高中物理人教版必修2課件：53-實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動(dòng)

3.實(shí)驗(yàn):研究平拋運(yùn)動(dòng)3.實(shí)驗(yàn):研究平拋運(yùn)動(dòng)一二三四一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.用實(shí)驗(yàn)的方法描出平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。2.由實(shí)驗(yàn)軌跡求平拋運(yùn)動(dòng)物體的初速度。一二三四一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊欢亩?、?shí)驗(yàn)原理平拋物體的運(yùn)動(dòng)可以看成是由兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)合成的,即水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)。使小球做平拋運(yùn)動(dòng),利用描跡法描出小球的運(yùn)動(dòng)軌跡,建立平面直角坐標(biāo)系,測(cè)出軌跡曲線上某一點(diǎn)的坐標(biāo)x和y,根據(jù)公式x=v0t和一二三四二、實(shí)驗(yàn)原理一二三四三、實(shí)驗(yàn)器材斜槽(帶小球)、木板及豎直固定支架、白紙、圖釘、重錘線、三角板、鉛筆、刻度尺。一二三四三、實(shí)驗(yàn)器材一二三四四、實(shí)驗(yàn)步驟1.實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,安裝調(diào)整斜槽:將帶有斜槽軌道的木板固定在實(shí)驗(yàn)桌上,其末端伸出桌面外,軌道末端切線水平。2.調(diào)整木板,確定坐標(biāo)原點(diǎn):用圖釘將坐標(biāo)紙固定于豎直木板的左上角,把木板調(diào)整到豎直位置,使板面與小球的運(yùn)動(dòng)軌跡所在平面平行且靠近,把小球放在槽口處,用鉛筆記下小球在槽口(軌道末端)時(shí)球心所在木板上的投影點(diǎn)O,O點(diǎn)即為坐標(biāo)原點(diǎn),用重錘線畫出過坐標(biāo)原點(diǎn)的豎直線,作為y軸,畫出水平向右的x軸。一二三四四、實(shí)驗(yàn)步驟2.調(diào)整木板,確定坐標(biāo)原點(diǎn):用圖釘將坐標(biāo)一二三四3.描點(diǎn):將小球從斜槽上某一位置由靜止?jié)L下,小球從軌道末端飛出,先用眼睛粗略確定做平拋運(yùn)動(dòng)的小球在某一x值處的y值,然后讓小球由同一位置自由滾下,在粗略確定的位置附近用鉛筆較準(zhǔn)確地描出小球通過的位置,并在坐標(biāo)紙上記下該點(diǎn)。用同樣的方法確定軌跡上其他各點(diǎn)的位置。4.描繪出平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡:取下坐標(biāo)紙,將坐標(biāo)紙上記下的一系列點(diǎn),用平滑曲線連起來,即得到小球平拋運(yùn)動(dòng)軌跡。一二三四3.描點(diǎn):將小球從斜槽上某一位置由靜止?jié)L下,小球從軌一二三四5.計(jì)算初速度:在小球平拋運(yùn)動(dòng)軌跡上選取分布均勻的六個(gè)點(diǎn)——A、B、C、D、E、F,用刻度尺、三角板測(cè)出它們的坐標(biāo)(x,y),并記錄在下面的表格中,已知g值,利用公式

y=gt2和x=v0t,求出小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度v0,最后算出v0的平均值。一二三四5.計(jì)算初速度:在小球平拋運(yùn)動(dòng)軌跡上選取分布均勻的六實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析一、注意事項(xiàng)1.保證斜槽末端切線水平,方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),球的重心在木板上的水平投影點(diǎn)。4.小球在斜槽上開始滾下的位置要適當(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。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析一、注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析二、實(shí)驗(yàn)誤差來源和分析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相同。4.數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí),測(cè)量不準(zhǔn)確而產(chǎn)生誤差。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析二、實(shí)驗(yàn)誤差來源和分析實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析三、數(shù)據(jù)處理1.計(jì)算初速度(1)在平拋小球運(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。(2)把測(cè)到的坐標(biāo)值依次代入公式y(tǒng)=gt2和x=v0t,求出小球平拋的初速度,并計(jì)算其平均值。2.驗(yàn)證軌跡是拋物線拋物線的數(shù)學(xué)表達(dá)式為y=ax2,將某點(diǎn)(如B點(diǎn))的坐標(biāo)x、y代入上式求出常數(shù)a,再將其他點(diǎn)的坐標(biāo)代入此關(guān)系式看看等式是否成立,若等式對(duì)各點(diǎn)的坐標(biāo)近似都成立,則說明所描繪得出的曲線為拋物線。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析三、數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析四、獲得平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的其他方法1.噴水法如圖所示,倒置的飲料瓶內(nèi)裝著水,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。將它描在背后的紙上,進(jìn)行分析處理。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析四、獲得平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的其他方法實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析2.頻閃照相法用數(shù)碼照相機(jī)可記錄下平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡,如圖所示。由于相鄰兩幀照片間的時(shí)間間隔是相等的,只要測(cè)量相鄰兩照片上小球的水平位移,就很容易判斷平拋運(yùn)動(dòng)水平方向上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析2.頻閃照相法實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析【例題1】

