高中物理3 实验：探究平抛运动的特点授课ppt课件

这是一份高中物理3 实验：探究平抛运动的特点授课ppt课件，共43页。PPT课件主要包含了导学·掌握必备知识，共研·突破关键能力，精炼·落实学科素养，只受重力，水平方向，平抛运动，自由落体，自由落体运动，时间间隔，BDE等内容，欢迎下载使用。
素养·目标要求1．知道什么样的运动是抛体运动．2．知道平抛运动的特点，会用运动分解的方法分析两个分运动．设计实验探究平抛运动两个分运动的特点，会描绘平抛运动的轨迹．
一、抛体运动和平抛运动1．抛体运动：以一定的速度（有一定的初速度）将物体抛出，在空气阻力可以忽略（重力远大于空气阻力）的情况下，物体________的作用，这时的运动叫作抛体运动． 理想模型2．平抛运动(1)概念：如果初速度是沿________的，这样的抛体运动叫作平抛运动．(2)条件：物体具有________的初速度且运动过程中只受重力的作用．　加速度恒定，a＝g，与初速度方向垂直
二、探究平抛运动的特点1．实验思路平抛运动是曲线运动，我们可以尝试将它分解为________方向的分运动和________方向的分运动．只要知道这两个方向的运动特点，平抛运动的特点就清楚了．　将复杂的曲线运动转化为简单的直线运动
2．进行实验方案一：频闪照相(或录制视频)的方法(1)通过频闪照相(或录制视频)，获得小球做平抛运动时的频闪照片(如右栏图甲所示)；(2)选频闪照片中的第一个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(如右栏图乙所示)．(3)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．
方案二：分别研究水平和竖直方向分运动规律第1步：探究平抛运动竖直分运动的特点(1)如图所示的实验装置，用小锤击打弹性金属片后，A球沿水平方向抛出，做________，同时B球被释放，自由下落，做________运动，比较两球落地时间的先后．(2)分别改变小球距地面的________和小锤击打的力度，从而改变小球下落________和A球平抛的初速度，比较两球落地时间的先后．(3)结论：两球总是________落地，说明平抛运动在竖直方向的分运动是____________．第2步：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，在白纸上记录钢球此时的________．(3)上下调节挡板N，通过多次实验，在白纸上________钢球所经过的多个位置．(4)用平滑的曲线把这些________连接起来，得到钢球做平抛运动的________．
[数据处理与分析](1)如图所示，选取纵坐标分别为h，4h，9h的三个点A、B、C.(2)在平抛运动的轨迹上找出水平分运动在相邻相等的________里所到达的位置，就找出了水平分运动在相邻相等时间间隔内的________．(3)相等时间内水平方向的________在实验误差允许的范围内________，进而确定水平分运动是匀速直线运动．
　 抛体运动分类(如下图所示)(1)初速度竖直向上的是竖直上抛运动．(2)初速度竖直向下的是竖直下抛运动．(3)初速度水平的是平抛运动．(4)初速度斜向上的是斜上抛运动．(5)初速度斜向下的是斜下抛运动．
(1)用小锤水平击打弹性金属片的中央位置，确保A球能够沿水平方向飞出．(2)选择体积小、密度大的两个小球．(3)A、B两球运动前高度相同，且落到同一水平面上．
(1)斜槽调整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)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，应是小球出槽口时小球球心在平板上的投影点．
目标一　教材原型实验例 1 [2023·北京海淀区高一下联考]某同学为了探究平抛运动的特点，进行了如下实验．步骤1：探究平抛运动竖直分运动的特点(1)在如图甲所示的实验中，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球自由下落，做自由落体运动．重复实验数次，无论打击力大或小，仪器距离地面高或低，A、B两球总是同时落地，该实验表明________．A．平抛运动水平方向的分运动是匀速直线运动B．平抛运动水平方向的分运动是匀加速直线运动C.平抛运动竖直方向的分运动是自由落体运动D．平抛运动竖直方向的分运动是匀速直线运动
解析：(1)A、B两球总是同时落地，表明平抛运动竖直方向的分运动是自由落体运动，C正确．
步骤2：探究平抛运动水平分运动的特点(2)如图乙所示，在探究平抛运动水平分运动的特点时，除木板、小球、斜槽、铅笔、刻度尺、图钉之外，下列器材中还需要的有________(多选)．A．铅垂线 B．秒表C．弹簧测力计 D．天平E．白纸和复写纸
解析：(2)需要铅垂线，确保木板在竖直平面内，也可方便确定坐标轴，还需要白纸和复写纸记录小球平抛过程的位置，便于作出小球的运动轨迹，A、E正确．
