202X202X學(xué)年高中物理第五章3實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動(dòng)課件新人教版必修2

1、3.實(shí)驗(yàn):研究平拋運(yùn)動(dòng)1.能夠描出平拋運(yùn)動(dòng)物體的軌跡。2.能夠判斷平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是否為拋物線。3.能夠求出平拋運(yùn)動(dòng)物體的初速度。一二三四一、實(shí)驗(yàn)原理 一二三四二、探究平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律的兩種方法1.比照實(shí)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)裝置如下圖。實(shí)驗(yàn)器材:斜槽、坐標(biāo)紙、圖釘、木板及豎直固定支架、鉛筆、金屬小球和刻度尺。一二三四(1)研究水平方向上的分運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。把兩個(gè)金屬小球分別吸在電磁鐵C、D上,切斷電源,使兩個(gè)小球以一樣的初速度分別從軌道A、B同時(shí)射出。同步改變電磁鐵C、D與軌道出口水平線之間的高度,屢次重復(fù)以上步驟。我們看到兩個(gè)小球每次都發(fā)生相碰,因此可以得出兩個(gè)小球在水平方向的運(yùn)動(dòng)情況一樣的結(jié)論,即平拋運(yùn)動(dòng)在水平

2、方向上的分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)。一二三四(2)研究豎直方向上的分運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。把兩個(gè)小球分別吸在電磁鐵C、E上,切斷電磁鐵C的電源,使一個(gè)小球從軌道A射出,并在射出時(shí)撞開碰撞開關(guān)S,使電磁鐵E斷電釋放它吸著的小球。讓電磁鐵E從N向M移動(dòng),調(diào)整它的位置,屢次重復(fù)以上步驟。我們看到兩個(gè)小球每次都發(fā)生相碰,因此可以得出兩個(gè)小球在豎直方向的運(yùn)動(dòng)情況一樣的結(jié)論,即平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向上的分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)。一二三四2.軌跡研究法描出平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡,建立起水平、豎直方向的直角坐標(biāo)系,通過對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的研究,找出平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。例如,假定物體在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),確定運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等的一些點(diǎn)的坐標(biāo),研究物體在

3、豎直方向運(yùn)動(dòng)的位移隨時(shí)間的變化規(guī)律,證實(shí)或驗(yàn)證你的猜測(cè)。一二三(1)如下圖,在平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的水平坐標(biāo)軸x軸上,從原點(diǎn)O開場(chǎng)向右取幾個(gè)間距相等的點(diǎn)a、b、c,再在軌跡上找到它們的對(duì)應(yīng)點(diǎn)A、B、C,那么物體從其中一個(gè)位置運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)位置所用時(shí)間都是相等的。(2)過A、B、C作水平線與y軸分別交于a、b、c,那么這些點(diǎn)就是每經(jīng)過相等時(shí)間,物體在豎直方向的位移。(3)測(cè)量Oa、ab、bc的長(zhǎng)度,探究豎直方向是否為勻變速直線運(yùn)動(dòng)。四一二三四三、如何獲得平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡1.描跡法(1)實(shí)驗(yàn)裝置如下圖。(2)實(shí)驗(yàn)器材:斜槽軌道、小球、木板、白紙、圖釘、鉛垂線、刻度尺、三角板、鉛筆等。一二三四(3)實(shí)驗(yàn)步驟:按

4、如下圖安裝實(shí)驗(yàn)裝置,使小球放在斜槽末端點(diǎn)恰能靜止。水平槽末端端口上小球球心位置為坐標(biāo)原點(diǎn)O,過O點(diǎn)畫出豎直的y軸和水平的x軸。使小球從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下,把筆尖放在小球可能經(jīng)過的位置上,如果小球運(yùn)動(dòng)中碰到筆尖,用鉛筆在該位置畫上一點(diǎn),用同樣的方法,在小球運(yùn)動(dòng)路線上描下假設(shè)干點(diǎn)。將白紙從木板上取下,從O點(diǎn)開場(chǎng)通過畫出的假設(shè)干點(diǎn)描出一條平滑的曲線。一二三四(4)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的事項(xiàng):保證斜槽末端的切線水平,木板豎直且與小球下落的軌跡平面平行,并使小球運(yùn)動(dòng)時(shí)靠近木板,但不接觸;小球每次都從斜槽上同一位置滾下;小球做平拋運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)不是槽口的端點(diǎn),應(yīng)是小球在槽口時(shí)球的重心在木板的水平投影點(diǎn);小球從斜

