高考物理一轮复习必修第二册第四章曲线运动万有引力与航天第五讲实验：探究平抛运动的特点课件

第5讲　实验：探究平抛运动的特点 把握经典实验方案　一、基本原理与操作续表 融通多彩实验方案　1．教科版新教材——平抛运动的实验研究实验装置图[要点解读](1)打击弹片使小球A平抛的同时小球B做自由落体运动，观察实验结果。(2)改变打击弹片的力度，改变小球A平抛的初速度，观察实验结果。(3)通过实验发现A、B两球总是同时落地，说明小球A做平抛运动在竖直方向的分运动与小球B的运动相同。2．粤教版新教材——探究平抛运动实验装置图　[要点解读](1)可用平抛运动实验器分别研究平抛运动在水平方向的分运动特点和在竖直方向的分运动特点。(2)切断电源，使电磁铁C、D同时释放小球，使小球以相同的速度沿水平方向射出，同时碰撞开关S切断电磁铁E的电源，使钢球自由下落。(3)控制小钢球在轨道A、B上的初始位置相对于各自轨道出口水平线处的高度相同，控制小钢球在电磁铁E上的位置与轨道A出口在同一高度。 归纳共性实验关键　1．不变的实验原理 通过实验探究平抛运动在竖直方向的分运动为自由落体运动，在水平方向的分运动为匀速直线运动。2．必备的实验器材 斜槽、小钢球、铅垂线。3．共同的注意事项(1)斜槽末端切线方向必须水平，以保证小球做平抛运动。(2)每次释放小球的位置必须相同，以保证小球平抛的初速度相同。一、基础考法保住分考查点(一)　实验原理与操作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，将钢球静置于Q点，钢球的________(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________(填“需要”或“不需要”)y轴与铅垂线平行。(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________。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(4)伽利略曾研究过平抛运动，他推断：从同一炮台水平发射的炮弹，如果不受空气阻力，不论它们能射多远，在空中飞行的时间都一样。这实际上揭示了平抛物体________。A．在水平方向上做匀速直线运动B．在竖直方向上做自由落体运动C．在下落过程中机械能守恒解析：(1)为了能画出平抛运动轨迹，首先保证钢球做的是平抛运动，所以斜槽轨道不一定要光滑，但斜槽轨道末端必须是水平的；同时要让钢球总是从同一位置无初速度释放，这样才能找到同一运动轨迹上的几个点，A错误，B、D正确。挡板只要能记录下钢球下落在不同高度时的不同的位置即可，不需要等间距变化，C错误。(2)钢球在运动中记录下的是其球心的位置，故抛出点也应是钢球静置于Q点时球心的位置，故应以钢球的球心对应白纸上的位置为坐标原点；钢球在竖直方向为自由落体运动，故y轴必须保证与铅垂线平行。(3)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；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；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，由于铅笔和白纸之间没有压力，故不会形成运动轨迹。故选A、B。(4)伽利略的推断说明了炮弹由同一高度下落时的等时性，故只能说明炮弹在竖直方向为自由落体运动，无法说明水平方向的运动。答案：(1)BD　(2)球心　需要　(3)AB　(4)B[关键点拨](1)固定斜槽时，必须保证斜槽末端的切线水平。(2)小球平抛运动的起点不是斜槽末端，而是斜槽末端小球球心对应的位置。(3)同一实验过程中，小球在斜槽上释放的位置必须相同，以保证小球平抛的初速度相同。考查点(二)　数据处理与误差分析2．某同学利用图甲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乙所示(图中未包括小球刚离开轨道的图像)。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乙中标出。完成下列填空：(结果均保留2位有效数字)(1)小球运动到图乙中位置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)根据图乙中数据可得，当地重力加速度的大小为________m/s2。答案：(1)1.0　2.0　(2)9.7二、创新考法不失分创新角度(一)　实验器材的创新1. 试根据平抛运动原理设计“测量弹射器弹丸出射初速度”的实验方法，提供的实验器材有：弹射器(含弹丸，如图所示)、铁架台(带有夹具)、米尺。(重力加速度g已知)(1)画出实验示意图。(2)在安装弹射器时应注意：______________________________________________。(3)实验中需要测量的物理量(在画出的示意图中用字母标出)：________________。(4)由于弹射器每次射出的弹丸初速度不可能完全相等，在实验中采取的方法是______。(5)计算公式为_______________________________________________。答案：见解析2．频闪摄影是研究变速运动常用的实验手段。在暗室中，照相机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规律。他们分别在该装置正上方A处和右侧正前方B处安装了频闪仪器并进行了拍摄，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。则根据平抛运动规律分析下列问题(g取10 m/s2)：(1)乙图中，A处摄像头所拍摄的频闪照片为______(填“a”或“b”)。(2)测得图乙a中OP距离为30 cm，b中OP距离为45 cm，则平抛小球的初速度大小应为________ m/s，小球在P点速度大小应为________ m/s。创新角度(二)　实验原理的创新3．某同学设计了一个“探究平抛运动的特点”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(如图甲中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，每次让小球从斜轨道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。实验得到的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)在图乙中绘出小球做平抛运动的轨迹。解析：(1)对实验装置反复调节的目的：①使斜轨道末端切线水平，以保证小球离开轨道时做平抛运动；②使A板水平，保证B板总处于同一高度；③使插槽P0P0′垂直斜轨道并在斜轨道末端正下方，以保证B板在P0P0′时小球的痕迹为抛出点。每次让小球从同一位置由静止释放，是为了保证小球每次以相同初速度做平抛运动。(2)每次将B板向内侧平移距离d，是为了使记录纸上每两点间的水平距离相等。(3)如图所示。答案：(1)斜轨道末端切线水平、A板水平、插槽P0P0′垂直斜轨道并在斜轨道末端正下方　使小球每次做平抛运动的初速度都相同　(2)使记录纸上每两点之间的水平距离相等　(3)见解析图创新角度(三)　数据处理的创新4．如图甲所示， AB是一可升降的竖直支架，支架顶端A处固定一弧 形轨道，轨道末端水平。一条形木板的上端铰接于过A的水平转 轴上，下端搁在水平地面上。将一小球从弧型轨道某一位置由静 止释放，小球落在木板上的某处，测出小球平抛运动的水平射程x和此时木板与水平面的夹角θ，并算出tan θ。改变支架AB的高度，将小球从同一位置释放，重复实验，得到多组x和tan θ，记录的数据如下表：(1)在图乙的坐标中描点连线，做出x-tan θ的关系图像。(2)根据x-tan θ图像可知小球做平抛运动的初速度v0＝________ m/s；实验中发现θ超过60°后，小球将不会掉落在斜面上，则斜面的长度为________ m。(重力加速度g取10 m/s2，计算结果保留两位小数)。(3)实验中有一组数据出现明显错误，可能的原因是______________________________________________________________。解析：(1)x-tan θ的关系图像如图所示：答案：(1)见解析图　(2)1.00(0.96～1.04均可)　0.69(0.65～0.73均可)　(3)第4次小球释放位置与其他次实验不同(低于其他次实验)