5.3探究平抛运动的特点 课件—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册

5.3 实验：探究平抛运动的特点 以一定的速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情 况下，物体只受重力的作用，这时的运动叫作抛体运动 （projectile motion）。如果初速度是沿水平方向的，这样的 抛体运动就叫作平抛运动。 下面我们通过实验来探究物体做平抛运动的特点。 在实验开始前，请你思考：平抛运动与我们之前研究 的直线运动的显著区别是什么？如何用实验来研究平抛运 动的特点？ 一、实验思路 平抛运动的轨迹是曲线，比直线运动复杂。我们可 以按照把复杂的曲线运动分解为两个相对简单的直线运 动的思路，分别研究物体在竖直方向和水平方向的运动 特点。 大家可能会想到，平抛运动可以看作是在竖直方向的 分运动和水平方向的分运动的合运动。如果这两个分运动 研究清楚了，平抛运动的规律自然就清楚了。 下面我们就按这样的思路进行实验与分析。 步骤 1：探究平抛运动竖直分运动的特点 在如图 5.3-2 所示的实验中，用小锤击打弹性金属 片后，A 球沿水平方向抛出，做平抛运动，同时 B 球被 释放，自由下落，做自由落体运动。A、B 两球同时开始 运动。观察两球的运动轨迹，比较它们落地时间的先后。 分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度，多次重复这个实验，记录实验现象有什么变化。 从这个实验看，平抛运动在竖直方向的分运动 是什么运动？ 步骤 2：探究平抛运动水平方向分运动的 特点 如果我们能够得到平抛运动的轨迹，利 用前面探究得出的平抛运动竖直分运动的 特点，就可以分析得出平抛运动在水平方 向分运动的特点。 二、进行实验 为了研究平抛运动的特点，我们应该想办法把运动物 体的位置随时间变化的信息记录下来。比如，用频闪照相 的方法，记录物体在不同时刻的位置。当然也可以用别的 方法记录信息，开展研究。 图 5.3-1 是用频闪照相的方法记录的做平抛运动的小 球每隔相等的时间的位置图。以左边第一个小球的中心 为原点，沿水平向右和竖直向下的方向建立直角坐标系， 将各球中心点的横坐标和纵坐标记录在自己设计的表 格中。 （一）实验目的 1．用实验方法描出平抛运动的轨迹。 2．探究平抛运动竖直方向和水平方向分运动的特点。 （二）实验原理 用频闪照相的方法或研究平抛运动的实验装置得出小球做平抛运动的不同时刻的位置，用平滑曲线连接各位置，得到小球做平抛运动的轨迹。以小球平抛的起点为坐标原点，沿水平方向和竖直向下的方向建立直角坐标系，根据各点坐标数据研究小球在水平方向和竖直方向的运动规律。 （三）实验器材 小钢球、斜槽轨道、木板及竖直固定支架、坐标纸、图钉、重垂线、铅笔、三角板、刻度尺。 1．调整安装有斜槽的实验装置，使平板竖直，斜槽M的末端水平。 （四）实验过程： 2、用图钉将坐标纸固定于竖直木板的左上角，把木板调整到竖直位置，使板面与小球的运动轨迹所在平面平行且靠近．如图所示 3、让钢球在斜槽某高度由静止滚下，钢球平抛后，落在倾斜挡板N上后，挤压复写纸，在白纸上留下印迹。 4、上下调节挡板N，通过多次实验，在白纸上记录钢球经过的多个位置。 5、取下白纸，用平滑的曲线把各印迹连接起来，就得到钢球做平抛运动的轨迹。 （六）误差分析 1．安装斜槽时，其末端切线不水平，导致小球离开斜槽后不做平抛运动． 2．建立坐标系时，坐标原点的位置确定不准确，导致轨迹上各点的坐标不准确． 3．小球每次自由滚下时起始位置不完全相同，导致轨迹出现误差． 4．确定小球运动的位置时不准确，会导致误差． 5．量取轨迹上各点坐标时不准确，会导致误差． （七）注意事项 1．斜槽安装：实验中必须调整斜槽末端的切线水平，将小球放在斜槽末端水平部分，将其向两边各轻轻拨动一次，若没有明显的运动倾向，斜槽末端的切线就水平了． 2．方木板固定：方木板必须处于竖直平面内，固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直． 3．小球释放 (1)小球每次必须从斜槽上同一位置由静止滚下． (2)小球开始滚下的位置高度要适中，以使小球平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜． 4．坐标原点：坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时球心在木板上的投影点． 5．初速度的计算：在轨迹上选取离坐标原点O点较远的一些点来计算初速度. 其它方法： 1、喷水法 如图所示，倒置的饮料瓶内装有水，瓶塞内插着两根两端开口的细管，其中一根弯成水平，且加上一个很细的喷嘴．水从喷嘴中射出，在空中形成弯曲的细水柱，它显示了平抛运动的轨迹．将它描在背后的纸上，进行分析处理． 2、频闪照相法 数码照相机每秒拍下小球做平抛运动时的十几帧或几十帧照片．将照片上不同时刻的小球的位置连成平滑曲线便得到了小球的运动轨迹．