高中物理人教版課件53實驗探究平拋運動的特點

第五章拋體運動3

實驗：探究平拋運動的特點

一、實驗思路

要探究平拋運動的特點,你認為如何設(shè)計實驗?需要測量哪些物理量?需要什么實驗器材?

答案:平拋運動是曲線運動,速度和位移的方向都在時刻變化.我們應(yīng)該想辦法把運動物體的位置隨時間變化的信息記錄下來,然后將平拋運動分解為水平方向的分運動和豎直方向的分運動.

方案一頻閃照相法

只要知道兩個方向分運動的位移或速度隨時間變化的信息,就可以探究出平拋運動的特點和規(guī)律.

需要的實驗器材:頻閃照相機、斜槽、小鋼球、刻度尺、鉛筆、鐵架臺等.

方案二先研究豎直方向的運動規(guī)律,再設(shè)法分析水平方向的運動規(guī)律

需要的實驗器材:平拋運動演示儀、小錘、斜槽、小鋼球、方木板、圖釘、刻度尺、鉛垂線、鉛筆、白紙、復(fù)寫紙、鐵架臺等.二、進行實驗

方案一1.按右圖所示安裝實驗裝置,使斜槽末端水平(小球在斜槽末端恰好能靜止),小鋼球在斜槽中從某一高度由靜止?jié)L下,從末端飛出后做平拋運動.2.用頻閃照相機或者錄制視頻的方法,記錄做平拋運動的小球在不同時刻的位置,如圖所示.3.在頻閃照片上以拋出點O為原點,以水平方向為x軸方向.豎直方向為y軸方向建立直角坐標系.4.用刻度尺測量出小球在不同時刻的位置到O點的水平位移x1、x2、x3……和豎直位移y1、y2、y3……,并把測量數(shù)據(jù)填入表格中.5.若頻閃周期為T,根據(jù)水平位移和豎直位移隨時間變化的具體數(shù)據(jù),分析小球水平方向分運動和豎直方向分運動的特點.方案二步驟1探究平拋運動豎直分運動的特點(1)如圖所示,實驗中用小錘擊打彈性金屬片后,A球沿水平方向拋出,做平拋運動;同時B球被釋放,自由下落,做自由落體運動.觀察兩球的運動軌跡,比較它們落地時間的先后.(2)分別改變小球距地面的高度和小錘擊打的力度,多次重復(fù)這個實驗,記錄實驗現(xiàn)象.(3)根據(jù)實驗現(xiàn)象分析平拋運動在豎直方向的分運動是什么運動.步驟2探究平拋運動水平分運動的特點(1)如圖所示,將一張白紙和復(fù)寫紙固定在裝置的背板上.(2)斜槽M末端水平,鋼球在斜槽中從某一高度由靜止?jié)L下,從末端飛出后做平拋運動.(3)鋼球飛出后,落到一個水平放置的可上下調(diào)節(jié)的傾斜擋板N上.鋼球落到傾斜的擋板上后,就會擠壓復(fù)寫紙,在白紙上留下印跡.(4)上下調(diào)節(jié)擋板N,多次實驗,在白紙上記錄鋼球所經(jīng)過的多個位置.用平滑曲線把白紙上的印跡連接起來,得到鋼球做平拋運動的軌跡.(5)根據(jù)步驟1得出的平拋運動在豎直方向上的分運動的規(guī)律,設(shè)法確定“相等的時間間隔”,再看相等的時間內(nèi)水平分運動的位移,進而確定水平分運動的規(guī)律.三、數(shù)據(jù)記錄方案一記錄小鋼球在不同時刻的位置時間T2T3T4T5T…x/cm

y/cm

方案二步驟1距地面的高度敲打金屬片的力度A、B兩球落地時間比較h1小

h2較大

h3大

步驟2用平滑曲線把白紙上的印跡連接起來,得到鋼球做平拋運動的軌跡,如圖所示.

