 2 位移 平抛运动物体的位移如图所示 位移的大小 3 速度 平抛运动物体的速度如图所示 3 平抛运动的结论 4 平抛物体的运动中 任意一段时间内的速度变化量 v g t 方向恒为竖直向下 v0 v v三个速度矢量构成的三角形一定是直角三角形 如图 甲 所示 5 两个重要推论 平抛运动的物体在任一位置速度偏角 与位移偏角 的关系总有 tan 2tan 如图 乙 所示 有 平抛运动的物体 在任一时刻的瞬时速度v反向延长线与x轴交点坐标值为水平位移的一半 典例1 多选 如图所示 在高空匀速飞行的轰炸机 每隔1s投下一颗炸弹 若不计空气阻力 则 a 这些炸弹落地前排列在同一条竖直线上b 这些炸弹都落于地面上同一点c 这些炸弹落地时速度大小方向都相同d 相邻炸弹在空中距离保持不变 ac 思路点拨 1 无论是在轰炸机上的炸弹还是已经做平抛运动的炸弹 在水平方向上的分速度都相同 在水平方向上的分位移也相同 2 离开轰炸机后的炸弹在竖直方向做自由落体运动 3 炸弹落地时速度是水平分速度与竖直分速度的矢量和 解析 这些炸弹是做平抛运动 速度的水平分量都一样 与飞机速度相同 相同时间内 水平方向上位移相同 所以这些炸弹排在同一条竖直线上 选项a正确 这些炸弹抛出时刻不同 落地时刻也不一样 不可能落于地面上的同一点 选项b错误 由于这些炸弹下落的高度相同 初速度也相同 这些炸弹落地时速度大小和方向都相同 选项c正确 两相邻炸弹在空中的距离为 s s1 s2 g t 1 2 gt2 gt g 由此可知 s随时间t增大 选项d错误 规律方法平抛运动在水平方向做匀速直线运动 竖直方向做自由落体运动 研究平抛运动通常采用速度分解方法实现 化曲为直 教师备用 例1 1 如图所示 从同一点o先后水平抛出的三个物体分别落在对面台阶上的a b c三点 若不计空气阻力 三物体平抛的初速度va vb vc的关系以及三物体在空中的飞行时间ta tb tc的关系分别是 解析 抛出点距a b c点间的高度逐次减小 由公式h gt2可知 运动时间逐次减小 故有ta tb tc 抛出点距a b c点的水平距离逐次增大 而时间逐次减小 由公式x vt可知 平抛初速度逐次增大 故有va vb vc 故选项c正确 c a va vb vc ta tb tcb vatb tcd va vb vc ta tb tc 针对训练1 1 飞镖比赛是一项极具观赏性的体育比赛项目 idf 国际飞镖联合会 飞镖世界杯赛上 某一选手在距地面高h 离靶面的水平距离l处 将质量为m的飞镖以速度v0水平投出 结果飞镖落在靶心正上方 如只改变h l m v0四个量中的一个 可使飞镖投中靶心的是 不计空气阻力 a 适当减小v0b 适当提高hc 适当减小md 适当减小l a 要点二 平抛运动与斜面相结合的问题 问题导学 跳台滑雪是勇敢者的运动 在利用山势特别建造的跳台上 运动员穿着专用滑雪板 在助滑路上获得高速后水平飞出 在空中飞行一段距离后着陆 如图所示 请思考 1 运动员从斜坡上的a点水平飞出 到再次落到斜坡上的b点 根据斜面倾角可以确定运动员位移的方向还是运动员速度的方向 2 运动员从斜面上的a点水平飞出 到运动员再次落到斜面上 他的竖直分位移y与水平分位移x之间有什么关系 答案 1 能确定位移方向 也能确定速度方向 2 tan 要点归纳 1 对着斜面抛 对着斜面平抛 物体垂直于斜面 或某一角度 打到斜面上 2 顺着斜面抛 物体从斜面上水平抛出后又落到斜面上 典例2 跳台滑雪是一种极为壮观的运动 运动员穿着滑雪板 从跳台水平飞出 在空中飞行一段距离后着陆 如图所示 设运动员连同滑雪板的总质量m 50kg 从倾角 37 的坡顶a点以速度v0 20m s沿水平方向飞出 恰落到山坡底的水平面上的b处 g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 