高中物理人教版 (2019)必修 第二册3 实验：探究平抛运动的特点教学ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册3 实验：探究平抛运动的特点教学ppt课件，共51页。PPT课件主要包含了实验必备·自主学习，刻度尺，实验过程·探究学习，实验研析·创新学习，课堂检测·素养达标等内容，欢迎下载使用。
一、实验目的1.探究平抛运动竖直分运动的特点。2.探究平抛运动水平分运动的特点。二、实验器材斜槽、平抛运动实验器、白纸、复写纸、小球、图钉、铅笔、_______、重垂线等。
三、实验原理与设计(以课本P11“参考案例”为案例)1.实验的基本思想——控制变量法。2.实验原理:(1)物体的平抛运动可以看作是两个方向的分运动的合成,一个是水平方向的分运动,另一个是竖直方向的分运动。(2)探究两个分运动:①探究小球在水平方向分运动的特点;②探究小球在竖直方向分运动的特点。
1.探究平抛运动竖直分运动的特点:【实验步骤】(1)如图,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。(2)观察两球的运动轨迹,比较它们落地时间的先后。(3)分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度,多次重复实验,记录实验现象。
【数据收集与分析】根据A球与B球落地时间的先后,得出平抛运动竖直分运动随时间变化的规律。
2.探究平抛运动水平分运动的特点: 【实验步骤】(1)如图,钢球在斜槽M中从某一高度滚下,从末端飞出后做平抛运动(实验前,先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上)。(2)钢球飞出后,落到挡板N上,在白纸上留下印迹,记录钢球所经过的位置。(3)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。(4)用平滑的曲线把这些印迹连接起来,得到钢球做平抛运动的轨迹。
【数据收集与分析】根据平抛运动的轨迹,设法确定相等的时间间隔,再看相等的时间内水平分运动的位移,进而确定水平分运动的规律。
【思考·讨论】　如何获取以下物体平抛运动的初速度?(科学思维)提示:在竖直方向上,根据Δy=2L=gT2得相等的时间间隔T= ,物体平抛运动的初速度v0=
误差分析 1.安装斜槽时,其末端切线不水平,导致小球离开斜槽后不做平抛运动产生误差。2.建立坐标系时,坐标原点的位置确定不准确,导致轨迹上各点的坐标不准确产生误差。3.小球每次自由滚下时的起始位置不完全相同,导致轨迹出现误差。4.确定小球运动的位置时,出现误差。5.量取轨迹上各点的坐标时,出现误差。
注意事项 1.斜槽安装:实验中必须调整斜槽末端的切线水平,将小球放在斜槽末端水平部分,若没有明显的运动倾向,斜槽末端的切线就水平了。2.方木板固定:方木板必须处于竖直平面内,固定时要用重垂线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,应是小球出槽口时球心在木板上的投影点。5.初速度的计算:在轨迹上选取离坐标原点O点较远的一些点来计算初速度。
【思考·讨论】如图所示是此装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片,由照片可以判断实验操作错误的原因是什么?(科学探究)提示:斜槽末端没有调节切线水平。
类型一　教材原型实验角度1 实验原理和实验操作【典例1】(1)在“研究平抛运动”实验中,利用如图所示的装置研究平抛运动,为了画出一条钢球做平抛运动的轨迹,下列说法正确的是________。 A.斜槽可以是粗糙的B.钢球每次可以从斜槽上不同的位置滚下C.斜槽末端的切线可以不调成水平
(2)小明设计了一个探究平抛运动的实验装置,如图所示。在水平桌面上放置一个斜面,滚过桌边后钢球便做平抛运动。他把桌子搬到墙的附近,使从水平桌面上滚下的钢球能打到墙上,把复写纸附在墙上,记录钢球的落点。现测得钢球直径为D,某次实验桌子边缘到墙的距离为x,钢球的落点到桌面的高度差为H,重力加速度为g。则钢球此次实验平抛的水平位移为________;竖直位移为________。 
(3)上述实验小明同学若将白纸和复写纸直接铺在地面上,某次实验测得桌子边缘到落点的水平距离为x,桌面与地面的高度差为H,为了得到平抛运动的初速度,你认为有必要测得钢球的直(半)径吗?________(选填“有”或“没有”)。 
【解析】(1)斜槽轨道末端的切线必须水平,以保证小球抛出后做平抛运动,所以C项错误;实验时,为了保证小球做平抛运动的初速度相同,每次小球须从同一位置由静止释放,故B项错误;斜槽是否光滑不影响结果,只要保证小球到斜槽末端速度相同即可,故A项正确。(2)由题可知小球自身大小不能忽略,钢球此次实验平抛的水平位移为x- ,竖直位移为H+ 。
(3)小明同学将白纸和复写纸铺在地面上,则由平抛运动规律可得x=v0t,H= gt2联立可得,初速度与钢球直径无关,没有必要测。答案:(1)A　(2)x- 　H+ 　(3)没有
