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

3实验 研究平抛运动 第五章曲线运动 内容索引 技能储备明确原理提炼方法 题型演练学以致用实训演练 达标检测检测评价达标过关 技能储备 一 描绘平抛运动的轨迹1 实验原理用法 或喷水法或法 得到物体平抛运动的轨迹 2 实验器材斜槽 小球 图钉 铅垂线 铅笔 白纸 铁架台 描迹 方木板 频闪照相 刻度尺 3 实验步骤 1 按图1甲所示安装实验装置 使斜槽末端水平 小球在斜槽末端恰好静止 图1 2 以水平槽末端端口上小球球心在木板上的投影点为坐标原点o 过o点画出竖直的y轴和水平的x轴 3 使小球从斜槽上位置由静止滚下 把笔尖放在小球可能经过的位置上 如果小球运动中碰到笔尖 就用铅笔在该位置画上一点 用同样方法 在小球运动路线上描下若干点 4 将白纸从木板上取下 从o点开始通过画出的若干点描出一条的曲线 如图乙所示 图1 同一 平滑 4 注意事项 1 实验中必须调整斜槽末端的切线 将小球放在斜槽末端水平部分 若小球静止 则斜槽末端水平 2 方木板必须处于平面内 固定时要用铅垂线检查坐标纸竖线是否 3 小球每次必须从斜槽上位置由静止释放 4 坐标原点不是槽口的端点 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白纸的左上角一直到达右下角为宜 水平 竖直 竖直 同一 二 判断平抛运动的轨迹是不是抛物线1 数据处理方法一公式法 1 原理 若平抛运动的轨迹是抛物线 则当以抛出点为坐标原点 建立直角坐标系后 轨迹上各点的坐标应具有y 的关系 而且同一轨迹a是一个特定的值 2 验证方法用刻度尺测量几个点的x y坐标 分别代入y ax2中求出常量a 看计算得到的a值在误差允许的范围内是否是一个常数 ax2 方法二图象法建立y x2坐标系 根据所测量的各个点的x y坐标值分别得到对应的y值和x2值 在y x2坐标系中描点 连接各点看是否在一条直线上 并求出该直线的斜率即为a值 2 计算初速度在小球平抛运动轨迹上任取一点 用刻度尺 三角板 测出它们的坐标 x y 利用公式y 和x 求出小球做平抛运动的初速度v0 g已知 多求几个点 然后求出v0的平均值 v0t 题型演练 一 平抛运动的原理与实验操作 例1 2017 浙江4月选考科目考试 在 研究平抛运动 实验中 1 图2是横挡条卡住平抛小球 用铅笔标注小球最高点 确定平抛运动轨迹的方法 坐标原点应选小球在斜槽末端点时的 a 球心b 球的上端c 球的下端在此实验中 下列说法正确的是 a 斜槽轨道必须光滑b 记录的点应适当多一些c 用光滑曲线把所有的点连接起来d y轴的方向根据重锤线确定 答案 图2 2 图3是利用图2装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片 由照片可判断实验操作错误的是 a 释放小球时初速度不为0b 释放小球的初始位置不同c 斜槽末端切线不水平 答案 图3 图2 3 图4是利用稳定的细水柱显示平抛运动轨迹的装置 其中正确的是 答案 1 为保证小球做平抛运动 必须使斜槽的末端水平 2 为保证小球每次平抛的初速度相同 必须让小球从同一位置由静止释放 如果用细水柱显示轨迹 必须保证管口处的压强不变 二 计算平抛运动的初速度 计算平抛运动的初速度可以分为两种情况 1 平抛轨迹完整 即含有抛出点 在轨迹上任取一点 测出该点离坐标原点的水平位移x及竖直位移y 就可求出初速度v0 2 平抛轨迹残缺 即无抛出点 在轨迹上任取三点a b c 如图5所示 使a b间及b c间的水平距离相等 由平抛运动的规律可知a b间与b c间所用时间相等 设为t 则 h hbc hab gt2 图5 例2某同学在做 研究平抛运动 实验时得到了如图6所示的运动轨迹 a b c三点的位置在运动轨迹上已标出 则 1 小球平抛的初速度为 m s g取10m s2 图6 2 解析由平抛运动公式 在x轴方向上xab v0t 在竖直方向上hbc hab gt2 代入数据解得t 0 1s v0 2m s 答案 解析 2 小球运动到b点时速度大小vb 方向 图6 答案 解析 2 5m s 与x轴方向夹角为37 3 小球抛出点的位置坐标x cm y cm 图6 答案 解析 10 1 25 根据平抛运动轨迹测定初速度时 不要随便把题目所提供的第一个记录点当成平抛运动的抛出点 可利用自由落体运动在竖直方向上连续相同时间内下落高度之比为1 3 