高中物理 第五章 曲线运动 第3节 实验：研究平抛运动课件 新人教版必修2.ppt

第五章 实验理论指导 典题案例导析 题型一 题型二 第3节 题型三 知能演练提升 三 实验器材1 描迹法斜槽轨道 小钢球 木板 白纸 图钉 重锤 直尺 三角板 铅笔等 2 喷水法饮料瓶 瓶塞 两端开口的细管 其中一根弯成直角 其一端接一段更细的硬管 白纸 木板 四 实验步骤1 描迹法实验装置如图5 3 1所示 钢球从斜槽上滚下 冲过水平槽飞出后做平抛运动 每次都使钢球在斜槽的同一位置滚下 钢球在空中做平抛运动的轨迹就是一定的 用铅笔描出小球每次经过的位置 通过多次实验 在竖直白纸上记录钢球经过的多个位置 连起来可得到钢球平抛运动的轨迹 图5 3 1 2 喷水法如图5 3 2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 加上一个很细的喷嘴 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 将它描在背后的纸上 进行分析处理 图5 3 2 3 频闪照相法用数码照相机可记录下平抛运动的轨迹 如图5 3 3所示 由于相邻两帧照片间的时间间隔是相等的 只要测量相邻两照片上小球的水平位移 就很容易判断平抛运动水平方向上的运动特点 图5 3 3 五 数据处理1 判断平抛运动的轨迹是抛物线 1 如图5 3 4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oa2 2l oa3 3l 过a1 a2 a3 向下作垂线 与轨迹的交点记为m1 m2 m3 图5 3 4 2 设轨迹是一条抛物线 则m1 m2 m3 各点的y坐标与x坐标应该具有的形式为y ax2 a是常量 3 用刻度尺测量某点的x y两个坐标 代入y ax2中 求出常量a 4 测量其他几个点的x y坐标 代入上式 看由各点坐标求出的a值是否相等 如果在误差允许范围内相等 就说明该曲线为抛物线 六 注意事项 1 利用描迹法做实验时必须调整斜槽末端的切线沿水平方面 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滚下 4 坐标原点不能是槽口的端点 应是小球出槽口时球心在木板上的投影点 5 小球开始滚下的位置高度要适中 以使小球做平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜 6 在轨迹上选取离坐标原点o点较远的一些点来计算初速度 七 误差分析 1 用描迹法时斜槽末端没有水平 使得小球离开斜槽后不做平抛运动 2 描点不准确 3 在轨迹上量取某点坐标 x y 时出现误差 八 它案设计对比实验法研究平抛运动规律 实验装置如图5 3 5所示 图5 3 5 1 研究水平方向上的分运动的性质 1 把两个小钢珠分别吸在电磁铁c d上 切断电源 使两个小钢珠以相同的初速度分别从轨道a b同时射出 2 同步改变电磁铁c d与轨道出口水平线之间的高度 多次重复以上步骤 我们看到两个小钢珠每次都发生相碰 因此可以得出两个小钢珠在水平方向的运动是相同的 即平抛运动在水平方向上的分运动是匀速直线运动 2 研究竖直方向上的分运动的性质 1 把两个小钢珠分别吸在电磁铁c e上 切断电磁铁c的电源 使一只小钢珠从轨道a射出 并在射出时碰撞开关 s 使电磁铁e断电释放它吸着的小钢珠 2 调整电磁铁e的位置 让电磁铁e从n向m移动 多次重复以上步骤 我们看到两个小钢珠每次都发生相碰 因此可以得出两个小钢珠在竖直方向的运动是相同的 即平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动 例1 在 研究平抛运动 的实验中 可以描绘平抛物体运动轨迹和求物体的平抛初速度 实验简要步骤如下 a 让小钢球多次从 位置上滚下 记下小球运动途中经过的一系列位置 b 安装好器材 注意斜槽末端水平和木板竖直 记下小球在斜槽末端时球心在木板上的投影点o和过o点的竖直线 检测斜槽末端水平的方法是 c 测出曲线上某点的坐标x y 用v0 算出该小球的平抛初速度 实验需要对多个点求v0的值 然后求它们的平均值 d 取下白纸 以o为原点 以竖直线为y轴建立坐标系 用平滑曲线画平抛轨迹 上述实验步骤的合理顺序是 只排列序号即可 解析 a项中要记下小球运动途中经过的一系列位置 不可能在一次平抛中完成 每一次平抛一般只能确定一个位置 要确定多个位置 要求小球每次的轨迹重合 小球开始平抛时的初速度必须相同 因此小球每次必须从同一位置上滚下 b项中用平衡法 即将小球放到斜槽末端任一位置 如果斜槽末端是水平的 小球受到的支持力和重力是平衡的 不论将小球放到斜槽末端任何位置 小球均不会滚动 如果斜槽末端不是水平的 小球将发生滚动 c项中运用x v0t及y gt2联立即可求得v0 x 例2 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 25cm 若小球在平抛运动途中的几个位置如图5 3 6中a b c d所示 则 1 小球做平抛运动的初速度的计算式是什么 用l g表示 其值是多少 2 a点是平抛小球抛出点的位置吗 如果不是 那么抛出点的位置怎样确定 图5 3 6 例3 利用单摆验证小球平抛运动规律 设计方案如图5 3 7甲所示 在悬点o正下方有水平放置的炽热的电热丝p 当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断 mn为水平木板 已知悬线长为l 悬点与木板间的距离oo h h l 图5 3 7 1 电热丝p必须置于悬点正下方的理由是 2 将小球向左拉起后自由释放 最后小球落在木板上的c点 o c x 则