新教材适用2024版高考物理一轮总复习第4章曲线运动万有引力与航天实验5探究平抛运动的特点课件

这是一份新教材适用2024版高考物理一轮总复习第4章曲线运动万有引力与航天实验5探究平抛运动的特点课件，共54页。PPT课件主要包含了实验知识·自主回顾，核心考点·重点突破，年高考·1年模拟，印迹连接起来，010cm，x3＋x1＝2x2，见解析，用直径较大的容器，口压强等于大气压强，不水平等内容，欢迎下载使用。

实验五　探究平抛运动的特点
一、实验目的1．用实验的方法描绘出平抛运动的轨迹。2．用实验轨道求解做平抛运动物体的初速度。
二、实验原理 使小球做平抛运动，利用描点法描绘出小球的运动轨迹，建立坐标
三、实验器材斜槽(带小球)、木板及竖直固定支架、白纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺。谨记部分器材用途
四、实验步骤1．按实验原理图甲安装实验装置，使斜槽末端水平。2．以斜槽水平部分端口上小球球心位置为坐标原点O，过O点画出竖直的y轴和水平的x轴。3．使小球从斜槽上同一位置由静止滚下，把笔尖放在小球可能经过的位置上，如果小球运动中碰到笔尖，用铅笔在该位置标记为一点。用同样的方法，在小球运动轨迹上描下若干点。4．将白纸从木板上取下，从O点开始连接画出的若干点描绘出一条平滑的曲线，如实验原理图乙所示。
五、数据处理1．判断平抛运动的轨迹是不是抛物线(1)原理：若平抛运动的轨迹是抛物线，则应以抛出点为坐标原点建立直角坐标系，且轨迹上各点的坐标满足y＝ax2的关系，且同一运动轨迹上a是一个特定的值。(2)验证方法方法一：代入法用刻度尺测量几个点的x、y坐标，分别代入y＝ax2中求出常数a，判断a值在误差允许的范围内是否为一常数。方法二：图像法建立y－x2坐标系，根据所测量的各个点的x、y坐标值分别计算出对应y值的x2值，在y－x2坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，并求出该直线的斜率即为a的值。
(2)平抛运动轨迹残缺(即无抛出点)如图所示，在轨迹上任取三点A、B、C，使A、B间及B、C间的水平距离相等，由平抛运动的规律可知，A、B间与B、C间所用时间相等
六、误差分析1．斜槽末端没有调节成水平状态，导致初速度未沿水平方向。2．坐标原点不够精确等。
七、注意事项1．固定斜槽时，要保证斜槽末端的切线水平，保证小球的初速度沿水平方向。2．固定木板时，木板必须处在竖直平面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直。3．为保证小球每次从斜槽上的同一位置由静止释放，可在斜槽上某一位置固定一个挡板。4．要在斜槽上适当高度释放小球，使它以适当的水平初速度抛出，其轨迹由木板左上角到达右下角，这样可以减小测量误差。5．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。6．计算小球的初速度时，应选距抛出点稍远一些的点为宜，以便于测量和计算。
(2023·河北模拟预测)用如图甲所示装置研究平抛运动。实验操作如下：a．将白纸和复写纸固定在竖直的背板上；b．将钢球由斜槽上某一位置处静止释放，落在可上下调节的水平挡板N上；(挡板N靠近背板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上留下印迹)c．上下调节挡板N，重复步骤b，在白纸上记录钢球所经过的多个位置；
d．____________________________________________________________________________________________________________________________________，就得到钢球做平抛运动的轨迹。
以斜槽水平末端处钢球球心在白纸上的投影点为坐标原点O，过
