物理魯科版（2019）必修第二冊(cè) 2.3科學(xué)探究：平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)課件

第3節(jié)科學(xué)探究:平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)學(xué)習(xí)目標(biāo)思維導(dǎo)圖1.知道平拋運(yùn)動(dòng)的條件及相應(yīng)控制方法。2.知道常見的幾種獲取平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的方法。3.會(huì)根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡求平拋運(yùn)動(dòng)的初速度。必備知識(shí)自我檢測(cè)一、【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.描繪物體做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡并分析其特點(diǎn)。2.根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡求平拋運(yùn)動(dòng)的初速度。二、【實(shí)驗(yàn)器材】斜槽、小球、木板、鉛垂線、坐標(biāo)紙、圖釘、刻度尺、鉛筆(或卡孔)等。必備知識(shí)自我檢測(cè)三、【實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)】將斜槽等器材安裝起來,實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。小球從斜槽上滾下,通過水平槽飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)。使小球每次都從斜槽上同一位置由靜止釋放,小球在空中做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡相同。設(shè)法用鉛筆描出小球經(jīng)過的位置。通過多次實(shí)驗(yàn),在坐標(biāo)紙上記錄小球所經(jīng)過的多個(gè)位置,用平滑的曲線將各點(diǎn)連起來,從而得到小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的公式x=v0t和y=gt2,可求出小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度。必備知識(shí)自我檢測(cè)四、【實(shí)驗(yàn)步驟】1.用圖釘把坐標(biāo)紙釘在豎直木板上,在木板的左上角固定斜槽,并使其末端保持水平。2.用懸掛在槽口的鉛垂線把木板調(diào)整到豎直方向,并使木板平面與小球下落的豎直面平行且靠近,固定好木板。3.把小球放在槽口處,用鉛筆記下小球在槽口時(shí)球心在木板上的水平投影點(diǎn)O,利用鉛垂線在紙上畫出通過O點(diǎn)的豎直線。4.將小球從斜槽上合適的位置由靜止釋放,使小球的運(yùn)動(dòng)軌跡大致經(jīng)過坐標(biāo)紙的右下角。5.把筆尖放在小球可能經(jīng)過的位置,如果小球運(yùn)動(dòng)中碰到筆尖,用鉛筆在坐標(biāo)紙?jiān)撐恢卯嬌弦稽c(diǎn)。用同樣的方法,從同一位置釋放小球,在小球運(yùn)動(dòng)路線上描下若干點(diǎn)。必備知識(shí)自我檢測(cè)1.在探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)中,為減小空氣阻力對(duì)小球運(yùn)動(dòng)的影響,應(yīng)采用(

)A.實(shí)心小鐵球 B.空心小鐵球C.實(shí)心小木球 D.以上三種小球都可以解析:為減小空氣阻力對(duì)小球運(yùn)動(dòng)的影響,阻力和球的重力的比越小,影響越小,故A選項(xiàng)正確。答案:A必備知識(shí)自我檢測(cè)2.安裝實(shí)驗(yàn)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(shí),速度既不太大,也不太小B.保證小球飛出時(shí),初速度方向水平C.保證小球在空中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間每次都相等D.保證小球運(yùn)動(dòng)的軌跡是一條拋物線解析:平拋運(yùn)動(dòng)初速度的大小不是由斜槽末端是否水平?jīng)Q定的,而是由小球釋放點(diǎn)到斜槽水平端的豎直高度決定的,故A項(xiàng)不正確;研究平拋物體的運(yùn)動(dòng),旨在弄清物體在水平和豎直兩個(gè)方向上怎樣運(yùn)動(dòng),必須保證小球拋出時(shí)速度是水平的,并非要研究小球在空中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間,故B項(xiàng)正確,C項(xiàng)不正確;無論小球飛出的初速度是水平還是傾斜的,其運(yùn)動(dòng)軌跡都是一條拋物線,故D項(xiàng)不正確。答案:B問題一問題二隨堂檢測(cè)實(shí)驗(yàn)操作及注意事項(xiàng)情境導(dǎo)引如圖所示為利用斜槽探究平拋運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的裝置。(1)為保證小球離開斜槽做平拋運(yùn)動(dòng),斜槽末端需水平。怎樣判斷斜槽末端是否水平?(2)實(shí)驗(yàn)中除去描點(diǎn)法畫軌跡外,你還能想到哪些方法?(3)實(shí)驗(yàn)中怎樣操作才能保證小球總是通過同一軌跡?問題一問題二隨堂檢測(cè)要點(diǎn)提示:(1)把小球放在斜槽末端,若小球靜止,則表明斜槽末端水平。(2)利用頻閃照相機(jī)。(3)小球從斜槽同一高度由靜止釋放。問題一問題二隨堂檢測(cè)知識(shí)點(diǎn)撥一、利用頻閃照相或者錄制視頻的方法,記錄物體做平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)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(jī)的攝像功能,拍攝小球從桌面飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)的幾張連續(xù)照片。3.利用Photoshop軟件將多個(gè)影像合成為同一幅照片。注意事項(xiàng):1.保證相機(jī)靜止不動(dòng)。2.拍攝時(shí)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。問題一問題二隨堂檢測(cè)二、利用斜槽實(shí)驗(yàn)時(shí)的注意事項(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(biāo)紙豎線是否豎直。3.小球釋放:(1)小球每次必須從斜槽上同一位置由靜止?jié)L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(dòng)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)。問題一問題二隨堂檢測(cè)實(shí)例引導(dǎo)例1如圖所示,在探究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中,可以描繪出小球平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡,實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)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(diǎn)和過O點(diǎn)的水平線與豎直線。