角度2 实验数据处理【典例2】(1)在“研究平抛物体的运动”的实验中,为减小空气阻力对小球的影响,选择小球时,应选择下列的________。 A.实心小铁球　　B.空心铁球C.实心小木球D.以上三种球都可以
(2)在研究平抛运动的实验中,斜槽末端要________,且要求小球要从________释放,现用一张印有小方格的纸记录轨迹,小方格边长L=2.5 cm,若小球在平抛运动途中的几个位置如图所示,小球由A到B位置的时间间隔为________s,小球平抛的初速度大小为__________m/s。小球在B点的速度为__________m/s。 
【解析】(1)为了减小空气阻力对小球的影响,要选择体积较小质量较大的小球,故选实心小铁球,故A正确,B、C、D错误;(2)在研究平抛运动的实验中,为保证小球做平抛运动斜槽末端要水平,为保证每次运动轨迹相同要求小球从同一位置释放,小球竖直方向做自由落体运动,有:Δh=gT2,即为:L=gT2,得: 小球初速度为:v0=
B位置竖直方向速度为:vy= 则B点的速度为:vB= 答案:(1)A　(2)切线水平　同一位置　0.05　1　1.25
类型二　创新型实验【典例3】如图,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。 (2)一位同学计算出小球飞行时间的理论值t理= =289.8 ms,发现理论值与测量值之差约为3 ms。经检查,实验及测量无误,其原因是_____________________________。 (3)另一位同学分析并纠正了上述偏差后,另做了这个实验,竟发现测量值t′依然大于自己得到的理论值t理′,但二者之差在3～7 ms之间,且初速度越大差值越小。对实验装置的安装进行检查,确认斜槽槽口与底座均水平,则导致偏差的原因是____________________________。 
【解析】(1)由题表中数据可知,h一定时,小球的水平位移d与其初速度v0成正比关系。(2)该同学计算时重力加速度取的是10 m/s2,而实际重力加速度约为9.8 m/s2,故导致约3 ms的偏差。(3)光电门传感器置于槽口的内侧,使时间的测量值大于理论值,且初速度越大,二者差值越小。答案:(1)正比　(2)计算时重力加速度取值(10 m/s2)大于实际值　(3)见解析
【创新评价】(1)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。(2)理论值与测量值存在差值的探究。
【创新探究】使用光电门传感器和碰撞传感器的优点是什么?提示:通过光电门传感器和碰撞传感器可以直接从计算机中得到数据,不用再通过测得的一些数据进行计算了。节省时间,效率比较高,精确度也比较高。
1.如图,用小锤轻击弹簧金属片,A球向水平方向飞出,同时B球被松开,竖直向下运动。(1)(多选)用不同的力打击弹簧金属片,可以观察到(　　)A.A球运动线路不同,B球的运动线路相同B.A、B两球运动线路相同C.A、B两球同时落地D.力越大,A、B两球落地时间间隔越大
(2)改变此装置距地面的高度,重复上述实验,仍然可以看到相同的实验现象,根据此现象分析可知(　　)A.小球A在水平方向做匀速运动B.小球A在水平方向做匀加速运动C.小球B在竖直方向做匀加速运动D.小球A与B在竖直方向运动规律相同
【解析】(1) 打击力度不同,A球平抛初速度不同,运动路线不同,但B球始终做自由落体运动,所以B球路线相同,A正确,B错误;因为A、B两球竖直方向均为自由落体运动,所以运动时间相同,C正确,D错误。(2)改变高度,仍看到相同现象,说明小球A与B在竖直方向运动规律相同,选项D正确。答案:(1)A、C　(2)D
2.某同学在描绘平抛运动轨迹时, 得到的部分轨迹曲线如图所示。在曲线上取A、B、C三个点,测量得到A、B、C三点间竖直距离h1=10.20 cm,h2=20.20 cm,A、B、C三点间水平距离x1=x2=x=12.40 cm,g取10 m/s2,则小球平抛运动的初速度v0的计算式为__________(用字母h1、h2、x、g表示),代入数据得其大小为__________m/s。 
【解析】小球在竖直方向做匀变速直线运动,连续相等时间内的位移差为常数,因此有h2-h1= gt2,所以t= ,小球平抛运动的初速度大小为v0= 代入数据,解得v0=1.24 m/s。答案: 　 1.24
3.在研究平抛运动的实验中,用一张印有小方格的纸记录轨迹。小方格的边长L=2.5 cm,若小球在平抛运动中先后经过的几个位置如图中所示的a、b、c、d四个点,则小球由a到b位置的时间间隔为______________s,小球平抛的初速度大小为v0=__________m/s,小球在c位置时的速度大小为________m/s。(g取10 m/s2) 
【解析】设相邻两点间的时间间隔为T,竖直方向:2L-L=gT2,得到:T= =0.05 s,水平方向:v0= =1 m/s,c点竖直方向分速度为:vy= =1.25 m/s,c点的速度大小为:vc= =1.6 m/s。答案:0.05　1　1.6　