O点画出竖直的y轴和水平的x轴；取下坐标纸，用平滑的曲线把这些
(1)请将操作d补充完整。(2)实验中，必须满足的条件有______。(填正确答案标号)A．斜槽轨道末端水平B．斜槽轨道光滑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
(3)通过实验，记录了钢球在运动途中的三个位置，如图乙所示，则该钢球在A点速度的大小为___m/s，钢球抛出点位置的坐标为_____________。(取g＝10 m/s2)
[解析](1)以斜槽水平末端处钢球球心在白纸上的投影点为坐标原点O，过O点画出竖直的y轴和水平的x轴；取下坐标纸，用平滑的曲线把这些印迹连接起来，就得到钢球做平抛运动的轨迹。(2)斜槽轨道不一定需要光滑，但末端一定要水平，才能保证是平抛运动，故A正确，B错误；挡板只要能记录下小球下落在不同高度的不同位置即可，不需要等间距变化，故C错误；为了保证小球做平抛运动的初速度相等，小球每次应从斜槽的同一位置由静止释放，故D正确。
〔变式训练1〕　(2022·北京西城二模)某同学做“探究平抛运动的特点”实验。(1)该同学先用图1所示的器材进行实验。他用小锤打击弹性金属片，A球就水平飞出，同时B球被松开，做自由落体运动，改变小球距地面的高度和打击小球的力度，多次重复实验，均可以观察到A、B两球同时落地。关于本实验，下列说法正确的是( 　　)
A．实验现象可以说明平抛运动在水平方向上是匀速直线运动B．实验现象可以说明平抛运动在竖直方向上是自由落体运动C．实验现象可以同时说明平抛运动在两个方向上的运动规律
(2)为了在(1)实验结论的基础上进一步研究平抛运动的规律，该同学用图2所示的器材继续进行实验，描绘出小球做平抛运动的轨迹。如图3所示，以小球的抛出点O为原点，水平方向为x轴，竖直方向为y轴建立坐标系。该同学在轨迹上测量出A、B、C三点的坐标分别为(x1，y1)、(x2，y2)和(x3，y3)。如果坐标满足___________________关系，说明小球抛出后在O、A、B、C相邻两点间运动经历了相等的时间间隔。同时，如果坐标还满足___________________关系，那么证明小球的水平分运动是匀速直线运动。
y3＝3(y2－y1)
(3)某同学设计了一个探究平抛运动的家庭实验装置。如图4所示，在一个较高的塑料筒侧壁靠近底部的位置钻一个小孔，在小孔处沿水平方向固定一小段吸管作为出水口。将塑料筒放在距地面一定高度的水平桌面上，在筒中装入一定高度的水，水由出水口射出，落向地面，测量出水口到地面的高度y和水柱的水平射程x。在实验测量的过程中，该同学发现测量水柱的水平射程x时，若测量读数太慢，x的数值会变化。
a．请分析水平射程x的数值变化的原因。_______________b．为了减小实验误差，应选用直径较大的容器，还是直径较小的容器？请说明判断依据。___________________
[解析](1)观察到A、B两球同时落地，说明两球在竖直方向的运动完全相同，即可以说明平抛运动在竖直方向上是自由落体运动；故选B。
(2)小球抛出后在O、A、B、C点若时间间隔相等，则需满足Δy＝gT2即满足(y3－y2)－(y2－y1)＝(y2－y1)－y1即y3＝3(y2－y1)如果小球的水平分运动是匀速直线运动，则还满足x3－x2＝x2－x1即x3＋x1＝2x2
(3)a.若测量读数太慢，则随着水的不断流出，则水从管口流出的速度会不断减小，则在竖直高度不变的情况下，水流的射程会减小，即x减小。b．为了减小实验误差，应选用直径较大的容器；因用直径较大的容器时，当管中流出同样多的水时，容器中液面下落的高度较小，则对管口水流的速度影响较小。
