高中物理第五章 抛体运动3 实验：探究平抛运动的特点教学演示ppt课件

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一、实验目的1.描绘平抛运动的轨迹。2.探究物体做平抛运动的特点,即物体的速度或位移随时间的变化关系。二、实验思路平抛运动是曲线运动,我们可以尝试将它分解为水平方向的分运动和竖直方向的分运动。只要知道这两个方向的位移或速度随时间变化的关系,平抛运动的特点就清楚了。
三、进行实验方案一、利用频闪照相或者录制视频的方法,记录物体做平抛运动时经过相等时间所到达的位置。方案二、设法描绘物体做平抛运动的轨迹,先研究水平方向的运动规律,再研究竖直方向的运动规律。
1.在探究平抛运动的特点实验中,为减小空气阻力对小球运动的影响,应采用(　　)A.实心小铁球B.空心小铁球C.实心小木球D.以上三种小球都可以解析:为减小空气阻力对小球运动的影响,阻力与球的重力相比越小,影响越小,故A选项正确。答案:A
2.安装实验装置的过程中,斜槽末端的切线必须是水平的,这样做的目的是(　　)A.保证小球飞出时,速度既不太大,也不太小B.保证小球飞出时,初速度方向水平C.保证小球在空中运动的时间每次都相等D.保证小球运动的轨迹是一条抛物线解析:平抛运动初速度的大小不是由斜槽末端是否水平决定的,而是由小球释放点到斜槽水平端的竖直高度决定的,故A项不正确;研究平抛物体的运动,旨在弄清物体在水平和竖直两个方向上怎样运动,必须保证小球抛出时速度是水平的,并非要研究小球在空中运动的时间,故B项正确,C项不正确;无论小球飞出的初速度是水平还是倾斜的,其运动轨迹都是一条抛物线,故D项不正确。答案:B
实验操作情境导引为获得物体做平抛运动的轨迹,你能想到哪些方法?要点提示:利用数码相机或平抛运动演示仪等获得物体做平抛运动的轨迹。
知识归纳方案一　描迹法1.按图所示装置组装器材,小钢球从斜槽上滚下,冲过水平槽飞出后做平抛运动。每次都使小钢球在斜槽上同一位置由静止滚下,小钢球在空中做平抛运动的轨迹就是一定的,设法用铅笔描出小钢球经过的位置。通过多次实验,在竖直白纸上记录小钢球所经过的多个位置,用平滑曲线连起来就得到小钢球做平抛运动的轨迹。
2.实验步骤(1)将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上。(2)按照图示安装实验装置,使斜槽末端水平。(3)把水平槽末端上小球球心位置记录在白纸上。(4)使小球从斜槽上同一位置由静止滚下,上下调节装置中的倾斜挡板N,使钢球落到上面,钢球挤压复写纸,在白纸上留下印迹。(5)上下调节倾斜挡板N,重复步骤4,在白纸上记录钢球所经过的多个位置。(6)用平滑曲线把这些印迹连接起来,就得到钢球做平抛运动的轨迹。
3.注意事项(1)斜槽安装:实验中必须调整斜槽末端切线水平,将小球放在斜槽末端水平部分,若能使小球静止,斜槽末端的切线就水平了。(2)放木板固定:方木板必须处于竖直面内,检查坐标纸竖线是否竖直。(3)小球释放:①小球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放。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坐标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,而是小球出槽口时球心在木板上的投影,为保证实验精度,必须保证背板处于竖直平面内,使平抛轨道的平面靠近背板。
方案二　利用频闪照相的方法1.实验步骤(1)固定相机,利用相机的连拍功能,使其每隔一定时间拍一张照片。(2)使小球从水平桌面上飞出,在小球后面放置带方格的黑板做背景。(3)利用软件将多张照片合成同一幅照片。2.注意事项(1)确保相机静止不动。(2)背景和小球之间的反差要大。(3)确保拍摄照片清晰。
实例引导例1如图所示,在探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:A.让小球多次由　　　　　　　　　　　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.按图安装好器材,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轴建立坐标系,用平滑曲线画出小球平抛运动的轨迹。(1)完成上述步骤,将答案填在横线上。(2)上述实验步骤的合理顺序是　　　　　　。 
