202X版新教材高中物理第五章拋體運動3實驗探究平拋運動的特點課件新人教版必修第二冊

1、3實驗:探究平拋運動的特點必備知識自我檢測一、實驗目的1.平拋運動:以一定的速度將物體拋出,在空氣阻力可以忽略的情況下,物體只受重力的作用,這時的運動叫作拋體運動。如果初速度是沿水平方向,這樣的拋體運動就叫平拋運動。2.實驗目的:探究物體做平拋運動的特點,即物體的速度或位移隨時間的變化關(guān)系。二、實驗思路平拋運動是曲線運動,我們可以嘗試將它分解為水平方向的分運動和豎直方向的分運動。只要知道這兩個方向的位移或速度隨時間變化的關(guān)系,平拋運動的特點就清楚了。必備知識自我檢測三、進行實驗方案一、利用頻閃照相或者錄制視頻的方法,記錄物體做平拋運動時經(jīng)過相等時間所到達的位置。方案二、設法描繪物體做平拋運動的

2、軌跡,先研究水平方向的運動規(guī)律,再研究豎直方向的運動規(guī)律。必備知識自我檢測1.在探究平拋運動的特點實驗中,為減小空氣阻力對小球運動的影響,應采用()A.實心小鐵球B.空心小鐵球C.實心小木球D.以上三種小球都可以解析:為減小空氣阻力對小球運動的影響,阻力和球的重力相比越小,影響越小,故A選項正確。答案:A必備知識自我檢測2.安裝實驗裝置的過程中,斜槽末端的切線必須是水平的,這樣做的目的是()A.保證小球飛出時,速度既不太大,也不太小B.保證小球飛出時,初速度方向水平C.保證小球在空中運動的時間每次都相等D.保證小球運動的軌跡是一條拋物線解析:平拋運動初速度的大小不是由斜槽末端是否水平?jīng)Q定的,而

3、是由小球釋放點到斜槽水平端的豎直高度決定的,故A項不正確;研究平拋物體的運動,旨在弄清物體在水平和豎直兩個方向上怎樣運動,必須保證小球拋出時速度是水平的,并非要研究小球在空中運動的時間,故B項正確,C項不正確;無論小球飛出的初速度是水平還是傾斜的,其運動軌跡都是一條拋物線,故D項不正確。答案:B探究一探究二隨堂檢測 實驗操作實驗操作情景導引為獲得物體做平拋運動的軌跡,你能想到哪些方法?要點提示:1.數(shù)碼相機2.平拋運動實驗儀知識歸納方案一、利用頻閃照相或者錄制視頻的方法,記錄物體做平拋運動軌跡的實驗步驟1.讓小球從水平桌面上飛出,在小球后面放置帶方格的黑板做背景。2.用數(shù)碼相機的攝像功能,拍攝

4、小球從桌面飛出后做平拋運動的幾張連續(xù)照片。3.利用Photoshop軟件將多個影像合成為同一幅照片。探究一探究二隨堂檢測注意事項:1.保證相機靜止不動。2.拍攝時光源用高效節(jié)能燈或更大功率的白熾燈。3.背景和小球之間的反差要大。方案二、利用平拋演示儀探究平拋運動的特點。步驟1.探究平拋運動豎直分運動的特點。1.把兩個等大的金屬小球放置在圖中裝置上。2.用小錘擊打彈性金屬片,觀察兩球的運動軌跡,確定它們落地時間的先后。3.分別改變小球距離地面的高度和小錘擊打的力度,多次重復實驗,確定它們落地時間的先后。4.若兩小球總是同時落地,則表明平拋運動的豎直分運動是自由落體運動。探究一探究二隨堂檢測步驟2

5、.探究平拋運動水平分運動的特點。1.將一張白紙和復寫紙固定在裝置的背板上。2.按照圖示安裝實驗裝置,使斜槽末端水平。3.把水平槽末端上小球球心位置記錄在白紙上。4.使小球從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下,上下調(diào)節(jié)裝置中的傾斜擋板N,使鋼球落到上面,鋼球擠壓復寫紙,在白紙上留下印跡。5.上下調(diào)節(jié)擋板N,重復步驟4,在白紙上記錄鋼球所經(jīng)過的多個位置。6.用平滑曲線把這些印跡連接起來,就得到鋼球做平拋運動的軌跡。7.以O點為坐標原點,水平方向為x軸、豎直方向為y軸建立平面直角坐標系。探究一探究二隨堂檢測8.在運動軌跡上取點A、B、C,在豎直方向上,滿足yOAyAByBC=135,若水平方向上,滿足xOA=

6、xAB=xBC,則表明平拋運動的水平分運動為勻速直線運動。探究一探究二隨堂檢測實例引導例1如圖所示,在探究平拋運動的實驗中,可以描繪出小球平拋運動的軌跡,實驗簡要步驟如下:A.讓小球多次由釋放,在一張印有小方格的紙上記下小球經(jīng)過的一系列位置,如圖中a、b、c、d所示。B.按圖安裝好器材,注意,記下平拋初位置O點和過O點的水平線與豎直線。探究一探究二隨堂檢測C.取下方格紙,以O為原點,以水平線為x軸,豎直線為y軸建立坐標系,用平滑曲線畫出小球平拋運動的軌跡。(1)完成上述步驟,將答案填在橫線上。(2)上述實驗步驟的合理順序是。解析:該實驗需讓小球重復同一個平拋運動軌跡多次,才能記錄出小球的一系列