物理老师给学生布置的周末家庭作业是利用家中可利用的物品，探究物体平抛运动的规律。李明同学认为墙壁垂直地板，是竖直的，在父亲的帮助下找到了一段弯曲的薄壁金属管、米尺、白纸、复写纸、小矩形木块、直径略小于金属管内径的金属钢珠和餐桌、自制了水平仪等，安装了如图甲所示的装置，每次改变餐桌(装置用胶带固定在餐桌上)和墙之间的距离，让钢珠从金属管顶端由静止滚下，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．李明把钢珠轻轻地放在光滑的餐桌桌面上检查桌面是否水平B．管子在餐桌桌面上的投影和餐桌长边平行，餐桌宽边和墙壁平行C．使金属管的底端与桌边重合D．要求金属管内部绝对光滑
(2)李明每次将餐桌向远离墙壁的方向移动，用米尺测量保证宽边的两桌腿到墙壁距离每次增加0.2 m，通过几次重复试验，挑了一张理想的有4个连续落点痕迹的白纸，如图乙所示。测量的距离依次为5.0 cm、15.0 cm、25.0 cm，重力加速度g＝10 m/s2，钢珠离开桌面时的速度为___ m/s，钢珠打到C点的速度大小为______ m/s(结果可用根号表示)；(3)C点距离桌面的竖直高度为_________ m。
[解析](1)由于本实验要测定平抛运动的初速度，钢球从固定斜面下滑后，桌面应保持水平，当把钢珠轻轻地放在光滑的餐桌桌面上不动时，桌面则水平，未水平时钢珠会滚动，A正确；由于餐桌桌面是矩形，B选项操作保证了从餐桌边沿飞出的初速度和竖直墙壁垂直，B正确；金属管的底端与桌边重合不是必要的，C错误；钢珠下滑时对金属管是否粗糙无要求，只要确保钢珠能下滑且每次受到的阻力相同即可，D错误。
〔变式训练2〕　(2022·山西运城高三期末)某同学利用手机的连拍照相功能研究平抛运动。实验步骤如下：(a)用刻度尺测出每块砖的高度d和长度L。(b)将小球平行于竖直墙面水平向右抛出，利用连拍照相功能拍摄不同时刻小球位置，得到小球的运动轨迹如图所示。不计小球所受阻力，重力加速度为g。
(1)O点______(填“是”或“不是”)抛出点。(2)连拍照相的时间间隔T＝___(3)小球在位置B的速度大小v＝___________________
[解析](1)由于竖直方向相等时间的位移比为123，不是135，因此O不是抛出点。
1.(2022·浙江1月卷)在“研究平抛运动”实验中，以小钢球离开轨道末端时球心位置为坐标原点O，建立水平与竖直坐标轴。让小球从斜槽上离水平桌面高为h处静止释放，使其水平抛出，通过多次描点可绘出小球做平抛运动时球心的轨迹，如图所示。在轨迹上取一点A，读取其坐标(x0，y0)。
(1)下列说法正确的是______。A．实验所用斜槽应尽量光滑B．画轨迹时应把所有描出的点用平滑的曲线连接起来C．求平抛运动初速度时应读取轨迹上离原点较远的点的数据(2)根据题目所给信息，小球做平抛运动的初速度大小v0＝____。(3)在本实验中要求小球多次从斜槽上同一位置由静止释放的理由是__________________________________。
确保多次运动的轨迹相同
[解析](1)斜槽轨道不需要光滑，只需要从同一位置静止释放小球，使其到达斜槽末端的速度相同即可，故选项A错误；由于描点可能出现误差，因此不是把所有的点都用曲线连接起来，选项B错误；求平抛运动初速度时应读取轨迹上离原点较远的点的数据，这样误差较小，选项C正确。(3)为了保证能画出同一个平抛运动轨迹上的多个点，必须要在同一位置由静止释放小球，以确保多次运动的轨迹相同(或“保证小球离开斜槽末端的速度v0相同，从而保证其运动轨迹相同”)。
2．(2021·全国乙卷，22)某同学利用图(a)所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄，频闪仪每隔0.05 s发出一次闪光，某次拍摄后得到的照片如图(b)所示(图中未包括小球刚离开轨道的影像)。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面平行，其上每个方格的边长为5 cm。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图(b)中标出。