問題一問題二隨堂檢測(cè)C.取下方格紙,以O(shè)為原點(diǎn),以水平線為x軸,豎直線為y軸建立坐標(biāo)系,用平滑曲線畫出小球平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。(1)完成上述步驟,將答案填在橫線上。(2)上述實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是

。

解析:該實(shí)驗(yàn)需讓小球重復(fù)同一個(gè)平拋運(yùn)動(dòng)軌跡多次,才能記錄出小球的一系列位置,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(huì)做平拋運(yùn)動(dòng)。答案:(1)同一位置靜止

斜槽末端切線水平

(2)BAC問題一問題二隨堂檢測(cè)變式訓(xùn)練1在探究平拋物體的運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)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(shí)記錄在白紙上,然后從這一點(diǎn)畫水平線和豎直線作為x軸和y軸。

(3)某同學(xué)建立的直角坐標(biāo)系如圖所示,設(shè)他在安裝實(shí)驗(yàn)裝置和其他操作時(shí)準(zhǔn)確無誤,只有一處失誤,即是

。

問題一問題二隨堂檢測(cè)解析:(1)斜槽末端水平時(shí)小球處處平衡,放在槽口能靜止不動(dòng)。(2)應(yīng)記錄小球拋出點(diǎn)的位置。(3)描繪小球的運(yùn)動(dòng)軌跡的起始位置時(shí)應(yīng)描繪球心的位置,因此坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)在平拋起點(diǎn)的球心位置,即坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)該是小球在槽口時(shí)球心在白紙上的水平投影點(diǎn)。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(diǎn)

(3)坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)該是小球在槽口時(shí)球心在白紙上的水平投影點(diǎn)問題一問題二隨堂檢測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法情境導(dǎo)引如圖所示為利用斜槽實(shí)驗(yàn)所描繪的小球平拋運(yùn)動(dòng)途中的三個(gè)位置。(1)位置A是小球拋出的起始點(diǎn)嗎?怎樣判斷?(2)如果A點(diǎn)是小球拋出的起始點(diǎn),如何求拋出的初速度?(3)如果A點(diǎn)不是小球拋出的起始點(diǎn),如何求拋出的初速度?問題一問題二隨堂檢測(cè)要點(diǎn)提示:(1)不是。平拋運(yùn)動(dòng)的豎直分運(yùn)動(dòng)為自由落體運(yùn)動(dòng),從A到B和B到C的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等,則豎直距離yAB∶yBC=1∶3。問題一問題二隨堂檢測(cè)知識(shí)點(diǎn)撥1.描繪小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡根據(jù)在坐標(biāo)紙上記錄小球的多個(gè)位置,用平滑的曲線連接各個(gè)位置得到其運(yùn)動(dòng)軌跡。2.求小球平拋的初速度

問題一問題二隨堂檢測(cè)(2)如果O點(diǎn)不是小球拋出的起始點(diǎn),那么在平拋運(yùn)動(dòng)軌跡上選取幾個(gè)水平間距(設(shè)為x)相等的測(cè)量點(diǎn),如圖中A、B、C點(diǎn)。測(cè)出AB間、BC間的豎直距離y1、y2,設(shè)AB間、BC間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為T,由問題一問題二隨堂檢測(cè)3.判斷平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是不是拋物線(1)原理:若平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是拋物線,則當(dāng)以拋出點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系后,軌跡上各點(diǎn)的坐標(biāo)具有y=ax2的關(guān)系,且同一軌跡上a是一個(gè)特定的值。(2)驗(yàn)證方法方法一:代入法用刻度尺測(cè)量幾個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的x、y,分別代入y=ax2中求出常數(shù)a,看計(jì)算得到的a值在誤差范圍內(nèi)是否為一常數(shù)。方法二:圖像法建立y-x2坐標(biāo)系,根據(jù)所測(cè)量的各個(gè)點(diǎn)的x、y坐標(biāo)值分別計(jì)算出對(duì)應(yīng)y值的x2值,在y-x2坐標(biāo)系中描點(diǎn),連接各點(diǎn)看是否在一條直線上,并求出該直線的斜率即為a值。問題一問題二隨堂檢測(cè)實(shí)例引導(dǎo)例2圖甲是探究平拋運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)裝置圖。問題一問題二隨堂檢測(cè)(1)圖乙是正確實(shí)驗(yàn)取得的數(shù)據(jù),其中0為拋出點(diǎn),若已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.8m/s2,則此小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度為