(對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟和原理的理解)在“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中,可以描繪平拋物體運(yùn)動(dòng)軌跡和求物體的平拋初速度。實(shí)驗(yàn)簡要步驟如下:A.讓小鋼球多次從

位置上滾下,記下小球運(yùn)動(dòng)途中經(jīng)過的一系列位置;

B.安裝好器材,注意斜槽末端水平和木板豎直,記下小球在斜槽末端時(shí)球心在木板上的投影點(diǎn)O和過O點(diǎn)的豎直線,檢測(cè)斜槽末端水平的方法是

。

C.測(cè)出曲線上某點(diǎn)的坐標(biāo)x、y,用v0=

算出該小球的平拋初速度,實(shí)驗(yàn)需要對(duì)多個(gè)點(diǎn)求v0的值,然后求它們的平均值。

D.取下白紙,以O(shè)為原點(diǎn),以豎直線為y軸建立坐標(biāo)系,用平滑曲線畫平拋軌跡。上述實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是

(只排列序號(hào)即可)。

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析【例題1】(對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟和原理的理解)在“研實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析解析：步驟A中要記下小球運(yùn)動(dòng)途中經(jīng)過的一系列位置,不可能在一次平拋中完成,每一次平拋一般只能確定一個(gè)位置,要確定多個(gè)位置,要求小球每次的軌跡重合,小球開始平拋時(shí)的初速度必須相同,因此小球每次必須從同一位置上滾下。步驟B中用平衡法,即將小球放到斜槽末端任一位置,如果斜槽末端是水平的,小球受到的支持力和重力是平衡的。不論將小球放到斜槽末端任何位置,小球均不會(huì)滾動(dòng)。如果斜槽末端不是水平的,小球?qū)l(fā)生滾動(dòng)。答案：同一

將小球放到斜槽末端任一位置,均不滾動(dòng)

BADC實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析解析：步驟A中要記下小球運(yùn)動(dòng)途中經(jīng)過的一系列實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析【例題2】導(dǎo)學(xué)號(hào)61270012(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理)如圖甲所示,某種“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)裝置(1)(多選)當(dāng)a小球從斜槽末端水平飛出時(shí)與b小球離地面的高度均為H,此瞬間電路斷開使電磁鐵釋放b小球,最終兩小球同時(shí)落地。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果可表明(

)A.兩小球落地速度的大小相同B.兩小球在空中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相等C.a小球在豎直方向的分運(yùn)動(dòng)與b小球的運(yùn)動(dòng)相同D.兩小球在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度相等實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析【例題2】導(dǎo)學(xué)號(hào)61270012(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析(2)利用該實(shí)驗(yàn)裝置研究a小球平拋運(yùn)動(dòng)的速度,從斜槽同一位置釋放小球,實(shí)驗(yàn)得到小球運(yùn)動(dòng)軌跡中的三個(gè)點(diǎn)A、B、C,如圖乙所示。圖中O為坐標(biāo)原點(diǎn),B點(diǎn)在兩坐標(biāo)線交點(diǎn),坐標(biāo)

xB=40cm,yB=20cm,A、C點(diǎn)均在坐標(biāo)線的中點(diǎn)。則a小球水平飛出時(shí)的初速度大小為v0=

m/s;平拋小球在B點(diǎn)處的瞬時(shí)速度的大小vB=

m/s。

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析(2)利用該實(shí)驗(yàn)裝置研究a小球平拋運(yùn)動(dòng)的速度實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析解析：(1)兩小球同時(shí)落地。表明兩小球在豎直方向的運(yùn)動(dòng)是一樣的,選項(xiàng)B、C、D正確。答案：(1)BCD

(2)2

2實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析解析：(1)兩小球同時(shí)落地。表明兩小球在豎直實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析變式訓(xùn)練

在研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中,用一張印有小方格的紙記錄軌跡,小方格的邊長L=1.25cm,若小球在平拋運(yùn)動(dòng)中的幾個(gè)位置如圖中的a、b、c、d所示,則小球的初速度的計(jì)算公式為v0=

