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完美版课件ppt

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1.知道抛体运动和平抛运动,知道用运动分解的方法研究平抛运动。(物理观念)2.知道平抛运动的条件及相应控制方法,会用获得位置的方法确定多个点,并会描绘平抛运动的轨迹。会根据平抛运动的轨迹,研究平抛运动水平和竖直分运动的特点。(科学探究)3.通过探究平抛运动特点的实验,了解科学探究中获取及处理数据的方法。(科学探究)
基础落实·必备知识全过关
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一、平抛运动1.抛体运动:以一定的速度将物体抛出,在空气阻力可以忽略的情况下,物体　　 　　 的作用,这时的运动叫作抛体运动。
2.平抛运动(1)概念:如果抛体运动的初速度是沿　　　　　　　的,物体所做的运动叫作平抛运动。 
(2)条件:物体具有　　　　　　的初速度且运动过程中　　　　　　的作用。 
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:利用频闪照相的方法,记录物体在不同时刻的位置。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。
记录小球经过相同时间所在的位置
易错辨析(1)水平抛出的物体所做的运动就是平抛运动。(　　)(2)抛体运动就是平抛运动。(　　)(3)平抛运动的初速度方向与重力方向垂直。(　　)(4)根据频闪照相法可以独立分析小球在水平方向和竖直方向的运动规律。(　　)(5)小球在某个方向上经过相等的时间运动的位移相等,说明小球在该方向上做匀速运动。(　　)(6)小球在某个方向上经过连续相等的时间位移差相等,说明小球在该方向上做匀变速运动。(　　)
解析 还必须只受重力作用。
解析 只有初速度沿水平方向且只受重力作用的运动才是平抛运动。
方案一　描迹法1.按如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)把水平槽末端上小钢球球心的位置记录在白纸上。(4)使小钢球从斜槽上同一位置由静止滚下,落到倾斜挡板N上,小钢球挤压复写纸,在白纸上留下印迹。(5)上下调节倾斜挡板N,重复步骤(4),在白纸上记录小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,就得到小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,将小钢球放在斜槽末端水平部分,若小钢球静止,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面内,检查坐标纸竖线是否竖直。(3)释放小钢球①小钢球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放;②小钢球开始滚下的位置高度要适中,以使小钢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,而是小钢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,并使平抛轨道的平面靠近背板。
方案二　频闪照相法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。
【例1】 在做研究平抛运动的实验时,通过描点法画出小球平抛运动的轨迹,并求出平抛运动的初速度,实验装置如图所示。(1)关于这个实验,以下说法正确的是　　　。 A.小球释放的初始位置越高越好B.每次小球可从不同高度由静止释放C.实验前要检查坐标纸上的竖线是否竖直D.小球的平抛运动要靠近木板但不接触
(2)在做研究平抛运动的实验时,坐标纸应当固定在竖直的木板上,图中坐标纸的固定情况与斜槽末端的关系正确的是　　　　。 
(3)在“研究平抛物体的运动”的实验中,为减小空气阻力对实验的影响,选择小球时应选择　　　　。 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
解析 (1)小球释放的初始位置并非越高越好,若是太高,导致水平抛出的速度太大,实验难以操作,故A错误;必须每次释放的位置相同,以保证小球获得相同的初速度,故B错误;小球在竖直方向做自由落体运动,为了正确描述其轨迹,必须使坐标纸上的竖线是竖直的,故C正确;小球靠近但不接触木板,避免因摩擦而使运动轨迹改变,故D正确。(2)小球做平抛运动,要分解为水平和竖直方向的分运动,所以方格纸竖线应该竖直,小球在斜槽末端静止时球心在木板上的投影应该在方格纸上,故选C。(3)为减小空气阻力对实验的影响,小球体积要小,质量要大,故选A。
1.(2023湖南临湘高一期末)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。某物理小组利用如图甲所示的装置,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,其中频闪仪A拍摄水平方向的运动情况,频闪仪B拍摄竖直方向的运动情况,拍摄后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。根据实验分析回答下列问题。
(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)小球做平抛运动,在水平方向做匀速运动,竖直方向做初速度为零的匀加速运动,从题图乙可知(a)为匀加速运动,(b)为匀速运动,频闪仪A拍摄水平方向运动情况,频闪仪B拍摄竖直方向运动情况,故频闪仪B所拍摄的频闪照片为(a)。(2)从(b)可以看出小球做匀速运动,即小球在水平方向上的分运动为匀速直线运动。
探究点二　实验数据处理和实验误差分析
1.探究平抛运动中水平和竖直分运动的规律(1)轨迹法(以频闪照片为例)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、…的长度。
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yByC-yAyB=yAyB-OyA=…,根据yByC-yAyB=yAyB-OyA=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)平抛运动演示仪法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。使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,观察运动轨迹,判断两球能否相碰;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。
2.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。
【例2】 探究平抛运动特点的实验装置图如图甲所示。
(1)实验取得的部分数据已标在图乙中,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) 
(2)由题图丙可知,小球由A→B和由B→C所用时间相等,且有Δy=gT2,x=v0T,
2.(2023山东济南高一期末)在某星球上用如图甲所示的装置研究平抛运动的规律。悬点正下方P点处有水平放置的炽热电热丝,当悬线摆至电热丝处时被烧断,小球由于惯性向前飞出做平抛运动。利用数码照相机的连拍功能,从垂直小球运动平面方向拍摄,在有坐标的背景屏前拍下了小球做平抛运动的多张照片,如图乙所示。x轴为水平方向,y轴为竖直方向。a、b、c、d为连续四次拍下的小球位置,已知照相机连续拍照的时间间隔是0.10 s。
(1)在下面所给的坐标系中,描绘小球运动的轨迹;
(2)小球平抛的初速度大小是　　　 m/s; (3)该星球表面的重力加速度为　　　 m/s2。 
解析 (1)根据题图乙,将连续四次曝光的小球放在同一坐标系中描点连线如图所示。
(2)已知照相机连续拍照的时间间隔是0.10 s,每个小格的边长为1 cm。小