m/s。

(2)在另一次實(shí)驗(yàn)中將白紙換成方格紙,每小格的邊長(zhǎng)L=5cm,通過實(shí)驗(yàn),記錄了小球在運(yùn)動(dòng)途中的三個(gè)位置,如圖丙所示,則該小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度為

m/s,B點(diǎn)的豎直分速度為

m/s。(g取10m/s2)

問題一問題二隨堂檢測(cè)答案:(1)1.6

(2)1.5

2問題一問題二隨堂檢測(cè)變式訓(xùn)練2某同學(xué)在做平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)得到了如圖所示的運(yùn)動(dòng)軌跡,a、b、c三點(diǎn)的位置在運(yùn)動(dòng)軌跡上已標(biāo)出。(g取10m/s2)(1)小球平拋的初速度為

m/s。

(2)小球拋出點(diǎn)的位置坐標(biāo)x=

cm,y=

cm。

問題一問題二隨堂檢測(cè)答案:(1)2

(2)-10

-1.25問題一問題二隨堂檢測(cè)1.(多選)數(shù)碼相機(jī)大多具有攝像功能,每秒鐘拍攝大約15幀照片,一同學(xué)用它拍攝小球從水平面飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)的幾張連續(xù)照片,下列處理正確的是(

)A.只要測(cè)出相鄰三張照片上小球的距離,就能判斷平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)B.只要測(cè)出相鄰三張照片上小球的水平距離,就能判斷平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)C.只要測(cè)出相鄰三張照片上小球的豎直距離,就能判斷平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)D.只要測(cè)出相鄰三張照片上小球的豎直距離,就能判斷平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)解析:連續(xù)照片之間的時(shí)間間隔已知道,因此只需測(cè)量?jī)蓚€(gè)方向上的對(duì)應(yīng)距離,即可研究?jī)蓚€(gè)分運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。答案:BD問題一問題二隨堂檢測(cè)2.三個(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(dòng)規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)。(1)a同學(xué)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(shí)B球被松開,自由下落,觀察到兩球同時(shí)落地,改變小錘打擊的力度,即改變A球被彈出時(shí)的速度,兩球仍然同時(shí)落地,這說明

。

(2)b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?，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(shí)分別從軌道M、N的下端射出。實(shí)驗(yàn)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(fù)上述實(shí)驗(yàn),仍能觀察到相同的現(xiàn)象,這說明

。

問題一問題二隨堂檢測(cè)(3)c同學(xué)采用頻閃照相的方法拍攝到如圖丙所示的“小球做平拋運(yùn)動(dòng)”的照片。圖中每個(gè)小方格的邊長(zhǎng)為10cm,則由圖可求得該小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度大小為

m/s。(g取10m/s2)

問題一問題二隨堂檢測(cè)解析:(1)在打擊金屬片時(shí),兩小球同時(shí)分別做平拋運(yùn)動(dòng)與自由落體運(yùn)動(dòng),結(jié)果同時(shí)落地,則說明平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向的分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)。(2)讓兩小球同時(shí)從相同的弧形軌道上的相同高度滾下,從而使兩小球同時(shí)滾離軌道時(shí)具有相同的速度。小球P做平拋運(yùn)動(dòng),小球Q做勻速直線運(yùn)動(dòng),兩小球相遇則說明平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向的分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)。(3)平拋運(yùn)動(dòng)可看成豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)與水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)。在豎直方向上,由答案:(1)平拋運(yùn)動(dòng)的豎直分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)

(2)平拋運(yùn)動(dòng)的水平分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)

(3)2問題一問題二隨堂檢測(cè)3.某物理實(shí)驗(yàn)小組利用如圖所示裝置測(cè)量小球做平拋運(yùn)動(dòng)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(diǎn)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(diǎn)位置,就可以直觀地得到小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度。下列各圖表示四位同學(xué)在刻度尺旁邊分別制作出的速度標(biāo)尺(圖中P點(diǎn)為重錘的投影位置),其中可能正確的是(

)問題一問題二隨堂檢測(cè)答案:A問題一問題二隨堂檢測(cè)4.某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)探究平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)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