(3)实验中，下列说法正确的是________(多选)．A．斜槽轨道必须光滑B．斜槽轨道末端要保持水平C．挡板的高度需要等间距变化D．每次应该从斜槽上相同的位置无初速度释放小球E．要使描绘出的轨迹更好地反映真实运动，记录点应适当多一些
解析：(3)斜槽轨道不必光滑，只要小球每次从同一位置由静止释放即可，A错误，D正确；斜槽轨道末端要保持水平，以确保小球水平抛出，B正确；挡板的高度不需要等间距变化，C错误；要使描绘出的轨迹更好地反映真实运动，记录点应适当多一些，E正确．
(4)用平滑的曲线把小球在白纸上留下的印迹连接起来，得到小球做平抛运动的轨迹，建立直角坐标系，坐标原点选________．A．斜槽末端端点B．小球在斜槽末端时的球心在白纸上的投影点C．小球在斜槽末端时的球的上端在白纸上的投影点D．小球在斜槽末端时的球的下端在白纸上的投影点
解析：(4)直角坐标系，坐标原点应选小球在斜槽末端时的球心在白纸上的投影点，B正确．
(5)根据步骤1所得结论，在轨迹上选取竖直位移之比为1∶4∶9∶16∶…的点，各点之间的时间间隔相等，测量这些点之间的水平位移，即可确定平抛运动水平方向分运动的特点．当轨迹上相邻各点竖直位移之比为1∶4∶9∶16∶…时，为什么它们之间的时间间隔是相等的．请写出依据：_________________________________
例 2 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________(多选)．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
解析：(1)实验中没必要要求斜槽轨道光滑，因为本实验研究的是平抛运动，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，也就是从斜槽上相同的位置由静止释放即可，选项A错误，选项B、D正确；挡板高度可以不等间距变化，选项C错误．
(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________(选填“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________(选填“需要”或“不需要”)y轴与重垂线平行．
解析：(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)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________(多选)．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：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，会发生倾斜，所以不会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹．故选A、B.
目标二　探索创新实验【典例】例 3 频闪照相是研究变速运动常用的实验手段．在暗室中，频闪仪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．某物理小组利用图甲所示的装置探究平抛运动的特点．他们分别在该装置正上方和右侧正前方安装了频闪仪A、B并进行了拍摄，得到的频闪照片如图乙所示，O为抛出点，P为运动轨迹上某点．根据实验分析下列问题．
(1)图乙中，频闪仪B所拍摄的频闪照片为_______[选填“(a)”或“(b)”].(2)图乙中频闪照片(b)可以说明__________________________________．
小球在水平方向上的分运动为匀速直线运动
解析：(1)频闪仪B记录的是小球竖直方向的运动情况，而小球在竖直方向做自由落体运动，所以频闪仪B所拍摄的频闪照片为(a)．(2)根据上面的分析可知，频闪照片(b)是频闪仪A所拍摄的，照片中每个频闪时间间隔内小球的位移大小相同，可以说明小球在水平方向上的分运动为匀速直线运动．
例 4 [2023·沈阳高一检测]某同学设计了一个研究平抛运动的实验．实验装置如图甲所示，A是一块水平放置的木板，在其上等间隔地凿出一组平行的插槽(图甲中P0P′0、P1P′1……)，槽间距离均为d.把覆盖复写纸的方格纸铺贴在硬板B上．实验时依次将B板插入A板的各插槽中，每次让小球从斜槽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.实验得到小球在方格纸上打下的若干痕迹点，如图乙．
(1)实验中每次让小球从斜槽的同一位置由静止释放，是为了_______________________．(2)每次将B板向纸面内侧平移距离d，是为了________________________．(3)设小方格的边长为L，小球在实验中记录的几个位置如图乙中的a、b、c、d所示，则小球平抛初速度的计算式v0＝________(用L、g表示)．
