第3節(jié)　實(shí)驗(yàn)：探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn) 教學(xué)課件

物理第五章拋體運(yùn)動第3節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)01基礎(chǔ)儲備明確原理02熱點(diǎn)實(shí)驗(yàn)典例解讀一、平拋運(yùn)動1．拋體運(yùn)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(shí)的運(yùn)動叫作拋體運(yùn)動．2．平拋運(yùn)動(1)概念：如果拋體運(yùn)動的初速度是沿水平方向的，物體所做的運(yùn)動叫作平拋運(yùn)動．(2)條件：物體具有水平方向的初速度且運(yùn)動過程中只受到重力的作用．二、實(shí)驗(yàn)方案方案一頻閃照相法為了研究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)，我們應(yīng)該想辦法把運(yùn)動物體的位置隨時(shí)間變化的信息記錄下來．比如，用頻閃照相的方法，記錄物體在不同時(shí)刻的位置．當(dāng)然也可以用別的方法記錄信息，開展研究．右圖是用頻閃照相的方法記錄的做平拋運(yùn)動的小球每隔相等的時(shí)間的位置圖．以左邊第一個(gè)小球的中心為原點(diǎn)，沿水平向右和豎直向下的方向建立直角坐標(biāo)系，將各球中心點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)記錄在自己設(shè)計(jì)的表格中．方案二描繪平拋運(yùn)動的軌跡1．探究平拋運(yùn)動豎直分運(yùn)動的特點(diǎn)在如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)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(yùn)動；同時(shí)B球被釋放，自由下落，做自由落體運(yùn)動．觀察兩球的運(yùn)動軌跡，比較它們落地時(shí)間的先后．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(gè)實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象．2．探究平拋運(yùn)動水平分運(yùn)動的特點(diǎn)在如圖乙所示的裝置中，斜槽末端水平．鋼球在斜槽中從某一高度滾下，從末端飛出后做平拋運(yùn)動．在裝置中有一個(gè)水平放置的可上下調(diào)節(jié)的傾斜擋板，鋼球飛出后，落到擋板上．實(shí)驗(yàn)前，先將一張白紙和復(fù)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(fù)寫紙，在白紙上留下印跡．上下調(diào)節(jié)擋板，通過多次實(shí)驗(yàn)，在白紙上記錄鋼球所經(jīng)過的多個(gè)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(yùn)動的軌跡．根據(jù)步驟1得出的平拋運(yùn)動在豎直方向分速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，設(shè)法確定“相等的時(shí)間間隔”．再看相等的時(shí)間內(nèi)水平分運(yùn)動的位移，進(jìn)而確定水平分運(yùn)動的規(guī)律．3．誤差分析(1)安裝斜槽時(shí)，其末端切線不水平，導(dǎo)致小球離開斜槽后不做平拋運(yùn)動．(2)建立坐標(biāo)系時(shí)，坐標(biāo)原點(diǎn)的位置確定不準(zhǔn)確，導(dǎo)致軌跡上各點(diǎn)的坐標(biāo)不準(zhǔn)確．(3)小球每次自由滾下時(shí)起始位置不完全相同，導(dǎo)致軌跡出現(xiàn)誤差．(4)確定小球運(yùn)動的位置時(shí)不準(zhǔn)確，會導(dǎo)致誤差．(5)量取軌跡上各點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)不準(zhǔn)確，會導(dǎo)致誤差．4．注意事項(xiàng)(1)斜槽安裝：實(shí)驗(yàn)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，若能使小球在平直軌道上的任意位置靜止，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)，固定時(shí)要用重垂線檢查白紙邊緣是否豎直．(3)小球釋放①小球每次必須從斜槽上同一位置滾下．②小球開始滾下的位置高度要適中，以使小球平拋運(yùn)動的軌跡由坐標(biāo)紙的左上角一直到達(dá)右下角為宜．(4)坐標(biāo)原點(diǎn)：坐標(biāo)原點(diǎn)不是槽口的端點(diǎn)，而是小球出槽口時(shí)球心在木板上的投影點(diǎn)．熱點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與操作

