2022届新教材高考物理一轮复习第四章曲线运动万有引力与航天实验5探究平抛运动的特点课件新人教版

1、实验实验5 5探究平抛运动的特点探究平抛运动的特点第四章第四章2022必备知识必备知识 预案自诊预案自诊一、实验目的1.学会用实验的方法探究平抛运动的特点。2.掌握描迹法、频闪照相法等探究实验的常用方法。3.能设计不同的实验方案,并对方案进行可行性论证,根据学校现有条件,选择最优方案。4.能获取信息,通过数据分析描绘平抛运动的轨迹。二、实验思路1.提出问题平抛运动是曲线运动,速度和位移的大小和方向时刻在发生变化。这个复杂的曲线运动有什么规律呢?能否分解为两个简单的直线运动?2.科学猜想由于物体是沿水平方向抛出的,在运动过程中只受重力作用。因此平抛运动可能是水平方向和竖直方向分运动的合成。那么只

2、要研究出这两个分运动的特点,平抛运动的规律就清楚了。三、进行实验方案一:利用频闪照相法探究平抛运动的特点数码相机每秒拍下小球做平抛运动时的十几帧或几十帧照片,将照片上不同时刻的小球的位置连成平滑曲线,便得到小球的运动轨迹,由于相邻两帧照片间的时间间隔相等,只要测出相邻两帧照片上小球位置间的水平距离和竖直距离,就很容易判断平抛运动在水平方向和竖直方向的运动特点。1.数据处理(1)建立以抛出点为坐标原点,以小球水平抛出时的初速度方向为x轴正方向,以竖直向下为y轴正方向的直角坐标系。(2)测出相邻两帧照片中小球移动的水平距离和竖直距离。(3)根据水平位移和竖直位移随时间变化的具体数据分析小球水平方向

3、分运动和竖直方向分运动的特点。2.结果分析水平方向的分运动是匀速直线运动,竖直方向的分运动是自由落体运动。方案二:利用描迹法探究平抛运动的特点1.实验器材小钢球、斜槽轨道、木板及竖直固定支架、坐标纸、图钉、重锤、铅笔、三角板、刻度尺等。2.实验步骤实验装置如图所示。斜槽m末端水平。钢球在斜槽中从某一高度滚下,从末端飞出后做平抛运动。在装置中有一个水平放置的可上下调节的倾斜挡板n,钢球飞出后,落到挡板上。实验前,先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上。钢球落到倾斜的挡板上后,就会挤压复写纸,在白纸上留下印迹。上下调节挡板n,通过多次实验,在白纸上记录钢球所经过的多个位置。最后,用平滑曲线把这些印

4、迹连接起来,就得到钢球做平抛运动的轨迹。3.注意事项(1)应保持斜槽末端的切线水平,钉有坐标纸的木板竖直,并使小钢球运动时靠近坐标纸但不接触。(2)小钢球每次必须从斜槽上同一位置无初速度滚下,在斜槽上释放小钢球的高度应适当,使小钢球以合适的水平初速度抛出,其轨迹在坐标纸的左上角到右下角间分布,从而减小测量误差。(3)坐标原点(小钢球做平抛运动的起点)不是槽口的端点,应是小钢球在槽口时球心在坐标纸上的水平投影点。方案三:用传感器和计算机描绘物体做平抛运动的轨迹见新教材人教版必修第二册p12拓展学习。 关键能力关键能力 学案突破学案突破考点一考点一教材原型实验教材原型实验【典例1】 (2020安徽

5、阜阳高三月考)用如图甲所示装置研究平抛运动,将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上,钢球沿斜槽轨道pq滑下后从q点水平飞出,落在水平挡板mn上。由于挡板靠近硬板一侧较低,钢球落在挡板上时,钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板,重新释放钢球,如此重复,白纸上将留下一系列痕迹点。(1)(多选)下列实验条件必须满足的有 bd; a.斜槽轨道光滑b.斜槽轨道末段水平c.挡板高度等间距变化d.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球甲 乙 解析 (1)通过步骤理解实验原理和方法,控制实验条件,确保平抛的初速度大小一定、方向水平,只要小球无初速度等高释放,由动能定理知,到斜槽末端速度大小一定,和

6、斜槽是否光滑无关;描出的运动轨迹和挡板高度是否等间距变化无关,故选b、d。(2)为了凸显研究质点的运动,应该体现球心,所以选球心为原点;由水平间距相等,知时间相等,若初速度为零,则竖直间距之比应该是1 3,而a点不是抛出点,故比值应大于 ,填写“”;由x=v0t,y2-y1=gt2,可得v0= 。考点二考点二实验的改进与创新实验的改进与创新【典例2】 某同学设计了一个探究平抛运动的实验。实验装置示意图如图所示,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,每次让小球从斜轨的同

