《实验：探究平抛运动的特点》课件

3实验：探究平抛运动的特点

实验目的1．用实验方法描出平抛运动的轨迹。2．探究平抛运动竖直方向分运动和水平方向分运动的特点。

实验原理用频闪照相的方法或研究平抛运动的实验装置得出小球做平抛运动的不同时刻的位置，用平滑曲线连接各位置，得到小球做平抛运动的轨迹。以小球抛出的起点为坐标原点，沿水平方向和竖直向下的方向建立平面直角坐标系，根据各点坐标数据研究小球在水平方向和竖直方向的运动规律。

实验器材频闪照相机、小球、平抛实验装置、白纸、复写纸、铅笔、刻度尺、三角板等。

探究方案1．频闪照相法探究平抛运动的特点

用频闪照相机记录下平抛物体在不同时刻的位置，如图5.3-1所示。由于闪光的时间间隔是相等的，只要测量照片上相邻两小球在水平方向和竖直方向的位移随时间变化的具体数据，就可以分析并得出平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动特点。图5.3-12．分步法探究平抛运动的特点 (1)探究平抛运动在竖直方向上的特点如图5.3-2所示，用小锤击打弹性金属片后，A球沿水平方向抛出，做平抛运动；同时B球被释放，自由下落，做自由落体运动。观察两球的运动轨迹，比较它们落地时间的先后。

图5.3-2(2)探究平抛运动在水平方向上的特点

应用如图5.3-3所示的装置，利用描迹法得到平抛运动的轨迹，结合(1)中得出的平抛运动竖直分运动的特点，再分析出平抛运动在水平方向上的特点。图5.3-3

实验步骤与数据处理方案一用频闪照相法探究平抛运动的特点1．安装斜槽轨道，使其末端保持水平。2．将小球从斜槽上适当位置由静止释放，用频闪照相机记录下小球在不同时刻的位置，如图5.3-6甲所示。图5.3-63．选频闪照片的第一小球球心为原点建立平面直角坐标系，测量出每个小球(或每3个取1个球)的球心相对应的x轴坐标和y轴坐标，如图5.3-6乙所示。4．根据频闪照相的特点，若频闪周期为T，每相邻两球的时间间隔相等，都是T，则图5.3-6乙中OA、AB、BC的时间间隔就是3T。

将所测的数据填入表格，分析小球水平方向分运动和竖直方向分运动的

特点。小球位置OABCx轴坐标0x1x2x3y轴坐标0y1y2y3(二)探究平抛运动水平分运动的特点1．调整安装有斜槽的实验装置，使平板竖直，斜槽M的末端水平。2．在白纸上记录下小球的抛出点O，作为坐标原点，记录下重垂线的方向，如图5.3-8所示。3．让小球在斜槽某高度由静止滚下，小球飞出后，落在左右水平、外高内低的挡板N上，挤压复写纸，在白纸上留下印迹。4．上下调节挡板N，通过多次实验，在白纸上记录小球经过的多个位置。5．取下白纸，用平滑的曲线把各印迹连接起来，就得到小球做平抛运动的轨迹。

数据处理1．过小球抛出点作平行于重垂线方向的直线作为y轴，过小球抛出点作y轴的垂线作为x轴，建立平面直角坐标系。2.在平抛运动轨迹的y轴上，从原点O开始向下取一个坐标值为h的点，再找到坐标值为4h、9h、…的点，因小球在y轴方向做自由落体运动，则在y轴上，相邻两点的时间间隔是相等的，如图5.3-9所示。

图5.3-93．过这些点作水平线与轨迹分别交于A、B、C、…点，则这些点就是每经过相等时间小球所到达的位置。4．分别测量O点到A、B、C、…各点的水平距离，如果在误差允许的范围内，OA′＝L，OB′＝2L，OC′＝3L，…，则说明小球沿水平方向做匀速直线运动。