4.采用如图所示的实验装置做“研究平抛运动”的实验,(1)实验时需要下列哪个器材______。 A.弹簧测力计B.重垂线C.打点计时器
(2)做实验时,让小球多次沿同一轨道运动,通过描点法画出小球平抛运动的轨迹。下列的一些操作要求,正确的是______。 A.每次必须由同一位置静止释放小球B.每次必须严格地等距离下降记录小球位置C.小球运动时不应与木板上的白纸相接触D.记录的点应适当多一些
(3)若用频闪摄影方法来验证小球在平抛过程中水平方向是匀速运动的,记录下如图所示的频闪照片。在测得x1、x2、x3、x4后,需要验证的关系是________________。已知频闪周期为T,用下列计算式求得的水平速度,误差较小的是________。 
【解析】(1)实验时需要重垂线来确定竖直方向,不需要弹簧测力计和打点计时器,故选B。(2)实验时每次必须由同一位置静止释放小球,以保证小球到达最低点的速度相同,选项A正确;每次不一定严格地等距离下降记录小球位置,选项B错误;小球运动时不应与木板上的白纸相接触,否则会改变运动轨迹,选项C正确;记录的点应适当多一些,以减小误差,选项D正确。
(3)因相邻两位置的时间间隔相同,则若小球在平抛过程中水平方向是匀速运动的,则满足:x4-x3=x3-x2 =x2-x1 =x1;由小球最后一个位置与第一个位置的水平距离计算求得的水平速度误差较小,则用 计算式求得的水平速度误差较小,故选D。答案:(1)B　(2)A、C、D　(3)x4-x3=x3-x2=x2-x1=x1　D
5.三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)甲同学采用如图甲所示的装置,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A球被弹出时的速度,两球仍然同时落地,这说明__________________。 (2)乙同学采用如图乙所示的装置,两个相同的弧形轨道M、N,两小铁球P、Q能以相同的初速度同时分别从轨道下端水平射出。实验可观察到的现象应是______________________________________________________________。 仅仅改变弧形轨道 M 的高度,重复上述实验,仍能观察到相同的现象,这说明______________________________________________________________。 
(3)丙同学采用频闪摄影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,则由图可求得拍摄时每________s曝光一次,该小球平抛的初速度大小为________m/s,经过 b点时速度大小为________m/s。(g取10 m/s2) 
【解析】(1)在打击金属片时,金属片把A球沿水平方向弹出,做平抛运动,同时B球被松开,做自由落体运动,两小球同时落地,说明A球与B球在竖直方向的运动规律相同,即:说明平抛运动竖直方向是自由落体运动。(2)两小铁球P、Q能以相同的初速度同时分别从轨道下端水平射出,小铁球P做平抛运动,小铁球Q在水平方向做匀速直线运动,可以看到:P球落地时刚好和Q球相遇;当同时改变两小球滚下的高度时,仍能相碰,这说明:初速度相同时,平抛运动在水平方向的运动规律与匀速直线运动规律相同,即:说明平抛运动在水平方向做匀速直线运动。
(3)平抛运动可分解为:竖直方向自由落体运动与水平方向匀速直线运动;在竖直方向上:由Δh=gt2可得:t=小球的初速度:v0= 在竖直方向上:vyb= 小球经过b点时的速度大小:vb=
答案:(1)平抛运动在竖直方向为自由落体运动(2)P球落地时刚好和Q球相遇　平抛运动在水平方向为匀速直线运动　(3)0.1　2　2.5
6.某实验小组利用图1所示装置测定平抛运动的初速度。把白纸和复写纸叠放一起固定在竖直木板上,在桌面上固定一个斜面,斜面的底边ab与桌子边缘及木板均平行。每次改变木板和桌边之间的距离,让钢球从斜面顶端同一位置滚下,通过碰撞复写纸,在白纸上记录钢球的落点。
(1)为了正确完成实验,以下做法必要的是______。 A.实验时应保持桌面水平B.每次应使钢球从静止开始释放C.使斜面的底边ab与桌边重合D.选择对钢球摩擦力尽可能小的斜面
(2)实验小组每次将木板向远离桌子的方向移动0.2 m,在白纸上记录了钢球的4个落点,相邻两点之间的距离依次为15.0 cm、25.0 cm、35.0 cm,示意如图2。重力加速度g=10 m/s2,钢球平抛的初速度为________m/s。 (3)图1装置中,木板上悬挂一条铅垂线,其作用是______________________________。 
【解析】(1)选A、B。由于本实验要测定平抛运动的初速度,钢球从固定斜面滑下后,桌面应保持水平才能保证初速度水平,故A正确;要保证每次释放都是同一个平抛运动,应使钢球从同一位置由静止开始释放,保证做平抛运动时的初速度相同,减小实验误差,故B正确;若斜面的底边ab与桌边重合,则钢球下滑后将做斜下抛运动,故C错误;钢球下滑时对斜面是否粗糙无要求,只要确保钢球能下滑即可,故D错误。故选A、B。