7、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,如图所示。(1)实验前应对实验装置反复调节,直到斜槽 末端水平。每次让小球从同一位置由静止释放,是为了 保持小球水平抛出的初速度相同。 (2)每次将b板向内侧平移距离d,是为了 保持相邻痕迹点的水平距离大小相同。 (3)在图中绘出小球做平抛运动的轨迹。答案 解析 平抛运动可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。实验前应对实验装置反复调节,直到斜槽末端水平,每次让小球从同一位置由静止释放,是为了保持小球水平抛出的初速度相同。每次将b板向内侧平移距离d,是为了保持相邻痕迹

8、点的水平距离大小相同。对应演练对应演练 迁移应用迁移应用断电释放它吸着的小铁球,两铁球同时落到地面。这个实验 b。 a.只能说明上述规律中的第条b.只能说明上述规律中的第条c.不能说明上述规律中的任何一条 d.能同时说明上述两条规律1.(2020湖北咸宁月考)(1)平抛物体的运动规律可以概括为两点:水平方向做匀速直线运动;竖直方向做自由落体运动。如图所示为研究平抛运动的实验装置,现把两个小铁球分别吸在电磁铁c、e上,然后切断电磁铁c的电源,使电磁铁c上的小铁球从轨道a射出,并在射出时碰到碰撞开关s,使电磁铁e(2)如图所示为一小球做平抛运动的闪光照相照片的一部分,图中背景方格的边长均为5 cm

9、。如果g取10 m/s2,那么:闪光频率是 10 hz;小球运动中水平分速度是 1.5 m/s;小球经过b点时的速度是 2.5 m/s。 解析 (1)两球同时落地,可知平抛运动在竖直方向上的运动规律与自由落体运动的规律相同,该实验不能得出平抛运动在水平方向上的运动规律。故选b。2.(2020四川彭州月考)图甲是“研究平抛运动的特点”的实验装置图。(1)实验前应对实验装置反复调节,直到斜槽末端切线 水平。每次让小球从同一位置由静止释放,是为了每次平抛的 初速度相同。 (2)图乙是正确实验取得的数据,其中o为抛出点,g取9.8 m/s2,则此小球做平抛运动的初速度为 1.6 m/s。 答案 (1)

10、水平初速度相同(2)1.6解析 (1)为了保证小球的初速度水平,斜槽末端应切线水平,每次让小球从同一位置由静止释放,是为了每次平抛的初速度相同。(2)分析题图乙,o点为抛出点,取坐标点x=32.0 cm=0.32 my=19.6 cm=0.196 m在竖直方向上y= gt2 水平方向上x=v0t代入数据解得小球的初速度v0=1.6 m/s3.(2020黑龙江哈尔滨高二检测)在做“研究平抛运动”的实验中,为了确定小球在空中不同时刻的位置,用了如图所示的装置。先将斜槽轨道的末端调整水平,在一块平整的木板表面钉上白纸和复写纸。将该木板竖直立于水平地面上,使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,小球撞到木

11、板并在白纸上留下痕迹a;再将木板远离槽口平移距离x,再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,小球撞在木板上得到痕迹b;再将木板远离槽口平移距离x,使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,再得到痕迹c。若测得木板每次移动距离x=10.00 cm,a、b间距离y1=5.00 cm,b、c间距离y2=14.80 cm。(g取9.80 m/s2)(1)每次都要使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放的原因是: 保证小球每次做平抛运动的初速度相同; (2)根据以上直接测量的物理量来求得小球初速度的表达式为v0= ;(用题中所给字母表示) (3)小球初速度的值为v0= 1.00 m/s。(结果保留两位小数) 4.如图

12、所示,某物理兴趣小组将“研究平抛运动”的实验装置改装后用来测量当地的重力加速度。在轨道的水平部分加装光电门,以测量小球平抛的初速度v0;固定轨道,测量轨道末端的离地高度,即小球平抛的竖直位移h;测量小球从轨道的不同位置释放后平抛的水平位移x,多次计算小球的运动时间,求平均值以获得小球的运动时间t;利用运动学公式计算当地的重力加速度。(1)(多选)关于实验误差的以下说法中,正确的是 bd; a.小球和轨道间的摩擦是造成系统误差的原因之一b.小球平抛运动过程中受到的空气阻力是造成系统误差的原因之一c.轨道末端未调水平是造成偶然误差的原因之一d.实验中测量长度时的读数误差属于偶然误差(2)该小组实验中测得h=0.420 m,v0和x的测量值如下表所示:v0(m/s)0.7411.0341.3181.584x(cm)21.730.338.646.4则得到当地的重力加速度为g= 9.78 m/s2。(结果保留两位小数) 解析 (1)小球和轨