5、槽上開場(chǎng)滾下的位置要適當(dāng),以便使小球運(yùn)動(dòng)的軌跡由木板的左上角到右下角。一二三四2.噴水法如下圖,倒置的飲料瓶?jī)?nèi)裝有水,瓶塞內(nèi)插著兩根兩端開口的細(xì)管,其中一根彎成水平,加上一個(gè)很細(xì)的噴嘴。水從噴嘴中射出,在空中形成彎曲的細(xì)水柱,它顯示了平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。將它描在后面的紙上,進(jìn)展分析處理。一二三四3.頻閃照相法頻閃照相是指每隔一定時(shí)間對(duì)同一物體進(jìn)展一次照相,并將其位置呈現(xiàn)在同一張底片上的技術(shù)。它可以準(zhǔn)確描述物體的運(yùn)動(dòng)情況,如下圖。(1)通過對(duì)同一時(shí)刻兩小球位置的比照可知,在任一個(gè)一樣時(shí)間內(nèi)下落的位移是相等的,即平拋運(yùn)動(dòng)的豎直分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)。(2)測(cè)量平拋運(yùn)動(dòng)中相鄰位置間的水平距離,結(jié)果發(fā)現(xiàn)任意

6、兩個(gè)相鄰的位置間水平距離相等,說明平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向的分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)。一二四三四、判斷曲線是否是拋物線的方法1.代數(shù)計(jì)算法:將所測(cè)量的各個(gè)點(diǎn)的x、y坐標(biāo)分別代入y=ax2,看計(jì)算得到的a值在誤差允許的范圍內(nèi)是否是一個(gè)常數(shù)。2.圖像法:建立y-x2坐標(biāo)系,根據(jù)所測(cè)量的各個(gè)點(diǎn)的x、y坐標(biāo)值分別計(jì)算出對(duì)應(yīng)的y值和x2值,在y-x2坐標(biāo)系中描點(diǎn),連接各點(diǎn)看是否在一條直線上。一二三一、本卷須知1.保證斜槽末端點(diǎn)的切線水平,木板豎直且與小球下落的平面平行,并使小球運(yùn)動(dòng)時(shí)靠近木板,但不接觸。2.小球每次都從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下。3.小球做平拋運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)不是槽口的端點(diǎn),應(yīng)是小球在槽口時(shí),小球的重心在

7、木板上的水平投影點(diǎn)。4.小球在斜槽上開場(chǎng)滾下的位置要適當(dāng),以便使小球運(yùn)動(dòng)的軌跡由木板的左上角到右下角。5.要選取距O點(diǎn)遠(yuǎn)些的點(diǎn)來計(jì)算小球的初速度,這樣可減小誤差。一二三二、實(shí)驗(yàn)誤差的來源和分析1.安裝斜槽時(shí),其末端切線不水平。2.建立坐標(biāo)系時(shí),以斜槽末端端口位置為坐標(biāo)原點(diǎn),實(shí)際上應(yīng)是末端端口上的小球球心位置為坐標(biāo)原點(diǎn)。3.小球每次自由滾下的位置不完全一樣。4.數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí),測(cè)量不準(zhǔn)確而產(chǎn)生誤差。一二三三、數(shù)據(jù)處理1.在平拋運(yùn)動(dòng)軌跡上選取A、B、C、D、E五個(gè)點(diǎn),測(cè)出它們的x、y坐標(biāo)值,記到表格內(nèi)。類型一類型二類型三【例題1】 在探究平拋運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中,可以描繪出小球平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡,實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)