解析:该实验需让小球重复同一个平抛运动轨迹多次,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,小球才会做平抛运动。答案:(1)同一位置静止　斜槽末端切线水平　(2)BAC
变式训练1用如图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)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,将钢球放置于Q点,钢球的　　　　(选填“最上端”“最下端”或“球心”)对应白纸上的位置即为原点。 
解析:(1)实验中斜槽轨道没必要光滑,因为本实验是研究平抛运动,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,因此选项A错误,选项B、D正确。挡板高度可以不等间距变化,故选项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,故将钢球放置于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)。答案:(1)BD　(2)球心
实验数据处理和实验误差分析情境导引如果用数码相机频闪照相的方法已经描绘了平抛物体的运动轨迹,但没有记录抛出点,仅记录了竖直方向,能否计算出平抛运动的加速度?要点提示:可以计算出平抛运动的加速度。方法是在轨迹上取相邻的三个点,测量相邻两点间的竖直距离分别为y1和y2,根据y2-y1=aT2,T为频闪周期,可得加速度a。
知识归纳一、探究平抛运动中水平和竖直分运动的规律1.利用轨迹法(以数码相机的频闪照片为例)(1)以小球第一张照片位置中心为坐标原点O,水平方向为x轴、竖直方向为y轴建立平面直角坐标系。(2)小球其他照片位置中心依次为A、B、C……,过A、B、C……分别向x轴和y轴作垂线,交x轴于xA、xB、xC……,交y轴于yA、yB、yC……,在x轴和y轴上分别测量OxA、xAxB、xBxC……和OyA、yAyB、yByC……之间的距离。
(3)在误差允许范围内,若OxA=xAxB=xBxC……,则说明平抛运动水平分运动为匀速直线运动。(4)在误差允许范围内,若yBC-yAB=yAB-yOA=……,根据yBC-yAB=yAB-yOA=aT2,T为频闪周期,可得加速度a,若a=g(g为重力加速度),则表明平抛运动的竖直分运动为自由落体运动。
2.利用平抛运动演示仪(1)探究竖直方向运动规律,如图所示。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,做自由落体运动。比较它们落地时间的先后;分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度,多次重复这个实验。如果每次两个小球均同时落地,则说明平抛运动竖直方向是自由落体运动。
(2)探究水平方向运动规律,如图所示。将两小球同时由同一高度沿相同轨道运动,B球运动到光滑水平面上做匀速直线运动,A球做平抛运动,观察的运动轨迹,比较两球能否相碰;分别改变开始释放时小球的高度,多次重复这个实验,如果每次都相碰,说明平抛运动水平方向是匀速直线运动。
二、利用斜槽描绘平抛运动轨迹时的误差1.安装斜槽时,其末端不水平。2.钢球做平抛运动时受空气阻力影响。3.钢球每次滚下的初位置不相同。4.建立坐标系时,误将斜槽口在背板上的投影点作为坐标原点。
实例引导例2图甲是探究平抛运动特点的实验装置图。
(1)图乙是正确实验取得的数据,其中O为抛出点,若已知当地重力加速度为9.8 m/s2,则此小球做平抛运动的初速度为　　　　 m/s。 (2)在另一次实验中将白纸换成方格纸,每小格的边长L=5 cm,通过实验,记录了小球在运动途中的三个位置,如图丙所示,则该小球做平抛运动的初速度为　　　　 m/s,B点的竖直分速度为　　　　 m/s。(g取10 m/s2) 
答案:(1)1.6　(2)1.5　2