误差分析1．斜槽末端没有调整至水平，小球离开斜槽后不做平抛运动。2．小球做平抛运动的起点记录有误。3．小球运动轨迹连接不准确。4．相等时间间隔测量不准确。

注意事项1．斜槽调整：实验中必须调整斜槽末端水平，将小球放在斜槽末端水平部分，若没有明显的运动倾向，则说明斜槽末端就水平。2．平板固定：平板必须处于竖直平面内，固定时要用重垂线检查平板是否竖直。3．小球释放： (1)小球每次必须从斜槽上同一位置自由滚下。 (2)小球开始滚下的位置高度要适中，以使小球平抛运动的轨迹由白纸的左上角一直到达右下角为宜。4．坐标原点：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。(一)实验原理与操作典例1在利用斜槽轨道做“探究平抛运动的特点”的实验时，让钢球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出钢球做平抛运动的轨迹。(1)除了木板、钢球、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________。每次让钢球从同一位置由静止释放，是为了保证每次平抛的________相同。(3)为了能较准确地描绘运动轨迹，下面列出了一些操作要求，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上________。A．钢球运动时不能与背板上的白纸(或方格纸)相接触B．用直尺将记录的点连成折线C．用平滑的曲线将记录的点连接起来D．记录钢球位置用的挡板每次必须严格地等距离下降[解析]

(1)实验中需要在坐标纸上记录小球的位置，描绘钢球的运动轨迹，需要利用重垂线确定坐标轴的y轴，故C、F正确。(2)只有斜槽的末端保持切线水平，钢球才具有水平初速度，其运动才是平抛运动；每次从同一位置由静止释放钢球，是为了使钢球具有相同的初速度。(3)钢球在运动过程中与背板上的白纸相接触会改变它的运动轨迹，使其不再是平抛运动，故A正确；应将描出的点用平滑的曲线连接起来，故B错误，C正确；应用描点法得到平抛运动的轨迹时，挡板下降的距离可以不是等间距的，故D错误。[答案]

(1)CF

(2)水平初速度(3)AC【对点训练】1．(2019·北京高考改编)用如图5.3-10所示的装置研究平抛运动。

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点飞出，落在水平挡板MN上。由于挡板

靠近硬板的一侧较低，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，

图5.3-10

白纸上将留下一系列痕迹点。

(1)下列实验条件必须满足的有________。A．斜槽轨道光滑B．斜槽轨道末端水平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(2)为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢球的________(填“最上端”“最下端”或“球心”)对应白纸上的位置即为原点；在确定y轴时________(填“需要”或“不需要”)y轴与重垂线平行。(3)为了得到平抛物体的运动轨迹，同学们还提出了以下三种方案，其中可行的是________。A．从细管水平喷出稳定的细水柱，拍摄照片，即可得到平抛运动轨迹B．用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置，平滑连接各位置，即可得到平抛运动轨迹C．将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，铅笔以一定初速度水平抛出，将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹解析：(1)实验中没必要要求斜槽轨道光滑，因为本实验是研究平抛运动，所以只需要每次实验都能保证小球做相同的平抛运动，即每次实验都要保证小球初速度水平且相同，故A错误，B、D正确。挡板高度可以不等间距变化，故C错误。(2)因为钢球侧面在白纸上挤压出的痕迹点与球心等高，所以将钢球静置于Q点，钢球的球心对应白纸上的位置即为坐标原点(平抛运动的起始点)；在确定y轴时需要y轴与重垂线平行。(3)将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，铅笔以一定初速度水平抛出，因为铅笔笔尖与笔尾受力不同，铅笔将不能保持始终垂直于竖直的白纸板运动，而发生倾斜，所以不会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹，故C错误。故选A、B。答案：(1)BD

