2019版高考物理第四章曲线运动第5讲实验：探究平抛运动课件.pptx

1、第5讲实验：探究平抛运动,知识梳理 实验装置,实验原理 平抛运动可以看做是两个分运动的合成:一是水平方向的匀速直线运动,其速度等于平抛物体运动的初速度;另一个是竖直方向的自由落体运动。利用坐标纸记下做平抛运动的小球运动时的若干不同位置,然后描出运动轨迹。测出曲线上任一点的坐标x和y,利用x=v0t和y=gt2就可求出小球的水平分速度,即平抛物体的初速度:v0=x,1.关于平抛运动的实验中,下列说法正确的有() A.此实验需测出小球的直径 B.小球从槽上滚下的位置可以不同 C.如斜槽末端O点的切线斜向下方,但实验者未发现,而误将小球的运动当成平抛处理,这样求出的初速度将偏小 D.小球平抛运动的坐

2、标系的原点O的位置应取在斜槽中凹下处的最低点,C,答案C在“研究平抛运动”的实验中,不需要测量小球直径,选用的小球尽可能小些;每次小球要从同一位置由静止释放,才能保证每次平抛的初速度相等,因实验时是通过记录小球多次平抛运动中在不同位置的点,然后连成抛物线作为平抛的轨迹,这就要求每次平抛的轨迹重合,故每次的初速度要保证相等;所建的坐标系原点应在槽末端上方小球球心处;如果末端切线不水平而斜向下,则小球在竖直方向有初速度,做自由落体处理进行计算求得的时间比实际大,求出的水平速度将偏小,2.在做“研究平抛物体的运动”的实验时,为了确定小球在不同时刻所通过的位置,用如图所示的装置,将一块平木板钉上复写纸

3、和白纸,竖直立于槽口前某处且和斜槽所在的平面垂直,使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下,小球撞在木板上留下点迹A;将木板向后移距离x,再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下,小球撞在木板上留下点迹B;将木板再向后移距离x,小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下,再得到点迹C。若测得木板每次后移距离x=20.00 cm,A、B间距离y1=4.70 cm,B、C间距离y2=14.50 cm。根据以上直接测得的物理量推导出小球初速度的计算 公式为v0= (用题中所给字母表示);小球初速度值为 2.00 m/s。(g取9.80 m/s2,结果保留三位有效数字,答案x2.00,解析木板每次后移距离等效于平抛物体

4、的水平位移大小,因而打的A、B、C三点中相邻两点时间间隔相等,由y=gt2,得t=,所以初速 度v0=x=x,代入数据得 v0=2.00 m/s,深化拓展,考点一实验的注意事项,考点二实验拓展,深化拓展 考点一实验的注意事项 1.注意事项 (1)实验中必须保证通过斜槽末端点的切线水平,方木板必须处在竖直平面且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行,并使小球的运动靠近木板但不接触; (2)小球必须每次从斜槽上同一位置滚下,为此在斜槽上固定一个挡板,每次都从挡板处无初速度地释放小球; (3)坐标原点(小球做平抛运动的起点)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; (4)要在斜槽上适当的

5、高度释放小球,使它水平抛出后其轨迹由木板左上角到达右下角,这样可以减小测量误差,5)要在平抛轨迹上选取距O点远些的点来计算球的初速度,这样可使结果的误差较小,2.求小球平抛的初速度 (1)以O为坐标原点,用三角板在白纸上建立xOy坐标系。 (2)在轨迹上选取点M,并测出它的坐标值(x,y),代入公式v=x/,计算水 平初速度。 (3)再在曲线上选取不同点,重复步骤(2),测量、计算水平初速度,最后求出其平均值,即小球平抛初速度的测量值,1-1在“研究平抛运动”的实验中: (1)为使小球水平抛出,必须调整斜槽,使其末端的切线成水平方向,检查方法是:。 (2)确定小球抛出点即坐标原点O的方法是:把

6、小球(设直径为d)放在平直轨道的槽口处,用三角尺定出小球最高点在纸面上的投影,过投影点作竖直线的垂线(即水平线),找出水平线和竖直线的交点,在交点之下为坐标原点。 (3)验证实验得到的轨迹是否准确的一般方法是:。 (4)某同学在做平抛物体的运动实验中,忘记记下斜槽末端的位置O。A为物体运动一段时间后的位置,根据如图所示图像,求出物体抛出点到A 点的水平距离(g取10 m/s2)(,A.10 cmB.5 cm C.20 cmD.不能确定,答案(1)(2)(3)见解析(4)A,解析(1)将小球轻放在斜槽末端,若小球不向任何一方滚动,说明斜槽末端水平。 (2)坐标原点是小球静止于斜槽末端时,球心的位