使每次水平抛出的初速度相同
等效替代小球平抛的水平距离d
1．如图，用小锤轻击弹性金属片，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)用不同的力打击弹性金属片，可以观察到(　　)A．A球运动路线不同，B球的运动路线相同B．A、B两球运动路线相同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
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： (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．
2．(1)在做“研究平抛物体的运动”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉，下列器材中还需要的是________(多选)．A．游标卡尺　　　　B．秒表C．弹簧测力计 D．天平E．坐标纸 F．重垂线
解析：(1)在做“研究平抛物体的运动”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉，还需要重垂线，确保木板竖直放置；另外还需坐标纸，用于记录小球的位置，故E、F正确，A、B、C、D错误．
(2)实验中，下列说法正确的是________(多选)．A．应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滑下B．要使描出的轨迹更好地反映小球的真实运动，记录的点应适当多一些C．斜槽轨道末端可以不水平D．斜槽轨道必须光滑E．为了比较准确地找出小球运动的轨迹，应该用一条曲线把所有的点连接起来．
解析：让小球总是从同一位置自由释放，这样才能找到同一运动轨迹上的几个点，然后将这几个点平滑连接起来，误差较大的点应舍去，而不是把所有的点连接起来，故A正确，E错误；要使描出的轨迹更好地反映小球的真实运动，记录的点应适当多一些，故B正确；为了能画出小球平抛运动的轨迹，要保证小球做的是平抛运动，斜槽轨道不一定要光滑，但末端必须是水平的，故C、D错误．
(3)甲、乙、丙、丁四位同学在做这个实验时，建立的坐标系分别如图A、B、C、D所示，这四位同学中坐标原点选择正确的是________(填图序号)．
解析： (3)建立坐标系时，应将小球在斜槽末端时球心在竖直面上的投影作为坐标原点，故C正确，A、B、D错误．
3．[2023·潍坊高一检测](多选)如图所示，将题中木板竖起，钢球撞到带有白纸和复写纸的竖直长木板上，并在白纸上留下痕迹A，重复实验，将木板依次后退相同的水平距离x，钢球撞到木板上留下痕迹B、C，测量A、B、C点到O点的距离分别为y1、y2、y3.其中O点与钢球抛出时圆心位置等高，重力加速度为g.
4．在“研究平抛运动”的实验中，采用图甲所示的实验装置，其简图如图乙所示．水平抛出的小球落入接球槽中，通过复写纸在白纸上留下点迹．
(1)下列说法正确的是________(多选)．A．小球运动时可以与竖直板相接触B．固定斜槽时，必须保证斜槽末端切线水平C.在研究一条运动轨迹时，小球每次都要从同一位置由静止释放D．为了准确地描出小球运动的轨迹，必须把所有的点连接起来(2)实验中小球碰到接球槽会在复写纸下面的白纸上留下相近的两个点(如图丙所示)，应该取________(选填“左边”或“右边”)的点进行测量．(3)图丁是实验中小球从斜槽上不同位置下落获得的两条轨迹，图线①所对应的平抛运动的初速度________(选填“较小”或“较大”)，图线②所对应的小球在斜槽上释放的位置________(选填“较低”或“较高”)．
解析：(1)若小球运动中与竖直挡板接触，会增加摩擦力，从而导致小球所做运动不是平抛运动，故A错误；为了使小球离开斜槽末端时速度水平，必须保证斜槽末端切线水平，故B正确；为了描绘同一个平抛运动的轨迹，必须使小球多次从斜槽末端飞出的初速度大小相同，则要从同一位置由静止开始释放小球，故C正确；准确地描出小球运动的轨迹时要用平滑的曲线把大多数点连接起来，舍去误差大的点，故D错误．(2)接球槽上的两个点迹，左边是平抛的落点，右边的点是小球反弹后留下的点，故应该取左侧的点测量更准确．(3)两条平抛的轨迹，取相同的竖直高度，则平抛的时间相同，由x＝v0t可知，图线①的水平位移大，其初速度较大，需要小球从较高的位置滚下获得较大初速度，则图线②所对应的小球在斜槽上释放的位置较低．
5.小球A由斜槽滚下，从桌边水平抛出，当它恰好离开桌边缘时，小球B从同样高度处自由下落，频闪照相仪拍到了B球下落过程的四个位置和A球的第1、2、4三个位置，如图所示．已知背景的方格纸每小格的边长为2.4 cm，频闪照相仪的闪光频率为10 Hz.(1)请在图中标出A球的第3个位置．(2)利用这张照片可求出当地的重力加速度大小为________ m/s2.(3)A球离开桌边时的速度大小为______ m/s.