第5章 第3节 实验：探究平抛运动的特点（课件PPT）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中物理必修第二册（人教版2019）

抛体运动 第五章 第3节　实验：探究平抛运动的特点 返回目录 物理　必修第二册 　 课前　教材预案 课堂　深度探究 课末　随堂演练 课时作业(四) 课前　教材预案 知识点1　抛体运动和平抛运动 可以忽略 重力 水平 返回目录 物理　必修第二册 　 5 知识点2　实验思路 直线 水平 竖直 返回目录 物理　必修第二册 　 知识点3　实验方案 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 平抛 自由落体 返回目录 物理　必修第二册 　 仍同时落地 自由落体运动 返回目录 物理　必修第二册 　 水平 返回目录 物理　必修第二册 　 同一 返回目录 物理　必修第二册 　 相等 位移相等 匀速直线运动 返回目录 物理　必修第二册 　 水平 静止 竖直 竖直 同一位置 球心 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 课堂　深度探究 考点1　频闪照相的方法 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 考点2　分别研究水平和竖直方向分运动规律 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 考点3　实验拓展与创新 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 课末　随堂演练 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 [学习目标] 1.知道抛体运动、平抛运动的概念，会运用运动的分解分析平抛运动(物理观念).2.会设计实验探究平抛运动两个分运动的特点，并描绘出平抛运动的轨迹(科学探究).3.通过探究平抛运动的特点的实验，掌握处理探究实验中数据的方法(科学探究)． 1．抛体运动：以一定的速度将物体抛出，在空气阻力____________的情况下，物体只受________作用的运动． 2．平抛运动：初速度沿________方向的抛体运动． 1．基本思路：把复杂的曲线运动分解为不同方向上两个相对简单的________运动． 2．平抛运动的分解：可以尝试将平抛运动分解为________方向的分运动和________方向的分运动． 方案一：频闪照相(或录制视频)的方法 (1)通过频闪照相(或录制视频)，获得小球做平抛运动时的频闪照片(如图所示)； (2)以抛出点为原点，建立直角坐标系； (3)通过频闪照片描出小球经过相等时间间隔所到达的位置； (4)测量出T、2T、3T…时间内小球做平抛运动的水平位移和竖直位移，并填入表格； (5)分析数据得出小球水平分运动和竖直分运动的特点． 抛出时间 T 2T 3T 4T 5T 水平位移 竖直位移 结论 水平分运动特点 竖直分运动特点 方案二：分别研究水平和竖直方向分运动规律 步骤1：探究平抛运动竖直分运动的特点 (1)如图所示，用小锤击打弹性金属片后，A球做________运动；同时B球被释放，做____________运动．观察两球的运动轨迹，比较它们落地时间的先后． (2)分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度(即改变A球的初速度)，发现两球______________，说明平抛运动在竖直方向的分运动为________________. 步骤2：探究平抛运动水平分运动的特点 (1)装置和实验 ①如图所示，安装实验装置，使斜槽M末端________，使固定的背板竖直，并将一张白纸和复写纸固定在背板上，N为水平放置的可上下调节的倾斜挡板． ②让钢球从斜槽上某一高度滚下，从末端飞出后做平抛运动，使钢球的轨迹与背板平行．钢球落到倾斜的挡板N上，挤压复写纸，在白纸上留下印迹． ③上下调节挡板N，进行多次实验，每次使钢球从斜槽上________(选填“同一”或“不同”)位置由静止滚下，在白纸上记录钢球所经过的多个位置． ④以斜槽水平末端端口处钢球球心在白纸上的投影点为坐标原点O，过O点画出竖直的y轴和水平的x轴． ⑤取下坐标纸，用平滑的曲线把这些印迹连接起来，得到钢球做平抛运动的轨迹． ⑥根据钢球在竖直方向是自由落体运动的特点，在轨迹上取竖直位移为y、4y、9y…的点，即各点之间的时间间隔________，测量这些点之间的水平位移，确定水平方向分运动的特点． ⑦结论：平抛运动在相等时间内水平方向____________，平抛运动水平方向为________________. (2)注意事项 ①实验中必须调整斜槽末端________，使小球做平抛运动(调节方法：将小球放在斜槽末端水平部分，若小球________，则斜槽末端水平)． ②背板必须处于________平面内，固定时要用铅垂线检查坐标纸竖线是否________. ③小球每次必须从斜槽上____________由静止释放，这样可以使小球每次的轨迹相同． ④坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时小球________在背板上的投影点． ⑤小球开始滚下的位置高度要适中，以使小球做平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜. 