5 的关系来判断第一个记录点是否为抛出点 若不是 只能由 h gt2求出时间间隔 三 创新实验设计 例3某同学设计了一个研究平抛运动的实验 实验装置示意图如图7甲所示 a是一块平面木板 在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽 图中p0p0 p1p1 槽间距离均为d 把覆盖复写纸的白纸铺贴在平面硬板b上 实验时依次将b板插入a板的各插槽中 每次让小球从斜轨道的同一位置由静止释放 每打完一点后 把b板插入后一槽中并同时向纸面内侧平移距离d 实验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点 如图乙所示 图7 1 实验前应对实验装置反复调节 直到 每次让小球从同一位置由静止释放 是为了 图7 答案 解析 答案见解析 解析本实验把小球通过的水平相等位移 即槽间距离d 巧妙转化为题图中x轴上通过相同的位移 即向纸内侧平移距离d 而竖直方向确定的落点为竖直位置 因而可画出平抛运动的轨迹 根据实验设计方案 实验前应对实验装置进行调节 使斜轨道末端切线水平 以保证小球飞出时的速度沿水平方向 小球做平抛运动 每次让小球从同一位置由静止释放的目的是使小球每次做平抛运动的初速度相同 轨迹相同 2 每次将b板向内侧平移距离d 是为了 图7 答案 解析 答案见解析 解析每次将b板向内侧平移距离d是为了保持记录纸上每两点之间的水平距离相同 3 在图乙中绘出小球做平抛运动的轨迹 图7 答案 解析 答案见解析 解析如图所示 注意要用平滑的曲线连接 1 本实验中 把小球的平抛运动的轨迹由纸面内转换到垂直纸面的平面内 2 b板每向右平移距离d 同时向纸面内侧平移距离d 使转换具有等效性 达标检测 1 2 3 1 实验方案的设计 2018 浙江省名校新高考研究联盟第二次联考 在探究平抛运动的规律时 可以选用如图8所示的各种装置图 则以下操作合理的是 图8 图8 a 选用装置图甲研究平抛物体的竖直分运动时 可多次改变小球距地面的高度 但必须控制每次打击的力度不变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 每次不一定从斜槽上同一位置由静止释放钢球d 选用装置图丙并要获得钢球做平抛运动的轨迹 要以槽口的端点为原点建立坐标系 答案 解析 1 2 3 解析要根据自由落体运动比较平抛运动竖直方向上的运动性质 与水平方向上的运动无关 而击打力度只影响水平方向上的速度 所以不需要控制每次的击打力度 a错误 a管内与大气相通 为外界大气压强 a管在水面下保证a管上出口处的压强为大气压强 因而另一出水管的上端口处压强与a管上出口处的压强有恒定的压强差 保证另一出水管出水压强恒定 从而出水速度恒定 b正确 选用装置图丙要获得钢球的平抛轨迹 每次一定要从斜槽上同一位置由静止释放钢球 这样才能保证初速度相同 故c错误 建立坐标系时 以斜槽末端端口上方小球球心在木板上的投影点为坐标原点 d错误 1 2 3 2 初速度的计算 2018 浙江4月选考科目考试 图9是小球做平抛运动的频闪照片 其上覆盖了一张透明方格纸 已知方格纸每小格的边长均为0 80cm 由图可知小球的初速度大小为 m s g 10m s2 结果保留两位有效数字 答案 解析 0 70 0 66 0 74均可 图9 1 2 3 解析方法一水平方向做匀速直线运动 相邻两点间水平位移3 5l v0t竖直方向 y y2 y1 2l gt2将l 0 8 10 2m代入可得 v0 0 70m s方法二四个位置间的竖直分位移之比为1 3 5 故可知第一个球的位置为抛出点 由l gt2 3 5l v0t 将l 0 8 10 2m代入可得 v0 0 70m s 1 2 3 a 让小球多次从 释放 在一张印有小方格的纸上记下小球经过的一系列位置 如图中a b c d所示 b 安装好器材 注意 记下平抛初位置o点和过o点的水平线与竖直线 c 取下方格纸 以o为原点 以水平线为x轴 竖直线为y轴建立直角坐标系 用平滑曲线画出小球做平抛运动的轨迹 1 完成上述步骤 将正确的答案填在横线上 3 实验操作及速度的计算 如图10所示 在 研究平抛运动 的实验中 可以描绘出小球平抛运动的轨迹 实验简要步骤如下 答案 解析 图10 同一位置静止 斜槽末端切线水平 1 2 3 解析这种方法 需让小球重复同一个平抛运动多次 才能记录出小球的一系列位置 故必须让小球每次由同一位置静止释放 斜槽末端切线水平 小球