运动员在空中飞行的时间 思路点拨 1 运动员的竖直分位移y 水平分位移x与斜面倾角 之间存在的边角关系是tan 答案 1 3s 2 a b间的距离s 思路点拨 2 a b间的距离s与水平分位移x 竖直分位移y之间的大小关系是s 答案 2 75m 规律方法平抛运动与斜面相结合问题的处理方法平抛运动与斜面结合问题常见的有两类 1 物体从斜面上某一点水平抛出以后又重新落到斜面上 此时平抛运动物体的合位移与水平方向的夹角等于斜面的倾角 2 平抛运动的物体垂直打在斜面上 此时物体的合速度与竖直方向的夹角与斜面的倾角相等 根据以上两种情况确定出平抛运动的速度或位移的方向 就可以求出运动时间 其他相关的平抛运动问题即可迎刃而解 教师备用 例2 1 如图所示 p是水平面上的圆弧凹槽 从高台边b点以某速度v0水平飞出的小球 恰能从固定在某位置的凹槽的圆弧轨道的左端a点沿圆弧切线方向进入轨道 o是圆弧的圆心 1是oa与竖直方向的夹角 2是ba与竖直方向的夹角 则 b 针对训练2 1 如图所示 在倾角 37 的斜面底端的正上方h处 平抛一个物体 该物体落到斜面上的速度方向正好与斜面垂直 则物体抛出时的初速度为 a 要点三 研究平抛运动 问题导学 在研究平抛运动的实验中 1 怎样检验斜槽末端的切线水平 2 怎样检验坐标纸的竖线是否竖直 3 小球每次释放的位置有何要求 4 小球的抛出点即坐标原点o应怎样确定 答案 1 检验是否水平的方法是 将小球放在斜槽末端水平部分的任意位置 看小球能否静止 2 用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直 3 小球每次必须从斜槽上同一位置 且高度合适 由静止滚下 4 坐标原点是小球平抛的起点 应以小球在槽口时球心在木板上的水平投影点确定 要点归纳 1 实验目的用实验的方法描出平抛物体的运动轨迹 并通过这个轨迹求初速度 2 实验原理 3 实验器材斜槽 坐标纸 图钉 方木板 铅笔 钢球 三角板 刻度尺 重垂线 4 实验步骤 1 安装 调整斜槽 将斜槽轨道固定在实验桌上 其末端伸出桌面外 轨道末端切线水平 如图所示 2 调整木板 确定坐标原点 用图钉将坐标纸固定在竖直木板上 把木板调整到竖直位置 使板面与小球的运动轨迹所在平面平行且靠近 把小球放在槽口处 用铅笔记下小球在槽口 轨道末端 时球心所在木板上的水平投影点o o点即为坐标原点 过o点的水平向右的直线为x轴 利用重垂线画出过坐标原点的竖直线 作为y轴 3 描点 使小球由斜槽某一位置无初速度滚下 离开水平槽后做平抛运动 先用眼睛粗略确定小球的运动轨迹 然后使小球从同一位置无初速度滚下 把笔尖放在粗略确定的位置处 如果小球运动中碰到笔尖 用铅笔在该位置记下这一点 用同样方法 在小球运动路线上描下若干点 4 描绘平抛运动的轨迹 取下坐标纸 将纸上记下的一系列点用平滑曲线连起来 即得到小球平抛运动的轨迹 5 数据处理计算平抛物体的初速度 1 在轨迹曲线上任取几点 2 用刻度尺和三角板分别测出所取点的坐标x和y 3 根据平抛运动水平方向上是匀速直线运动 x v0t 和竖直方向上是自由落体运动 y gt2 分别计算出小球的初速度v0 最后计算小球的初速度v0的平均值 6 误差分析 1 斜槽末端没有调水平 小球离开斜槽后不做平抛运动 2 确定小球的位置不准确 3 量取轨迹上各点坐标时不准确 7 注意事项 1 实验中必须调整斜槽末端的切线水平 检验是否水平的方法是 将小球放在斜槽末端水平部分 将其向两边各轻轻拨动一次 看其是否有明显的运动倾向 2 方木板必须处于竖直平面内 固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直 3 小球每次必须从斜槽上同一位置由静止滚下 4 坐标原点即小球平抛的起点 不是槽口的端点 应是小球在槽口时球心在木板上的水平投影点 