7、置,故在题中所指交点下处即坐标原点。 (3)在画出的x轴上从原点开始取相邻等距离的若干点,找出对应轨迹曲线上的若干点A、B、C、D,再找对应y轴上的点a、b、c、d,测出Oa、Ob、Oc、Od各段的长度,若有OaObOcOd=12223242成立,则所画曲线较准确。 (4)由图可知,小球在通过相邻两段AB、BC时,水平位移相同。在竖直方向上有y=0.25 m-0.15 m=gT2,所以T=0.1 s,故平抛初速度v= m/s,1.0 m/s。 设小球从抛出点到A点时间为t,则gtT+gT2=0.15 m,得t=0.1 s,x=vt=0.1 m =10 cm,1-2如图所示,在研究平抛物体的运动

8、的实验中,用一张印有小方格的纸记录轨迹,每个小方格的边长l=1.25 cm。若小球在平抛运动途中的几个位置为图中的a、b、c、d几点,则小球平抛的初速度的计算式为v0=2(用l和g表示),其值是 0.70 m/s ,小球在b点的速率 是0.875 m/s 。(取g=9.8 m/s2,答案20.70 m/s0.875 m/s,解析因小球在水平方向的运动为匀速直线运动,由图中可看出相邻两点的水平距离均为2l,故每相邻两点之间的时间间隔是相等的,设为T,由于平抛运动在竖直方向是自由落体运动,在水平方向是匀速直线运动,根据运动学知识可知: v0= s=gT2 其中s=3l-2l=2l-l=l,所以 T

9、= 代入式得 v0=2=0.70 m/s,小球运动到b点时的竖直分速度 vy=(中间时刻的瞬时速度等 于整段时间的平均速度),小球在b点的速率 vb=0.875 m/s,考点二实验拓展 本实验可以从以下方面考虑拓展: 1.实验原理或方法的拓展,2.实验装置的拓展,2-1某同学设计了一个研究平抛运动的实验,其装置如图所示。A 是一块水平放置的平板,其上有一组平行插槽(如图中P0P0、P1P1、P2P2、 ),槽间距离均为d。将P0P0置于斜槽末端的正下方,把贴有复写纸和白纸的平板B垂直插入P1P1槽内,使小球从斜槽某一位置O无初速度释放,并从斜槽末端水平飞出,沿垂直P1P1方向撞到B板的白纸上并

10、留下痕迹点1。之后将B板依次插入P2P2、P3P3插槽内,并分别向纸面内侧平移距离d和2d,让小球仍然从位置O无初速度释放,并从斜槽末端水平飞出,沿垂直P1P1方向撞到B板的白纸上并依次留下痕迹点2和3。忽略空气阻力的影响,下列说法中正确的是(,A.在B板白纸上留下的痕迹点1、2、3排成一条竖直的直线 B.在B板白纸上留下的痕迹点1、2之间和2、3之间的竖直距离相等 C.小球做平抛运动的过程中,每经过相等时间,其动能改变量的大小相等,D.小球做平抛运动的过程中,每经过相等时间,其动量改变量的大小相等,答案D由于之后B板依次插入P2P2、P3P3插槽内,并分别向纸面内侧平移距离d和2d,可知痕迹

11、点1、2、3不在一条竖直线上,故A错误。由于小球竖直方向上做自由落体运动,则相等时间内小球竖直方向上的位移不相等,即痕迹点1、2之间和2、3之间的竖直距离不相等,故B错误。每经过相等时间,小球下降的高度不同,根据动能定理知,重力做功不同,动能的改变量不等,故C错误。每经过相等时间,小球速度的改变量相同,则动量改变量相同,故D正确,2-2某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究:一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一小球接触而不固连;弹簧处于原长时,小球恰好在桌面边缘,如图(a)所示。向左推小球,使弹簧压缩一段距离后由静止释放;小球离开桌面后落到水平地面。通过测量和计算,可

12、求得弹簧被压缩后的弹性势能。 图(a) 回答下列问题,1)本实验中可认为,弹簧被压缩后的弹性势能Ep与小球抛出时的动能Ek相等。已知重力加速度大小为g。为求得Ek,至少需要测量下列物理量中的ABC(填正确答案标号)。 A.小球的质量m B.小球抛出点到落地点的水平距离s C.桌面到地面的高度h D.弹簧的压缩量x E.弹簧原长l0 (2)用所选取的测量值和已知量表示Ek,得Ek=。 (3)图(b)中的直线是实验测量得到的s-x图线。从理论上可推出,如果h不变,m增加,s-x图线的斜率会减小(填“增大”、“减小”或,不变”);如果m不变,h增加,s-x图线的斜率会增大(填“增大”、“减小”或“不变”)。由图(b)中给出的直线关系和Ek的表达式可知,Ep与x的2次方成正比。 图(b,答案(1)ABC (2) (3)减小增大2,解析弹簧被压缩后的弹性势能等于小球抛出时的动能,即Ep=Ek