【例题1】 某实验小组为了更方便研究平抛运动，他们在实验中用频闪光源代替钢球，频闪光源的频率为50 Hz，抛出后经过画布时在上面留下了一串反映平抛运动轨迹的点迹(如图)．M1、M2、M3是频闪光源平抛运动过程中在画布上留下的三个连续点迹，M1、M2、M3的坐标见表格. 项目 M1 M2 M3 x/cm 1.0 2.0 3.0 y/cm 0.40 1.19 2.37 (1)根据M1、M2、M3水平坐标，能得出小球水平方向做__________运动． (2)根据M1、M2、M3竖直坐标，能得出小球竖直方向做__________运动． 解析　(1)在水平方向上，相同时间位移相等，故水平方向是匀速直线运动． (2)在竖直方向上，根据Δh＝gT2，得g＝9.75 m/s2，所以竖直方向是自由落体运动． 答案　(1)匀速直线　(2)自由落体 【变式1】 用频闪照相法探究平抛运动的特点，如图所示，记录了物体在不同时刻的位置，已知频闪周期一定，如果把平抛运动分解为水平运动和竖直运动，观察图片可知： (1)物体在水平方向上做__________运动，在竖直方向上做__________运动，并说明理由：________________________________________________________. (2)图中a点__________(选填“是”或“不是”)抛出点，请说明理由：______________________________________________. 解析　(1)记录物体位置的a、b、c、d.相邻两点间的水平距离均相等，为两个小格，即水平方向上在相同时间内发生的位移相等，故物体在水平方向上做匀速直线运动；相邻两点间的竖直距离分别为1格、2格、3格，所以在竖直方向满足“相等时间内相邻位移之差相等”，故竖直方向上做匀加速直线运动． (2)假设a点为抛出点，则竖直方向初速度为零，物体在竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，a、b、c、d相邻两点间的时间间隔相等，竖直分位移之比应为1∶3∶5，而题图中位移之比为1∶2∶3，所以a点不是抛出点． 答案　(1)匀速直线　匀加速直线　见解析　(2)不是　见解析 【例题2】 某同学采用如图甲所示的实验装置做“研究平抛运动”的实验． (1)实验时需要下列哪个器材__________. A．弹簧测力计 B．重垂线 C．打点计时器 (2)(多选)做实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出小球平抛运动的轨迹．下列的一些操作要求，正确的是__________. A．每次必须由同一位置静止释放小球 B．每次必需严格地等距离下降记录小球位置 C．小球运动时不应与木板上的白纸相接触 D．记录的点应适当多一些 (3)若用频闪摄影方法来验证小球在平抛过程中水平方向是匀速运动，记录下如图乙所示的频闪照片．在测得x1、x2、x3、x4后，需要验证的关系是__________________________________________________________________． 已知频闪周期为T，用下列计算式求得的水平速度，误差较小的是__________. A. B. C. D. 解析　(1)实验时需要重垂线来确定竖直方向，选项B正确． (2)为保证每次小球运动的初速度相同，每次必须由同一位置静止释放小球，选项A正确；实验中，不必严格地等距离下降记录小球位置，选项B错误；为保证小球在空中运动时只受到重力，小球运动时不应与木板上的白纸相接触，选项C正确；为使描得的轨迹精准些，误差小些，记录的点应适当多一些，选项D正确． (3)若小球在水平方向上做匀速直线运动，则满足x1＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3，位移较大时，距离的测量误差较小，故用计算水平速度误差较小，选项D正确． 答案　(1)B　(2)ACD　(3)x4－x3＝x3－x2＝x2－x1＝x1　D 【变式2】 两个同学根据不同的实验条件，进行了“探究平抛运动的特点”的实验： 　 (1)甲同学采用如图甲所示的装置，击打金属片把A球沿水平方向弹出，同时B球被松开，自由下落，观察到两球同时落地，改变A球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明_______________________________________________________________. (2)乙同学采用如图乙所示的装置，两个相同的弧形光滑轨道M、N，N的末端与光滑的水平板相切，两小铁球P、Q能以相同的初速度同时分别从轨道下端水平射出．