(2)球心需要(3)AB(二)数据处理和误差分析典例2在做“探究平抛物体的特点”的实验时：(1)钢球抛出点的位置必须及时记录在白纸上，然后从这一点画水平线和竖直线作为x轴和y轴，竖直线是用________这一器材来确定的。(2)某同学通过实验得到的轨迹如图5.3-11甲所示，由轨迹可知，竖直距离yOA∶yAB∶yBC＝________，对应时间tOA∶tAB∶tBC＝__________，这表明竖直方向是初速度为______的________运动。图5.3-11(3)该同学在轨迹上选取间距较大的几个点，测出其坐标，并在平面直角坐标系内绘出了y-x2图像，如图5.3-11乙所示，此平抛物体的初速度v0＝0.49m/s，竖直方向的加速度g＝______m/s2。(结果保留3位有效数字)[微点拨]数据处理的三点提醒(1)钢球抛出点的位置必须记录准确，并且将该位置作为坐标原点。(2)竖直线(y轴方向)要用重垂线来确定。(3)选取研究的点时保证各点的水平距离相等。

【对点训练】2．某同学采用频闪照相机拍摄到如图5.3-12所示的小球做平抛运动

的照片，图中背景方格的边长为L＝5cm，A、B、C是摄下的三

个小球位置，如果g取10m/s2，那么： (1)照相机拍摄时每________s曝光一次； (2)小球做平抛运动的初速度的大小为________m/s。

图5.3-12创新点(一)实验原理、实验器材的创新1．如图5.3-13所示，探究平抛运动的特点的实验装置放置在水平桌面上，利用光电门传感器和碰撞传感器可测得小钢球的水平初速度和飞行时间，底板上的标尺可以测得水平位移。保持水平槽口距底板高度h＝0.420m不变。改变小钢球在斜槽导轨上下滑的起始位置，测出小钢球做平抛运动的初速度v0、飞行时间t和水平位移d，记录在表中(不计空气阻力)。图5.3-13(1)由表中数据可知，在h一定时，小钢球水平位移d与其初速度v0成________关系，与________无关。v0/(m·s－1)0.7411.0341.3181.584t/ms292.7293.0292.8292.9d/cm21.730.338.646.4[微点拨]本题的创新点：(1)原理创新：本实验探究了高度一定时，平抛运动的水平位移与初速度的关系。(2)器材创新：本实验应用光电门传感器和碰撞传感器的组合测量钢球的水平初速度和飞行时间；应用底板上的标尺测量平抛运动的水平位移。

创新点(二)实验器材、数据处理的创新2．频闪摄影是研究变速运动常用的实验手段。在暗室中，照相机的快门处于常开状态，频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光，照亮运动的物体，于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置。某物理小组利用如图5.3-14甲所示装置探究平抛运动规律。他们分别在该装置正上方和右侧正前方安装了频闪仪器并进行了拍摄，得到的频闪照片如图5.3-14乙和图5.3-14丙所示，O为抛出点，P为运动轨迹上某点。根据平抛运动规律分析下列问题。图5.3-14(1)频闪仪器A所拍摄的频闪照片为______(填“乙”或“丙”)。(2)图5.3-14丙所示的频闪照片可以说明_______________________________。解析：(1)小球做平抛运动时，在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动，故频闪仪器A所拍摄的频闪照片为图丙。(2)频闪照片图丙可以说明小球在水平方向上的分运动为匀速直线运动。答案：(1)丙(2)见解析[微点拨]本题的创新点：(1)器材创新：正上方的频闪仪器A拍摄物体在水平方向的运动，右侧正前方的频闪仪器B拍摄物体在竖直方向的运动。(2)数据处理的创新：应用频闪照片分别分析物体在水平方向、竖直方向的运动特点。

知识点1探究平抛运动的特点1.(多选)[河南省郑州市十校期中考试]在探究平抛运动的规律时,可以选用如图所示的各种装置,以下操作合理的是(

)A.选用图甲装置研究平抛物体的竖直分运动时,应该用眼睛看A、B两球是否同时落地B.选用图乙装置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.选用图丙装置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.除上述装置外,还可以用数码相机拍摄钢球做平抛运动时每秒15帧的录像以获得平抛运动的轨迹知识点1探究平抛运动的特点答案1.BD