答案:猜想:小球可能在水平方向做勻速直線運動,豎直方向做自由落體運動.

驗證:根據(jù)實驗數(shù)據(jù),計算相鄰兩點水平方向上的距離,若滿足x1=x2-x1=x3-x2=x4-x3=…,則說明小球在水平方向上做勻速直線運動;計算連續(xù)相鄰兩點豎直方向上的距離,若滿足1∶3∶5∶7∶…,且相鄰兩點豎直方向上的距離之差Δy=gT2,則說明小球在豎直方向做自由落體運動.2.方案二步驟1中,根據(jù)實驗現(xiàn)象猜想,做平拋運動的A球在豎直方向上可能做什么運動?怎樣驗證你的猜想?

答案:猜想:做平拋運動的A球在豎直方向上可能做自由落體運動.

驗證:根據(jù)記錄數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)A、B兩球始終同時落地,說明兩球在豎直方向上運動形式相同,即平拋運動在豎直方向上的分運動是自由落體運動.3.方案二步驟2中,猜想平拋運動在水平方向上可能做什么運動?如何根據(jù)平拋運動的軌跡確定在水平方向分運動的規(guī)律?

答案:猜想:因為平拋運動在水平方向上有初速度,但在水平方向上不受力,所以平拋運動在水平方向上的分運動可能是勻速直線運動.

驗證:根據(jù)步驟1,可知平拋運動在豎直方向上的分運動是自由落體運動,根據(jù)平拋運動的軌跡,在y軸上確定E、F、G、H點,使每相鄰兩點間距離滿足OE∶EF∶FG∶GH=1∶3∶5∶7,如圖所示,這樣每相鄰兩點間的運動時間間隔相等,分別過E、F、G、H點作x軸的平行線并與軌跡相交,過交點分別作y軸的平行線交x軸于點A、B、C、D.測量O、A、B、C、D每相鄰兩點的距離,在誤差允許范圍內(nèi)OA=AB=BC=CD,說明平拋運動在水平方向上的分運動是勻速直線運動.

五、實驗結(jié)論

平拋運動可以分解為哪兩個方向的分運動?這兩個方向的分運動有什么特點?

答案:平拋運動可以分解為水平方向的分運動和豎直方向的分運動.水平方向的分運動是勻速直線運動,豎直方向的分運動是自由落體運動.

六、注意事項1.方案一和方案二步驟2中,必須調(diào)整斜槽末端的切線水平(將小球放在斜槽末端,若小球靜止,則斜槽末端水平).2.方案二步驟2中,方木板必須處于豎直平面內(nèi),固定時要用鉛垂線檢查木板是否豎直.3.方案二步驟2中小球每次必須從斜槽上同一位置由靜止釋放.4.坐標原點不是槽口的端點,應(yīng)是小球出槽口時球心在方木板上的投影點.5.方案二步驟2中,小球開始滾下的位置高度要適中,以小球做平拋運動的軌跡由白紙的左上角一直到達右下角為宜.命題角度1鞏固強化——應(yīng)該怎么做

【典例1】(1)在研究平拋物體的運動規(guī)律的實驗中,在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(2)為了探究平拋運動的規(guī)律,將小球A和B置于同一高度(見圖甲),在小球A做平拋運動的同時由靜止釋放小球B,同學(xué)M直接觀察兩小球是否同時落地.同學(xué)N拍攝頻閃照片進行測量、分析,如圖乙所示.改變高度和擊打的力度多次實驗.下列說法正確的是

.