7、位置,故必須讓小球每次由同一位置靜止釋放。斜槽末端切線水平,小球才會做平拋運動。答案:(1)同一位置靜止斜槽末端切線水平(2)BAC探究一探究二隨堂檢測變式訓練1在探究平拋物體的運動的實驗中:(1)為使小球水平拋出,必須調(diào)整斜槽,使其末端的切線成水平方向,檢查方法是 。(2)小球的位置必須及時記錄在白紙上,然后從這一點畫水平線和豎直線作為x軸和y軸。(3)某同學建立的直角坐標系如圖所示,設他在安裝實驗裝置和其他操作時準確無誤,只有一處失誤,即是 。探究一探究二隨堂檢測解析:(1)斜槽末端水平時小球處處平衡,放在槽口能靜止不動。(2)應記錄小球拋出點的位置。(3)描繪小球的運動軌跡的起始位置時應

8、描繪球心的位置,因此坐標原點應在平拋起點的球心位置,即坐標原點應該是小球在槽口時球心在白紙上的水平投影點。答案:(1)將小球放置在槽口處軌道上,小球能保持靜止(2)拋出點(3)坐標原點應該是小球在槽口時球心在白紙上的水平投影點探究一探究二隨堂檢測實驗數(shù)據(jù)處理和實驗注意事項實驗數(shù)據(jù)處理和實驗注意事項情景導引如果用數(shù)碼相機已經(jīng)描繪了平拋物體的運動軌跡,但沒有記錄拋出點,僅記錄了豎直方向,能否計算出平拋運動的加速度?要點提示:可以計算出平拋運動的加速度。方法是在軌跡上取三個點,讓相鄰兩點間的水平距離都是x,測量相鄰兩點間的豎直距離分別為y1和y2,根據(jù)y2-y1=aT2,T為頻閃周期,可得加速度a。

9、探究一探究二隨堂檢測知識歸納一、利用頻閃照片探究平拋運動的規(guī)律1.判斷平拋運動的軌跡是不是拋物線原理:若平拋運動的軌跡是拋物線,則當以拋出點為坐標原點建立直角坐標系后,軌跡上各點的坐標具有y=ax2的關(guān)系,且同一軌跡上a是一個特定的值。驗證方法方法一:代入法用刻度尺測量幾個點的x、y坐標,分別代入y=ax2中求出常數(shù)a,看計算得到的a值在誤差范圍內(nèi)是否為一常數(shù)。方法二:圖象法建立y-x2坐標系,根據(jù)所測量的各個點的x、y坐標值分別計算出對應y值的x2值,在y-x2坐標系中描點,連接各點看是否在一條直線上,并求出該直線的斜率即為a值。探究一探究二隨堂檢測2.探究水平和豎直分運動的規(guī)律(1)以小球

10、的第一張照片位置中心為原點O,水平方向為x軸、豎直方向為y軸建立平面直角坐標系。(2)小球其他照片位置中心依次為A、B、C、D,過A、B、C、D點分別作x、y軸的垂線,在x、y軸上測量OA、AB、BC、CD之間的距離,記為xOA、yOA等。(3)在誤差允許的范圍內(nèi),若xOA=xAB=xBC=xCD,則表明平拋運動的水平分運動為勻速直線運動。(4)在誤差允許的范圍內(nèi),若yCD-yBC=yBC-yAB=yAB-yOA,根據(jù)(yCD+yBC)-(yAB+yOA)=4aT2,T為頻閃周期,可得加速度a;若a=g(重力加速度),則表明平拋運動的豎直分運動為自由落體運動。探究一探究二隨堂檢測二、利用斜槽描

11、繪平拋運動軌跡時的注意事項(1)斜槽安裝:實驗中必須調(diào)整斜槽末端切線水平,將小球放在斜槽末端水平部分,若能使小球靜止,斜槽末端的切線就水平了。(2)方木板固定:方木板必須處于豎直平面內(nèi),檢查坐標紙豎線是否豎直。(3)小球釋放:小球每次必須從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下。小球開始滾下的位置高度要適中,以使小球平拋運動的軌跡由坐標紙的左上角一直到達右下角為宜。(4)坐標原點:坐標原點不是槽口的端點,而是小球出槽口時球心在木板上的投影點。探究一探究二隨堂檢測實例引導例2圖甲是探究平拋運動特點的實驗裝置圖。探究一探究二隨堂檢測(1)圖乙是正確實驗取得的數(shù)據(jù),其中O為拋出點,若已知當?shù)刂亓铀俣葹?.8m/

