適用于新高考新教材廣西專版2025屆高考物理一輪總復習第4章曲線運動萬有引力與航天實驗5探究平拋運動的特點課件

實驗5探究平拋運動的特點第四章強基礎增分策略一、實驗目的1.學會用實驗的方法探究平拋運動的特點。2.掌握描跡法、頻閃照相法等探究實驗的常用方法。3.能設計不同的實驗方案,并對方案進行可行性論證,根據學校現有條件,選擇最優(yōu)方案。4.能獲取信息,通過數據分析描繪平拋運動的軌跡。二、實驗思路1.提出問題平拋運動是曲線運動,速度和位移的大小和方向時刻在發(fā)生變化。這個復雜的曲線運動有什么規(guī)律呢?能否分解為兩個簡單的直線運動?2.科學猜想由于物體是沿水平方向拋出的,在運動過程中只受重力作用。因此平拋運動可能是水平方向和豎直方向分運動的合成。那么只要研究出這兩個分運動的特點,平拋運動的規(guī)律就清楚了。三、進行實驗方案一:利用頻閃照相法探究平拋運動的特點數碼相機每秒拍下小球做平拋運動時的十幾幀或幾十幀照片,將照片上不同時刻的小球的位置連成平滑曲線,便得到小球的運動軌跡,由于相鄰兩幀照片間的時間間隔相等,只要測出相鄰兩幀照片上小球位置間的水平距離和豎直距離,就很容易判斷平拋運動在水平方向和豎直方向的運動特點。1.數據處理(1)建立以拋出點為坐標原點,以小球水平拋出時的初速度方向為x軸正方向,以豎直向下為y軸正方向的直角坐標系。(2)測出相鄰兩幀照片中小球移動的水平距離和豎直距離。(3)根據水平位移和豎直位移隨時間變化的具體數據分析小球水平方向分運動和豎直方向分運動的特點。2.結果分析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。方案二:利用描跡法探究平拋運動的特點1.實驗器材小鋼球、斜槽軌道、木板及豎直固定支架、坐標紙、圖釘、重錘、鉛筆、三角板、刻度尺等。2.實驗步驟實驗裝置如圖所示。斜槽M末端水平。鋼球在斜槽中從

每次從同一高度由靜止釋放某一高度滾下,從末端飛出后做平拋運動。在裝置中有一個水平放置的可上下調節(jié)的傾斜擋板N,鋼球飛出后,落到擋板上。實驗前,先將一張白紙和復寫紙固定在裝置的背板上。鋼球落到傾斜的擋板上后,就會擠壓復寫紙,在白紙上留下印跡。上下調節(jié)擋板N,通過多次實驗,保證球拋出時速度方向水平

在白紙上記錄鋼球所經過的多個位置。最后,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。

非折線連接方案三:用傳感器和計算機描繪物體做平拋運動的軌跡見人教版教材必修第二冊P12拓展學習。增素能精準突破考點一教材原型實驗典例1.用如圖甲所示裝置研究平拋運動,將白紙和復寫紙對齊重疊并固定在豎直的硬板上,鋼球沿斜槽軌道PQ滑下后從Q點水平飛出,落在水平擋板MN上。由于擋板靠近硬板一側較低,鋼球落在擋板上時,鋼球側面會在白紙上擠壓出一個痕跡點。移動擋板,重新釋放鋼球,如此重復,白紙上將留下一系列痕跡點。(1)(多選)下列實驗條件必須滿足的有

。

A.斜槽軌道光滑B.斜槽軌道末段水平C.擋板高度等間距變化D.每次從斜槽上相同的位置無初速度釋放鋼球甲

(2)為定量研究,建立以水平方向為x軸、豎直方向為y軸的坐標系。取平拋運動的起始點為坐標原點,將鋼球靜置于Q點,鋼球的

(選填“最上端”“最下端”或“球心”)對應白紙上的位置即為原點。

乙若遺漏記錄平拋軌跡的起始點,如圖乙所示,在軌跡上取A、B、C三點,AB和BC的水平間距相等且均為x,測得AB和BC的豎直間距分別是y1和y2,則答案

(1)BD

(2)球心

>解析

(1)通過步驟理解實驗原理和方法,控制實驗條件,確保平拋的初速度大小一定、方向水平,只要小球無初速度等高釋放,由動能定理知,到斜槽末端速度大小一定,和斜槽是否光滑無關;描出的運動軌跡和擋板高度是否等間距變化無關,故選B、D。(2)為了凸顯研究質點的運動,應該體現球心,所以選球心為原點;由水平間距相等,知時間相等,若初速度為零,則豎直間距之比應該是1∶3,而A點不是拋出點,故比值應大于