甲乙A.只有同學(xué)M能探究平拋運動在水平方向上的分運動是勻速運動B.兩位同學(xué)都能探究平拋運動在水平方向上的分運動是勻速運動C.只有同學(xué)M能探究平拋運動在豎直方向上的分運動是自由落體運動D.兩位同學(xué)都能探究平拋運動在豎直方向上的分運動是自由落體運動

解析:(1)研究平拋運動的實驗要保證小球能夠水平飛出,只有水平飛出時小球才做平拋運動,故選項A、C、D錯誤,選項B正確.(2)在實驗中,改變高度和擊打的力度多次實驗,同學(xué)M發(fā)現(xiàn)兩球同時落地,說明平拋運動在豎直方向上的分運動是自由落體運動.但是不能得出水平方向上的運動規(guī)律.同學(xué)N通過頻閃照片,發(fā)現(xiàn)做自由落體運動的小球與做平拋運動的小球任何一個時刻都在同一水平線上,所以平拋運動在豎直方向上的運動規(guī)律與自由落體運動的相同,所以平拋運動在豎直方向上的分運動是自由落體運動.頻閃照片顯示小球在相等時間內(nèi)的水平位移相等,所以平拋運動在水平方向的分運動是勻速直線運動.故選項D正確,選項A、B、C錯誤.答案:(1)B

(2)D

【典例2】研究平拋物體運動的實驗裝置如圖所示,通過描點畫出做平拋運動小球的運動軌跡.甲乙(1)下列實驗過程中的做法合理的是

.

A.安裝斜槽軌道,其末端可以不水平B.每次小球釋放的初始位置可以任意選擇C.每次小球應(yīng)從同一高度由靜止釋放D.為描出小球的運動軌跡,可以用折線連接各點(2)在做研究平拋物體的運動實驗時,除了木板、小球、斜槽、鉛筆、圖釘之外,還需要

.

A.停表B.刻度尺C.天平D.彈簧測力計

解析:(1)為了能畫出平拋運動軌跡,必須保證小球做的是平拋運動,所以斜槽軌道末端必須是水平的.同時要讓小球總是從同一位置由靜止釋放,這樣才能找到同一運動軌跡上的幾個點,然后將這幾個點用平滑的曲線連接起來.選項C正確,選項A、B、D錯誤.(2)在做研究平拋物體的運動實驗時,除了木板、小球、斜槽、鉛筆、圖釘之外,還需要刻度尺,故選項B符合題意.答案:(1)C

(2)B命題角度2拓展遷移——還能怎么做

教材中方案二探究平拋運動豎直分運動和水平分運動的特點分兩個步驟進行,可以設(shè)計一個實驗同時探究這兩個方向的運動,使實驗操作更加便捷.

【典例3】(多選)如圖所示,兩個相同的弧形軌道M、N(軌道末端切線水平),分別用于發(fā)射小鐵球P、Q,兩軌道上部分別裝有電磁鐵C、D,電磁鐵E裝在與軌道M最低點等高處的某一水平位置,水平地面光滑.調(diào)C、D高度,使AC=BD,將完全相同的小鐵球P、Q、R分別吸在電磁鐵C、D、E上,然后同時切斷C、D的電源,P、Q從弧形軌道滾下,當(dāng)小球P運動到軌道末端時切斷E的電源,小球R開始下落,改變弧形軌道M的高度以及電磁鐵E的位置,再進行調(diào)整,經(jīng)過多次實驗發(fā)現(xiàn),P、Q、R三球總是同時在水平面相撞.下列說法正確的是(

)A.實驗說明小鐵球P離開軌道做平拋運動的豎直方向的分運動是自由落體運動B.實驗說明小鐵球P離開軌道做平拋運動的水平方向的分運動是勻速直線運動C.若實驗時發(fā)現(xiàn)小鐵球P、R在空中相撞而不能同時擊中小鐵球Q,為了使三球同時相撞,可以適當(dāng)將電磁鐵E向右移動一些D.若實驗時發(fā)現(xiàn)小鐵球P、R在空中相撞而不能同時擊中小鐵球Q,為了使三球同時相撞,可以適當(dāng)將電磁鐵E向左移動一些

解析:小鐵球P、Q以相同的初速度同時分別從軌道M、N的末端射出,由P、Q兩球相碰,可知小球P在水平方向上的運動情況與Q