【例1】三個(gè)同學(xué)根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)行了探究平拋運(yùn)動規(guī)律的實(shí)驗(yàn)：(1)甲同學(xué)采用如圖甲所示的裝置．用小錘擊打彈性金屬片，金屬片把A球沿水平方向彈出，同時(shí)B球被松開自由下落，觀察兩球的運(yùn)動軌跡，比較它們落地時(shí)間的先后，分別改變小球距地面的高度和小錘打擊的力度，即改變A球被彈出時(shí)的速度，觀察到兩球每次都同時(shí)落地，這說明____________________________________________________________．(2)乙同學(xué)采用如圖乙所示的裝置．兩個(gè)相同的弧形軌道M、N，分別用于發(fā)射小鐵球P、Q，其中N的末端可看作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v0相等．現(xiàn)將小鐵球P、Q分別吸在電磁鐵C、D上，然后切斷電源，使兩小球能以相同的初速度v0同時(shí)分別從軌道M、N的末端射出．實(shí)驗(yàn)可觀察到的現(xiàn)象應(yīng)是______________．僅僅改變弧形軌道M的高度，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，仍能觀察到相同的現(xiàn)象，這說明_______________________________________．(3)丙同學(xué)采用頻閃攝影的方法拍攝到如圖丙所示的小球做平拋運(yùn)動的照片，圖中每個(gè)小方格的邊長為L＝2.5cm，則由圖可求得拍攝時(shí)每________s曝光一次，該小球做平拋運(yùn)動的初速度大小為________m/s.(g取10m/s2)

[解析]

(1)金屬片把A球沿水平方向彈出，同時(shí)B球被松開自由下落，兩球同時(shí)落地，改變A球被彈出時(shí)的速度，兩球仍然同時(shí)落地，知A球豎直方向上的運(yùn)動規(guī)律與B球相同，即平拋運(yùn)動的豎直分運(yùn)動是自由落體運(yùn)動．(2)兩小球能以相同的初速度v0同時(shí)分別從軌道M、N的末端射出．實(shí)驗(yàn)可觀察到兩球?qū)⑾嗯?，知P球水平方向上的運(yùn)動規(guī)律與Q球相同，即做平拋運(yùn)動的物體在水平方向上做勻速直線運(yùn)動．[答案]

(1)平拋運(yùn)動的豎直分運(yùn)動是自由落體運(yùn)動(2)兩球P、Q將相碰平拋運(yùn)動的水平分運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動(3)0.05

1.0[針對訓(xùn)練1]

(多選)在探究平拋運(yùn)動的規(guī)律時(shí)，可以選用下列各種裝置，以下操作合理的是(

)A．選用裝置1研究平拋物體豎直分運(yùn)動，應(yīng)該用眼睛看A、B兩球是否同時(shí)落地B．選用裝置2要獲得穩(wěn)定的細(xì)水柱所顯示的平拋軌跡，豎直管上端A一定要低于水面C．選用裝置3要獲得鋼球的平拋軌跡，每次不一定要從斜槽上同一位置由靜止釋放鋼球D．除上述裝置外，也能用數(shù)碼照相機(jī)拍攝鋼球做平拋運(yùn)動時(shí)每秒15幀的錄像獲得平拋軌跡√√解析：選用裝置1時(shí)，應(yīng)采用聽兩球落地時(shí)所發(fā)出的聲音是否重合來判定兩球是否同時(shí)落地，A錯(cuò)誤；選用裝置2時(shí)，要求豎直管上端A低于水面的原因是豎直管上端A處壓強(qiáng)等于大氣壓，A處低于水面時(shí)可保持彎管兩端壓強(qiáng)差恒等于兩管上端之間水的壓強(qiáng)，否則會使水流速度隨著瓶內(nèi)水面的下降而減小，B正確；選用裝置3要獲得鋼球的平拋軌跡，要保證小球每次沿同一軌跡運(yùn)動，就需保證小球每次做平拋運(yùn)動的初速度相同，也就要求每次釋放小球的位置相同，C錯(cuò)誤；用數(shù)碼照相機(jī)拍攝鋼球做平拋運(yùn)動時(shí)，每幀照片記錄一個(gè)時(shí)刻的位置，故結(jié)合起來可得到小球的運(yùn)動軌跡，D正確．熱點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與誤差分析

【例2】(1)在“探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)中，已備有下列器材：白紙、圖釘、薄木板、鉛筆、弧形斜槽、小球、刻度尺、鐵架臺，還需要下列器材中的________．A．秒表 B．天平C．重垂線 D．彈簧測力計(jì)(2)圖甲是“研究平拋物體的運(yùn)動”的實(shí)驗(yàn)裝置簡圖，在該實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)采取下列哪些措施減小實(shí)驗(yàn)誤差________．

A．斜槽軌道末端必須水平B．斜槽軌道必須光滑C．每次實(shí)驗(yàn)要平衡摩擦力D．小球每次都從斜槽上同一高度由靜止釋放(3)圖乙是實(shí)驗(yàn)取得的正確數(shù)據(jù)，其中O為拋出點(diǎn)，則此小球做平拋運(yùn)動的初速度為________m/s.(4)在另一次實(shí)驗(yàn)中，將白紙換成方格紙，每個(gè)格的邊長L＝5cm.通過實(shí)驗(yàn)，記錄了小球在運(yùn)動途中的三個(gè)位置，如圖丙所示，則該小球做平拋運(yùn)動的初速度為________

m/s，經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的速度為________m/s，拋出點(diǎn)的坐標(biāo)為________(用L表示)．(此問g取10m/s2)[解析]