?？碱}點睛

考點考向點睛平拋運動坐標紙的使用規(guī)律:確保平拋初速度v0大小不變、方向水平方法:控制實驗條件模型:平拋正交分解模型考點二實驗的改進與創(chuàng)新典例2.某同學設計了一個探究平拋運動的實驗。實驗裝置示意圖如圖所示,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內側平移距離d。實驗得到小球在白紙上打下的若干痕跡點,如圖所示。(1)實驗前應對實驗裝置反復調節(jié),直到斜槽

。每次讓小球從同一位置由靜止釋放,是為了

。

(2)每次將B板向內側平移距離d,是為了

。

(3)在圖中繪出小球做平拋運動的軌跡。答案

(1)末端水平

保持小球水平拋出的初速度相同(2)保持相鄰痕跡點的水平距離大小相同(3)解析

(1)平拋運動可分解為水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動。實驗前應對實驗裝置反復調節(jié),直到斜槽末端水平,每次讓小球從同一位置由靜止釋放,是為了保持小球水平拋出的初速度相同。(2)每次將B板向內側平移距離d,是為了保持相鄰痕跡點的水平距離大小相同。(3)將圖中各點用平滑的曲線相連,做出平拋運動的軌跡。考題點睛

考點考向點睛平拋運動的條件軌跡描繪方法:控制實驗條件,確保初速度大小一定、方向水平規(guī)律:平拋運動的規(guī)律練思維遷移運用1.(2022浙江1月選考)在研究平拋運動實驗中,以小鋼球離開軌道末端時球心位置為坐標原點O,建立水平與豎直坐標軸。讓小球從斜槽上離水平桌面高為h處靜止釋放,使其水平拋出,通過多次描點可繪出小球做平拋運動時球心的軌跡,如圖所示。在軌跡上取一點A,讀取其坐標(x0,y0),重力加速度為g。(1)下列說法正確的是

。

A.實驗所用斜槽應盡量光滑B.畫軌跡時應把所有描出的點用平滑的曲線連接起來C.求平拋運動初速度時應讀取軌跡上離原點較遠的點的數據(2)根據題目所給信息,小球做平拋運動的初速度大小v0=

。

(3)在本實驗中要求小球多次從斜槽上同一位置由靜止釋放的理由是

。

答案

(1)C

(2)D

(3)確保多次運動的軌跡相同解析

(1)只要保證小球每次從同一位置靜止釋放,到達斜槽末端的速度大小都相同,與實驗所用斜槽是否光滑無關,選項A錯誤。畫軌跡時應舍去誤差較大的點,把誤差小的點用平滑的曲線連接起來,選項B錯誤。求平拋運動初速度時應讀取軌跡上離原點較遠的點的數據,便于減小讀數產生的偶然誤差的影響,選項C正確。(3)小球多次從斜槽上同一位置由靜止釋放是為了保證到達斜槽末端的速度大小都相同,從而能確保多次運動的軌跡相同。2.在做研究平拋運動的實驗中,為了確定小球在空中不同時刻的位置,用了如圖所示的裝置。先將斜槽軌道的末端調整水平,在一塊平整的木板表面釘上白紙和復寫紙。將該木板豎直立于水平地面上,使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放,小球撞到木板并在白紙上留下痕跡A;再將木板遠離槽口平移距離x,使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放,小球撞在木板上得到痕跡B;再將木板遠離槽口平移距離x,使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放,再得到痕跡C。若測得木板每次移動距離x=10.00cm,A、B間距離y1=5.00cm,B、C間距離y2=14.80cm。(g取9.80m/s2)(1)每次都要使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放的原因是

。

(2)根據以上直接測量的物理量求得小球初速度的表達式為v0=

。(用題中所給字母表示)

(3)小球初速度的值為v0=

m/s。(結果保留兩位小數)

3.如圖所示,某物理興趣小組將研究平拋運動的實驗裝置改裝后用來測量當地的重力加速度。在軌道的水平部分加裝光電門,以測量小球平拋的初速度v0;固定軌道,測量軌道末端的離地高度,即小球平拋的豎直位移h;測量小球從軌道的不同位置釋放后平拋的水平位移x,多次計算小球的運動時間,求平均值以獲得小球的運動時間t;利用運動學公式計算當地的重力加速度。(1)(多選)下列關于實驗誤差的說法正確的是

。

A.小球和軌道間的摩擦是造成系統(tǒng)誤差的原因之一B.小球平拋運動過程中受到的空氣阻力是造成系統(tǒng)誤差的原因之一C.軌道末端未調水平是造成偶然誤差的原因之一D.實驗中測量長度時的讀數誤差屬于偶然誤差(2)該小組在實驗中測得h=0.420m,v0和x的測量值如下表所示,則得到當地的重力加速度為g=

m/s2。(結果保留兩位小數)

v0/(m·s-1)0.7411.0341.3181.584x/c