8、要步驟如下:A.讓小球?qū)掖螐奈恢脻L下,記下小球碰到鉛筆筆尖的一系列位置。 B.按圖安裝好器材,注意,記下平拋初位置O點(diǎn)和過O點(diǎn)的豎直線。 C.取下白紙,以O(shè)為原點(diǎn),以豎直線為y軸建立坐標(biāo)系,用平滑曲線畫平拋運(yùn)動(dòng)物體的軌跡。完成上述步驟,正確的實(shí)驗(yàn)順序是。 類型一類型二類型三解析:安裝器材時(shí),應(yīng)使斜槽末端水平,以保證小球做平拋運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)中,每次小球應(yīng)從同一位置下落,以保證每次的運(yùn)動(dòng)軌跡都一樣。答案:同一斜槽末端水平BAC題后反思實(shí)驗(yàn)中注意以下幾點(diǎn):(1)必須調(diào)整斜槽末端的切線水平;(2)木板必須處于豎直面內(nèi);(3)小球每次必須從斜槽上同一位置滾下;(4)坐標(biāo)原點(diǎn)是小球出槽口時(shí)球心在平板上的水平投

9、影點(diǎn)。類型一類型二類型三【例題2】 在“研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)記錄了運(yùn)動(dòng)軌跡上三點(diǎn)A、B、C,如下圖,以A為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系,各點(diǎn)坐標(biāo)值已在圖中標(biāo)出。求:(g取10 m/s2)(1)小球平拋初速度的大小。(2)小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初始位置坐標(biāo)。點(diǎn)撥:平拋運(yùn)動(dòng)的物體在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),在豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)。類型一類型二類型三解析:(1)小球在AB段、BC段水平位移相等,而小球在水平方向做勻速運(yùn)動(dòng),因此小球在這兩段的運(yùn)動(dòng)時(shí)間tAB=tBC=T。小球在豎直方向做勻加速運(yùn)動(dòng),由y=aT2得(0.25-0.15) m=10 m/s2T2,T=0.1 s小球在水平方向上做勻速運(yùn)動(dòng),有類型一類

10、型二類型三(2)由于小球在豎直方向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng),小球在B點(diǎn)的豎直分速度大小等于AC段在豎直方向上的平均速度大小。小球從拋出點(diǎn)O到A點(diǎn)歷時(shí)tOA=tOB-T=0.1 s故O點(diǎn)坐標(biāo)值為(-10 cm,-5 cm)。答案:(1)1 m/s(2)(-10 cm,-5 cm)類型一類型二類型三題后反思此題考察的是通過對(duì)圖像的深入分析,加強(qiáng)對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理解。由豎直方向的位移之比可以判斷A點(diǎn)不是拋出點(diǎn),所類型一類型二類型三【例題3】 為了探究平拋運(yùn)動(dòng)的物體在豎直方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,某同學(xué)設(shè)計(jì)了下面一個(gè)實(shí)驗(yàn):如下圖,OD為一豎直木板,小球從斜槽上擋板處由靜止開場(chǎng)運(yùn)動(dòng),離開O點(diǎn)后做平拋運(yùn)動(dòng),右側(cè)用一束平行

11、光照射小球,小球在運(yùn)動(dòng)過程中,便在木板上留下影子。上圖是用頻閃照相機(jī)拍攝的小球在運(yùn)動(dòng)過程中的位置以及在木板上留下的影子的位置,如圖中A、B、C、D等點(diǎn)?，F(xiàn)測(cè)得各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為5.0 cm、19.8 cm、44.0 cm、78.6 cm。試根據(jù)影子的運(yùn)動(dòng)情況討論物體在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)情況。(照相機(jī)的閃光頻率為10 Hz)類型一類型二類型三點(diǎn)撥:小球運(yùn)動(dòng)過程中在木板上留下的影子反映了小球在豎直方向的運(yùn)動(dòng)情況。根據(jù)在豎直方向相等時(shí)間里影子的位移,結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律進(jìn)展分析。解析:照相機(jī)的閃光周期T=0.1 s。影子在連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移分別為x1=5 cm、x2=14.8 cm、x3=24.2 cm、x4=34.6 cm。根據(jù)逐差法可求得影子運(yùn)動(dòng)的加速度。x3-x1=2a1T2,x4-x2=2a2T2加速度等于重力加速度,可見小球在豎直方向的運(yùn)動(dòng)為自由落體運(yùn)動(dòng)。答案:見解析類型一類型二類型三題后反思此題的巧妙之處為打破了常規(guī)的探究方法,利用影子的運(yùn)動(dòng)反映小球在豎直方