5.3实验：探究平抛运动的特点 讲义-2021-2022学年人教版（2019）高中物理必修第二册

第五章抛体运动 第3节实验：探究平抛运动的特点 【素养目标】 1．用实验的方法描出平抛运动的轨迹． 2．判断平抛运动的轨迹是否为抛物线． 3．根据平抛运动的轨迹求其初速度． 【必备知识】 知识点一、抛体运动 1.定义 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，这时的运动叫抛体运动。抛体运动开始的速度叫初速度。 2.分类 （1）平抛运动 初速度沿水平方向的抛体运动。 （2） 斜抛运动 初速度斜向上方或斜向下方的抛体运动。 知识点二、实验：探究平抛运动的特点 1.探究平抛运动的特点 （1）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． （2）对比实验法 探究平抛运动竖直分运动的特点，如图甲所示，分别改变小球距离地面的高度和小锤击打的力度，可观察到两小球总是同时落地。 探究平抛运动水平分运动的特点，如图乙所示。分别改变小球距离地面的高度和圆弧上的位置，可观察到两小球总是同时到达水平面上某一位置。 2.描述平抛运动的轨迹 （1）安装调整： ①将带有斜槽轨道的木板固定在实验桌上，使其末端伸出桌面，轨道末端切线水平． 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： （2）建坐标系：把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口(轨道末端)时球心所在木板上的投影点O，O点即为坐标原点，利用重垂线画出过坐标原点的竖直线作为y轴，画出水平向右的x轴． （3）确定小球位置： ①将小球从斜槽上某一位置由静止滑下，小球从轨道末端射出，先用眼睛粗略确定做平抛运动的小球在某一x值处的y值． ②让小球由同一位置自由滚下，在粗略确定的位置附近用铅笔较准确地描出小球通过的位置，并在坐标纸上记下该点． ③用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置． （3）描点得轨迹：取下坐标纸，将坐标纸上记下的一系列点用平滑曲线连起来，即得到小球平抛运动轨迹． 知识点三、数据处理 1．判断平抛运动的轨迹是否为抛物线： 在x轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3…向下作垂线，垂线与抛体轨迹的交点记为M1、M2、M3…用刻度尺测量各点的坐标(x，y)． (1)代数计算法：将某点(如M3点)的坐标(x，y)代入y＝ax2求出常数a，再将其他点的坐标代入此关系式看看等式是否成立，若等式对各点的坐标都近似成立，则说明所描绘得出的曲线为抛物线． (2)图象法：建立y ­x2坐标系，根据所测量的各个点的x坐标值计算出对应的x2值，在坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，若大致在一条直线上，则说明平抛运动的轨迹是抛物线． 2．计算初速度：在小球平抛运动轨迹上选取分布均匀的六个点——A、B、C、D、E、F，用刻度尺、三角板测出它们的坐标(x，y)，并记录在下面的表格中，已知g值，利用公式y＝gt2和x＝v0t，求出小球做平抛运动的初速度v0，最后算出v0的平均值． A B C D E F x/mm y/mm v0＝x/(m·s－1) v0的平均值 知识点四、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． 知识点五、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． 【课堂检测】 1．如下图所示，两倾斜轨道完全相同，放在同一竖直面内，末端水平且上下对齐，A球和B球从两轨道的相同位置同时由静止释放，A球过轨道末端后水平抛出，B球过轨道末端后沿水平地面前进，A球落地瞬间与B球发生碰撞，不计两球运动过程中的阻力。该实验现象说明了（　　） A．A、B两球的运动是完全相同的 B．A球在空中做平抛运动 C．A球在空中时水平分运动是匀速直线运动 D．A球在空中时竖直分运动是自