(1)除所給器材外，還需要重垂線來確定y軸．由于實(shí)驗(yàn)不需要測量小球的質(zhì)量、受力以及運(yùn)動的時(shí)間，所以不需要天平、彈簧測力計(jì)、秒表，故選C.(2)為了保證小球離開斜槽軌道后做平拋運(yùn)動，需調(diào)節(jié)使斜槽軌道的末端水平，故A正確；為了保證小球每次平拋的初速度大小相等，應(yīng)使小球每次均從斜槽的同一位置由靜止開始下滑，斜槽不需要光滑，故B錯(cuò)誤，D正確；本實(shí)驗(yàn)中不需要平衡摩擦力，故C錯(cuò)誤．[針對訓(xùn)練2]用頻閃照相技術(shù)拍下的兩小球運(yùn)動的頻閃照片如圖所示，拍攝時(shí)，光源的頻閃頻率為10Hz，a球從A點(diǎn)水平拋出的同時(shí)，b球自B點(diǎn)開始下落，背景的小方格為相同的正方形．重力加速度g取10m/s2，不計(jì)阻力．(1)根據(jù)照片顯示的信息，下列說法中正確的是________；A．只能確定b球的運(yùn)動是自由落體運(yùn)動B．不能確定a球沿豎直方向的運(yùn)動是自由落體運(yùn)動C．只能斷定a球的運(yùn)動是水平方向的勻速直線運(yùn)動D．可以確定a球沿水平方向的運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動，在豎直方向做自由落體運(yùn)動(2)根據(jù)照片信息可求出a球的水平速度大小為________m/s；當(dāng)a球與b球運(yùn)動了________s時(shí)它們之間的距離最?。馕觯?1)因?yàn)橄噜弮烧掌g的時(shí)間間隔相等，水平位移相等，知a球在水平方向上做勻速直線運(yùn)動，豎直方向上的運(yùn)動規(guī)律與b球運(yùn)動規(guī)律相同，知豎直方向上a球做自由落體運(yùn)動，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤．答案：(1)D

(2)1

0.2熱點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新

【例3】如圖，研究平拋運(yùn)動規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置放置在水平桌面上，利用光電門傳感器和碰撞傳感器可測得小球的水平初速度和飛行時(shí)間，底板上的標(biāo)尺可以測得水平位移．保持水平槽口距底板高度h＝0.420m不變．改變小球在斜槽導(dǎo)軌上下滑的起始位置，測出小球做平拋運(yùn)動的初速度v0、飛行時(shí)間t和水平位移d，記錄在表中．(1)由表中數(shù)據(jù)可知，在h一定時(shí)，小球水平位移d與其初速度v0成________關(guān)系，與________無關(guān)．v0(m/s)0.7411.0341.3181.584t(ms)292.7293.0292.8292.9d(cm)21.730.338.646.4(3)飛行時(shí)間的測量值與理論值有偏差，且初速度越大差值越小的原因是：光電門傳感器位于水平槽口的內(nèi)側(cè)，傳感器的中心距離水平槽口還有一段很小的距離．[答案]

(1)正比t

(2)g取值10m/s2(3)光電門傳感器位于水平槽口的內(nèi)側(cè)，傳感器的中心距離水平槽口還有一段很小的距離[針對訓(xùn)練3]某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)探究平拋運(yùn)動的家庭實(shí)驗(yàn)裝置，如圖1所示，在水平桌面上放置一個(gè)斜面，每次都讓鋼球從斜面上的同一位置滾下，滾過桌邊后鋼球便做平拋運(yùn)動．在鋼球拋出后經(jīng)過的地方水平放置一塊木板(還有一個(gè)用來調(diào)節(jié)木板高度的支架，圖中未畫)，木板上放一張白紙，白紙上有復(fù)寫紙，這樣便能記錄鋼球在白紙上的落點(diǎn)，進(jìn)而可以測出平拋的水平距離．(1)為了方便測出鋼球做平拋運(yùn)動的水平距離，需要在桌子邊緣加上某一器材，請寫出該器材名稱____________．(2)已知平拋運(yùn)動在豎直方向上的運(yùn)動規(guī)律與自由落體運(yùn)動相同，在此前提下，利用下面的方法就可以探究鋼球水平分速度的特點(diǎn)，請把步驟③補(bǔ)充完整．①調(diào)節(jié)木板高度，使木板上表面與桌面的距離為某一確定值y，如圖2所示．讓小球從斜面上某一位置A無初速度釋放，測出水平距離x1；②調(diào)節(jié)木板的高度，使木板上表面與桌面的距離為某一確定值4y，讓小球從斜面上同一位置A無初