变式训练2某同学在做平抛运动实验时得到了如图所示的运动轨迹,a、b、c三点的位置在运动轨迹上已标出。(g取10 m/s2)则(1)小球平抛的初速度为　　　　 m/s。 (2)小球抛出点的位置坐标x=　　　　　 cm,y=　　　　 cm。 
答案:(1)2　(2)-10　-1.25
1.三个同学根据不同的实验条件,进行了“探究平抛运动规律”的实验。(1)a同学采用如图甲所示的装置。用小锤打击弹性金属片,金属片把A球沿水平方向弹出,同时B球被松开,自由下落,观察到两球同时落地,改变小锤打击的力度,即改变A球被弹出时的速度,两球仍然同时落地,这说明　　。 
(2)b同学采用如图乙所示的装置。两个相同的弧形轨道M、N分别用于发射小铁球P、Q,其中N的末端与光滑的水平板相切,两轨道上端分别装有电磁铁C、D。调节电磁铁C、D的高度,使AC=BD,从而保证小铁球P、Q在轨道出口处的水平初速度v0相等。现将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上,然后切断电源,使两小铁球能以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的下端射出。实验可观察到P、Q两球相碰。仅仅改变弧形轨道M、N的高度,重复上述实验,仍能观察到相同的现象,这说明　　　　　　　　　　　　　。 
(3)c同学采用频闪照相的方法拍摄到如图丙所示的“小球做平抛运动”的照片。图中每个小方格的边长为10 cm,则由图可求得该小球做平抛运动的初速度大小为　　　　 m/s。(g取10 m/s2) 
解析:(1)在打击金属片时,两小球同时分别做平抛运动与自由落体运动,结果同时落地,则说明平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动。(2)让两小球同时从相同的弧形轨道上的相同高度滚下,从而使两小球同时滚离轨道并具有相同的速度。小球P做平抛运动,小球Q做匀速直线运动,两小球相遇则说明平抛运动在水平方向的分运动是匀速直线运动。(3)平抛运动可看成竖直方向的自由落体运动与水平方向的匀速直线运动的合运动。在竖直方向上,由
答案:(1)平抛运动的竖直分运动是自由落体运动　(2)平抛运动的水平分运动是匀速直线运动　(3)2
2.(2020湖北荆州期末)图甲是“研究物体平抛运动”的实验装置图,通过描点画出平抛小球的运动轨迹。图乙是某同学根据实验画出的平抛小球的运动轨迹,O为平抛的起点,在轨迹上任取三点A、B、C,测得A、B两点竖直坐标y1为5.0 cm,y2为45.0 cm,A、B两点水平间距Δx为40.0 cm,则平抛小球的初速度v0为　　　　 m/s,若C点的竖直坐标y3为60.0 cm,则小球在C点的速度vC为　　　　 m/s(结果保留两位有效数字,g取10 m/s2)。 
答案:2.0　4.0
3.某同学设计了一个探究平抛运动规律的实验,实验装置示意图如图甲所示。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。
(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  　。 (2)每次将B板向内侧平移距离d,是为了  　。 (3)在图中绘出小球做平抛运动的轨迹。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、A板水平且其上插槽与斜槽中心轴线垂直、B板竖直;每次让小球从同一位置由静止释放,是为了保持小球每次水平抛出的初速度相同;每次将B板向纸面内侧平移距离d,是为了保持相邻痕迹点的水平距离大小相同。
答案:(1)斜槽末端水平、A板水平且其上插槽与斜槽中心轴线垂直、B板竖直　保持小球每次平抛时初速度相同(2)保持相邻痕迹点的水平距离大小相同(合理即可)(3)如图所示
4.(2020湖北部分重点高中期末)如图所示,研究平抛运动规律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=0.420 m不变。改变小球在斜槽导轨上下滑的起始位置,测出小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。
(1)由表中数据可知,在h一定时,小球水平位移d与其初速度v0成　　　　关系。