题图甲小球下落的速度很快,运动时间很短,用眼睛很难准确判断出小球落地的先后顺序,应听声音,选项A错误;题图乙竖直管的上端A应低于水面,这是因为出水口上端与A处压强差恒定,竖直管与空气相通,A处的压强始终等于大气压,出水口的压强在水面高于A处时不受瓶内水面高低的影响,因此可以得到稳定的细水柱,选项B正确;题图丙只有每次从同一高度由静止释放钢球,钢球做平抛运动的初速度才相同,选项C错误;获得每秒15帧的录像与做平抛运动实验时描方格图的方法类似,同样可以探究平抛运动的规律,选项D正确。知识点1探究平抛运动的特点2.[四川省宜宾市叙州区二中期中考试]某学习小组用实验探究“平抛运动规律”。(1)在图1中,用小锤敲击铁片,观察到A、B两个小球同时落地,说明平抛运动在竖直方向上为

运动。

(2)在图2中,同时断电后P、Q两个小球同时沿着斜槽滚下,观察到P、Q两个小球撞在一起,说明平抛运动在

方向上为

运动。

答案2.答案

(1)自由落体

(2)水平

匀速直线知识点2平抛运动的规律及其基本应用3.(多选)[云南昆明一中期末考试]长征途中,为了突破敌方关隘,红军战士爬上陡峭的山头,居高临下向敌方工事内投掷手榴弹,在高处的战士在同一位置先后投出甲、乙两颗手榴弹,在低处的战士投出一颗手榴弹丙,三颗手榴弹的运动都可看作平抛运动,轨迹如图所示。下列说法正确的是

(

)A.甲和乙的飞行时间相同B.丙的飞行时间比甲的长C.甲的初速度比乙的大D.丙的初速度比甲的小知识点2平抛运动的规律及其基本应用答案

4.(多选)[江西省赣州市期末考试]如图所示,一小球以v0=12m/s的速度水平抛出,在落地前经过空中A、B两点,在A点小球速度方向与水平面的夹角为37°,在B点小球速度方向与水平面的夹角为53°。空气阻力忽略不计,sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2。以下判断正确的是

(

)A.小球在A点的竖直分速度大小为15m/sB.小球在B点的竖直分速度大小为16m/sC.小球从A点运动到B点用时0.7sD.A、B两点间的水平距离为8.75m知识点2平抛运动的规律及其基本应用答案

知识点2平抛运动的规律及其基本应用5.[河南商开大联考期中考试]如图所示,竖直线OA为两个竖直光滑墙壁MN和PQ的中心线,将一小球从O点水平向左抛出,小球与墙壁发生两次碰撞之后恰好落在地面上的A点。已知小球与墙壁碰撞前后竖直速度不变,水平速度反向;小球从O点运动到B点的时间为t1,从B点运动到C点的时间为t2,从C点运动到A点的时间为t3;O、B两点之间的高度差为h1,B、C两点之间的高度差为h2,C、A两点之间的高度差为h3。不计空气阻力,则下列说法正确的是

(

)A.t1∶t2∶t3=1∶2∶1,h1∶h2∶h3=1∶7∶8B.t1∶t2∶t3=1∶2∶1,h1∶h2∶h3=1∶8∶7C.t1∶t2∶t3=1∶2∶3,h1∶h2∶h3=1∶7∶8D.t1∶t2∶t3=1∶2∶3,h1∶h2∶h3=1∶8∶7知识点2平抛运动的规律及其基本应用答案

知识点2平抛运动的规律及其基本应用答案

6.[江苏省镇江市期末考试]中国的面食文化博大精深,种类繁多,其中“刀削面”堪称天下一绝。如图所示,将小面圈沿锅的某条半径方向水平削出时,距锅的高度为h=0.45m,与锅左边沿的水平距离为L=0.3m,锅的半径也为L=0.3m。小面圈在空中的运动可视为平抛运动,重力加速度g取10m/s2。(1)求小面圈从被削离到落入锅中的时间;(2)若小面圈削离时的速度为2m/s,求小面圈落入锅中的位置;(3)仅改变小面圈削离时的速度大小,求落入锅中的最大速度的大小和方向。