完成下列填空：(结果均保留2位有效数字)(1)小球运动到图(b)中位置A时，其速度的水平分量大小为__________ m/s，竖直分量大小为_____________ m/s；(2)根据图(b)中数据可得，当地重力加速度的大小为__________ m/s2。
3．(2023·四川省南充高级中学高三开学考试)在物理实验中，某学习小组用如图所示的装置做“研究平抛运动”的实验时，想用平抛运动的规律测量水流的流量(单位时间内水的体积)。该装置用倒置的饮料瓶内装着水，瓶塞内插着两根两端开口的细管，其中一根弯成水平，且水平端加接一段更细的硬管作为喷嘴。该组同学还利用了实验室里的游标卡尺、刻度尺，重力加速度g取10 m/s2。求：
(1)实验中A细管的作用是____________________________________ ______________________；(2)需要测量的物理量有______________________________________ ______________________________；(3)根据所测量数据的符号写出流量表达式Q＝____________。
保持从喷嘴射出水流速度不变或保持A管
喷嘴直径d，喷嘴到水流落地点的水平距离
x，喷嘴到地面的竖直高度h
[解析](1)实验中A细管的作用是给饮料瓶内输入空气，使饮料瓶内液面压强等于大气压强，从而使喷嘴射出水流速度不变。(2)为“研究平抛运动”，所以需要测量的物理量有：喷嘴直径d，喷嘴到水流落地点的水平距离x，喷嘴到地面的竖直高度h。(3)射出水流做平抛运动，所以有：在水平方向有x＝v0t，
4．(2023·全国模拟预测)一组同学在教室内做研究平抛运动的实验，装置如图甲所示，末端切线水平的轨道固定在靠近竖直墙的课桌上，在墙上的适当位置固定一张白纸，白纸前面覆盖复写纸。让一小钢球从轨道顶端由静止滚下，离开轨道后撞击复写纸，在白纸上留下撞击痕迹点。开始时轨道末端距墙x0，小球撞击的痕迹点记为1，后依次将课桌远离墙移动L＝30 cm，每次移动后都让小钢球从轨道顶端由静止滚下，直到小钢球不能直接碰到墙，撞击的痕迹点记为2、3、4……。将白纸取下，测量各撞击痕迹点之间的距离。如图乙，第2、3、4点与第1点的距离分别为y1＝11.00 cm、y2＝32.00 cm、y3＝63.00 cm。重力加速度大小取10 m/s2。则小钢球离开轨道时的速度大小为___ m/s；撞击第3个点前瞬间小球的速度大小为_______ m/s(用根号表示)；开始时轨道末端与墙的距离x0＝______ cm。
[解析]由题意知，1、2、3、4撞击点之间的时间间隔相等，设为T，则(y3－y2)－(y2－y1)＝gT2，代入数据解得T＝0.1 s，
5．(2023·河北高三专题练习)某同学在实验室用手机拍摄小球做平抛运动的视频，利用截取的分帧图片中小球的位置来估测当地的重力加速度g，实验装置如图甲所示。
(1)按图甲所示安装好器材，将斜槽轨道固定在实验桌上，其末端伸出桌面外，把木板调整到竖直位置，使板面与小球运动轨迹所在平面平行且靠近，竖直放置的刻度尺与抛出点对齐。手机固定在三脚架上，调整好手机镜头的位置。打开手机摄像功能，开始摄像，然后将小球从斜槽上某一位置释放。
从视频中再截取第二、三、四帧图片，图片中小球和对应刻度尺刻度如图乙所示。刻度尺的分度值是1 mm，结合第二、三、四帧图片可推测当地的重力加速度约为____________ m/s2(结果保留两位小数)，小球水平速度约为_________ m/s，斜槽轨道末端_________(填“水平”或“不水平”)。(3)查资料得当地的重力加速度g＝9.796 m/s2，实验测得重力加速度的相对误差为______(保留1位有效数字)，引起实验误差的原因可能是________________________(填“小球与斜槽轨道间的摩擦力”或“空气对小球的阻力”)。