(用L、g表示),其值是

(g取9.8m/s2)。

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析變式訓(xùn)練在研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中,用一張印有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析解析：ab、bc、cd水平方向等間距:x=2L=v0T。豎直方向:Δy=aT2,即L=gT2。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析解析：ab、bc、cd水平方向等間距:x=2實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析【例題3】導(dǎo)學(xué)號(hào)61270013(對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解和遷移應(yīng)用)某科學(xué)興趣小組利用下列裝置驗(yàn)證小球平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律,設(shè)計(jì)方案如圖甲所示,用輕質(zhì)細(xì)線拴接一小球,在懸點(diǎn)O正下方有水平放置的熾熱的電熱絲P,當(dāng)懸線擺至電熱絲處時(shí)能輕易被燒斷;MN為水平木板,已知懸線長為L,懸點(diǎn)到木板的距離OO'=h(h>L)。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析【例題3】導(dǎo)學(xué)號(hào)61270013(對(duì)實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析(1)電熱絲P必須放在懸點(diǎn)正下方的理由是

。

(2)將小球向左拉起后自由釋放,最后小球落到木板上的C點(diǎn),O'C=s,則小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度v0=

。

(3)在其他條件不變的情況下,若改變釋放小球時(shí)懸線與豎直方向的夾角θ,小球落點(diǎn)與O'點(diǎn)的水平距離s將隨之改變,經(jīng)多次實(shí)驗(yàn),以s2為縱坐標(biāo)、cosθ為橫坐標(biāo),得到如圖乙所示圖象。則當(dāng)θ=30°時(shí),s為

m。

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析(1)電熱絲P必須放在懸點(diǎn)正下方的理由是實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析解析：(1)電熱絲P放在懸點(diǎn)正下方,是因?yàn)楫?dāng)小球擺到最低點(diǎn)時(shí),速度v0為水平方向,此時(shí)懸線剛好被燒斷,以保證小球做平拋運(yùn)動(dòng)。(3)由s2-cos

θ圖象可知s2=2-2cos

θ,當(dāng)θ=30°時(shí),代入上式得s=0.52

m。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)典例剖析解析：(1)電熱絲P放在懸點(diǎn)正下方,是因?yàn)楫?dāng)123451.在“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中,已備有下列器材:有孔的硬紙片、白紙、圖釘、平板、鉛筆、弧形斜槽、小球、刻度尺、鐵架臺(tái),還需要的器材有(

)A.停表

B.天平C.重錘線 D.測(cè)力計(jì)解析：實(shí)驗(yàn)不需要測(cè)量時(shí)間和質(zhì)量,也不需要測(cè)量力,也就不需要停表、天平、測(cè)力計(jì)這些器材,但豎直線需要用重錘線來確定,選項(xiàng)C正確。答案：C1234123452.如圖所示,在研究平拋運(yùn)動(dòng)時(shí),小球A沿軌道滑下,離開軌道末端(末端水平)時(shí)撞開輕質(zhì)碰撞開關(guān)S,被電磁鐵吸住的小球B同時(shí)自由下落,改變整個(gè)裝置的高度H做同樣的實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)位于同一高度的

A、B兩球總是同時(shí)落地,該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明了A球在離開軌道后(

)A.水平方向的分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)B.水平方向的分運(yùn)動(dòng)是勻加速直線運(yùn)動(dòng)C.豎直方向的分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)D.豎直方向的分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)解析：A、B兩球同時(shí)落地,只能說明A球的豎直分運(yùn)動(dòng)與B球自由落體運(yùn)動(dòng)情況相同,故選項(xiàng)C正確。答案：C1234123453.(多選)在“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中,小球做平拋運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)原點(diǎn)位置是(設(shè)小球半徑為r)(

)A.斜槽口末端O點(diǎn)B.小球在槽口時(shí),球心在木板上的投影點(diǎn)C.槽口O點(diǎn)正前方r處D.小球放在槽口末端時(shí),過小球最高點(diǎn)的水平線與槽口的豎直線的交點(diǎn)正下方r處解析：小球做平拋運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)不是槽口的端點(diǎn),而是球的球心在槽口上方時(shí),球心在板上的水平投影點(diǎn),該投影點(diǎn)的位置要比槽口的位置高一些,確定該投影點(diǎn)的位置用選項(xiàng)B、D的說法即可。答案：BD1234123454.在“研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)”中,不會(huì)增大實(shí)驗(yàn)誤差的是

(

)A.小球每次自由滾落的高度不同B.斜槽末端不水平C.小球飛行過程受到空氣阻力D.斜槽與小球之間有摩擦解析：為保證小球每次做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度相同,每次釋放小球時(shí)應(yīng)在斜槽上的同一位置,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;斜槽末端