12、s2,則此小球做平拋運動的初速度為m/s。(2)在另一次實驗中將白紙換成方格紙,每小格的邊長L=5cm,通過實驗,記錄了小球在運動途中的三個位置,如圖丙所示,則該小球做平拋運動的初速度為m/s,B點的豎直分速度為m/s。(g取10m/s2)探究一探究二隨堂檢測答案:(1)1.6(2)1.52探究一探究二隨堂檢測變式訓練2某同學在做平拋運動實驗時得到了如圖所示的運動軌跡,a、b、c三點的位置在運動軌跡上已標出。(g取10m/s2)則(1)小球平拋的初速度為m/s。(2)小球拋出點的位置坐標x=cm,y=cm。探究一探究二隨堂檢測解析:(1)由平拋運動公式,在x軸方向上xab=v0T,在豎直方向上

13、hbc-hab=gT2,代入數(shù)據(jù)解得T=0.1s,v0=2m/s。答案:(1)2(2)-10-1.25探究一探究二隨堂檢測1.(多選)數(shù)碼相機大多具有攝像功能,每秒鐘拍攝大約15幀照片,一同學用它拍攝小球從水平面飛出后做平拋運動的幾張連續(xù)照片,下列處理正確的是()A.只要測出相鄰三照片上小球的距離,就能判斷平拋運動的特點B.只要測出相鄰三照片上小球的水平距離,就能判斷平拋運動在水平方向上的運動特點C.只要測出相鄰三照片上小球的豎直距離,就能判斷平拋運動在水平方向上的運動特點D.只要測出相鄰三照片上小球的豎直距離,就能判斷平拋運動在豎直方向上的運動特點解析:連續(xù)照片之間的時間間隔已知道,因此只需

14、測量兩個方向上的對應距離,即可研究兩個分運動的性質(zhì)。答案:BD探究一探究二隨堂檢測2.三個同學根據(jù)不同的實驗條件,進行了“探究平拋運動規(guī)律”的實驗。(1)a同學采用如圖甲所示的裝置。用小錘打擊彈性金屬片,金屬片把A球沿水平方向彈出,同時B球被松開,自由下落,觀察到兩球同時落地,改變小錘打擊的力度,即改變A球被彈出時的速度,兩球仍然同時落地,這說明。探究一探究二隨堂檢測(2)b同學采用如圖乙所示的裝置。兩個相同的弧形軌道M、N分別用于發(fā)射小鐵球P、Q,其中N的末端與光滑的水平板相切,兩軌道上端分別裝有電磁鐵C、D。調(diào)節(jié)電磁鐵C、D的高度,使AC=BD,從而保證小鐵球P、Q在軌道出口處的水平初速度

15、v0相等?，F(xiàn)將小鐵球P、Q分別吸在電磁鐵C、D上,然后切斷電源,使兩小鐵球能以相同的初速度v0同時分別從軌道M、N的下端射出。實驗可觀察到P、Q兩球相碰。僅僅改變弧形軌道M、N的高度,重復上述實驗,仍能觀察到相同的現(xiàn)象,這說明。(3)c同學采用頻閃照相的方法拍攝到如圖丙所示的“小球做平拋運動”的照片。圖中每個小方格的邊長為10cm,則由圖可求得該小球做平拋運動的初速度大小為m/s。(g取10m/s2)探究一探究二隨堂檢測解析:(1)在打擊金屬片時,兩小球同時分別做平拋運動與自由落體運動,結(jié)果同時落地,則說明平拋運動在豎直方向的分運動是自由落體運動。(2)讓兩小球同時從相同的弧形軌道上的相同高度

16、滾下,從而使兩小球同時滾離軌道并具有相同的速度。小球P做平拋運動,小球Q做勻速直線運動,兩小球相遇則說明平拋運動在水平方向的分運動是勻速直線運動。(3)平拋運動可看成豎直方向的自由落體運動與水平方向的勻速直線運動的合運動。在豎直方向上,由答案:(1)平拋運動的豎直分運動是自由落體運動(2)平拋運動的水平分運動是勻速直線運動(3)2探究一探究二隨堂檢測3.某物理實驗小組利用如圖所示裝置測量小球做平拋運動的初速度。在地面上沿拋出的速度方向水平放置一把刻度尺,讓懸掛在拋出點處的重錘的投影落在刻度尺的零刻度線上,則利用小球在刻度尺上的落點位置,就可以直觀地得到小球做平拋運動的初速度。下列各圖表示四位同學在刻度尺旁邊分別制作出的速度標尺(圖中P點為重錘的投影位置),其中可能正確的是()探究一探究二隨堂檢測答案:A探究一探究二隨堂檢測4.某同學設計了一個探究平拋運動規(guī)律的實驗,實驗裝置示意圖如圖甲所示。A是一塊平面木板,在其上等間隔地開鑿出一組平行的插槽(圖中P0P0、P1P1、),槽間距離均為d。把覆蓋復寫紙的白紙鋪貼在硬板B上。實驗時依次將B板插入A板的各插槽中,每次讓小球從斜軌的同一位置由靜止釋放。每打完一點后,把B板插入后一槽中并同時向紙面內(nèi)側(cè)平移距離d。實驗得到小球在