5 在轨迹上选取离坐标原点o较远的一些点来计算初速度 典例3 如图 甲 是 研究平抛运动 的实验装置图 1 实验时 除了木板 小球 斜槽 铅笔 图钉之外 下列器材中还需要的是 a 游标卡尺b 秒表c 坐标纸d 天平e 弹簧测力计f 重垂线 2 实验前应对实验装置反复调节 直到斜槽末端切线 每次让小球从同一位置由静止释放 是为了每次平抛 3 图 乙 是正确实验取得的数据 其中o为抛出点 则此小球做平抛运动的初速度为m s 4 在另一次实验中将白纸换成方格纸 每小格的边长l 5cm 通过实验 记录了小球在运动途中的三个位置 如图 丙 所示 则该小球做平抛运动的初速度为m s b点的竖直分速度为m s 思路点拨 1 坐标纸记录的三个位置中 相邻两点间水平距离相等 说明小球经过相邻两点的时间间隔是相等的 2 小球在竖直方向的分运动是自由落体运动 设a b间 b c间竖直分位移分别为y1 y2 时间为t 则有y2 y1 gt2 解析 1 实验中需要在坐标纸上记录小球的位置 描绘小球的运动轨迹 需要利用重垂线确定坐标轴的y轴 故c f是需要的 2 要使小球做平抛运动 斜槽末端切线应水平 同时为了使每次平抛的初速度相同 应让小球从同一位置由静止释放 答案 1 c f 2 水平初速度相同 3 1 6 4 1 52 规律方法数据处理分析技巧 由于轨迹不是完整的平抛运动轨迹 所以y轴上y gt2不成立 但 y gt2依然成立 这类问题的解题思路是 先在水平方向截取两段相邻且相等的位移 x确定相应竖直位移之差 y 再根据 y gt2求出轨迹上两点间的运动时间t 再利用 x v0t求出平抛运动的初速度v0 教师备用 例3 1 某实验小组同学在 研究平抛物体的运动 实验中 只画出了如图所示的曲线 于是他在曲线上取水平距离 x相等的三点a b c 量得 x 0 2m 又量出它们之间的竖直距离分别为h1 0 1m h2 0 2m g 10m s2 利用这些数据 可求得 1 物体抛出时的初速度为m s 答案 1 2 2 物体经过b点时竖直分速度为m s 3 抛出点距b点的水平距离为m 竖直距离为m 答案 2 1 5 3 0 30 1125 针对训练3 1 1 多选 研究平抛运动 下面做法中可以减小实验误差的是 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 解析 1 研究平抛运动时 钢球体积越小 所受空气阻力越小 并且记录小球通过的位置越准确 a正确 小球每次从斜槽上的同一位置由静止开始滚下 可保证小球的初速度不变 与钢球和斜槽间的摩擦无关 b错误 c正确 实验时必须使斜槽末端的切线水平 以确保小球水平飞出做平抛运动 d正确 答案 1 acd 2 某同学在做 研究平抛运动 的实验中 忘记记下小球做平抛运动的起点位置o a为小球运动一段时间后的位置 根据如图所示 求出小球做平抛运动的初速度为m s 答案 2 2 0 达标测评随堂演练 检测效果 1 关于平抛运动 下列说法错误的是 a 平抛物体在运动过程中 其加速度和水平速度保持不变b 平抛运动物体可以分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动c 平抛物体做曲线运动 因此它不可能是匀变速运动d 平抛物体水平飞行的距离与初速度和高度有关 c 解析 平抛运动的加速度为g 保持不变 水平方向上做匀速直线运动 水平分速度不变 故a正确 平抛运动可以分解为水平方向上的匀速直线运动和竖直方向上的自由落体运动 故b正确 平抛运动的加速度不变 做匀变速曲线运动 故c错误 根据x v0t v0 知平抛运动飞行的水平距离与初速度和高度都有关 故d正确 2 蹲在树枝上的一只松鼠看到一个猎人正在用枪水平对准它 就在子弹出枪口时 松鼠开始运动 下述各种运动方式中 松鼠能逃脱被击中