实验可观察到的现象应是________________________.仅仅改变弧形轨道M的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，这说明______________________________________. 解析　(1)在击打金属片时，金属片把A球沿水平方向弹出，A球做平抛运动，同时B球被松开，做自由落体运动，两球同时落地，说明A球与B球在竖直方向的运动规律相同，即说明平抛运动在竖直方向上是自由落体运动． (2)两小铁球P、Q能以相同的初速度同时分别从轨道下端水平射出，小球P做平抛运动，小球Q沿水平方向做匀速直线运动，可以看到P球落地时刚好和Q球相遇；当改变弧形轨道M的高度时，两小球仍能相遇，说明平抛运动在水平方向的运动规律与匀速直线运动规律相同，即说明平抛运动在水平方向上是匀速直线运动． 答案　(1)平抛运动在竖直方向上是自由落体运动　(2)P球落地时刚好和Q球相遇　平抛运动在水平方向上是匀速直线运动 【例题3】 某同学设计了一个研究平抛运动的实验，实验装置示意图如图甲所示．A是一块水平木板，在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽(图甲中的P0P′0、P1P′1、…)，槽间距离均为d.把覆盖复写纸的白纸铺贴在硬板B上，实验时依次将B插入A板的各插槽中，每次让小球从斜轨的同一位置由静止释放．每打完一点后，把B板插入后一槽中并同时向纸面内侧平移距离d.实验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点，如图乙所示． (1)实验前应对实验装置反复调节，直到__________________为止．每次让小球从同一位置由静止释放，是为了________________________________________. (2)每次将B板向纸面内侧平移距离d，是为了________________________________. (3)在图乙中绘出小球做平抛运动的轨迹． 解析　(1)小球每次离开斜轨后，应做轨迹相同的平抛运动，所以实验前要反复调节实验装置，使斜轨末端水平．每次从同一位置由静止释放小球，是为了使小球每次运动的初速度相同． (2)每次B板插入后一槽中会使小球的水平位移增加d，所以每次将B板向纸面内侧平移d，就可以对应水平位移的变化，使B板上的x坐标能表示水平位置的变化． (3)用平滑曲线连接各点，可得轨迹如图所示． 答案　(1)斜轨末端水平　保证小球每次射出时的初速度相同　(2)使板上的x坐标能表示小球的水平位移　(3)见解析图 【变式3】 如图，探究平抛运动的特点的实验装置放置在水平桌面上，利用光电门传感器和碰撞传感器可测得小球的水平初速度和飞行时间，底板上的标尺可以测得水平位移．保持水平槽口距底板高度h＝0.420 m不变．改变小球在斜槽导轨上下滑的起始位置，测出小球做平抛运动的初速度v0、飞行时间t和水平位移d，记录在表中． v0/(m·s－1) 0.741 1.034 1.318 1.584 t/ms 292.7 293.0 292.8 292.9 d/cm 21.7 30.3 38.6 46.4 (1)由表中数据可知，在h一定时，小球水平位移d与其初速度v0成__________关系． (2)一位同学计算出小球飞行时间的理论值t理＝＝ s＝289.8 ms，发现理论值与测量值之差约为3 ms.经检查，实验步骤及测量均无误，其可能的原因是____________________________________________. (3)另一位同学分析并纠正了上述偏差后，另做了这个实验，竟发现测量值t′依然大于自己得到的理论值t′理，但二者之差在3～7 ms之间，且初速度越大差值越小．对实验装置的安装进行检查确认斜槽槽口与底座均水平，则导致偏差的可能的原因是____________________________________________. 解析　(1)由表中数据可知，在h一定时，小球水平位移d与其初速度v0成正比关系，与飞行时间t无关． (2)计算小球飞行时间的理论值t＝＝ ms＝289.8 ms中，g不能取值10 m/s2，应该取g＝9.8 m/s2 ，这样计算出的t＝292.8 ms. (3)导致偏差的可能原因是：光电门传感器位于槽口的内侧，水平槽口距底板高度h较大，小球飞行时受到空气阻力作用等． 答案　(1)正比　(2)重力加速度取值不正确，g取10 m/s2　(3)光电门传感器位于槽口的内侧，小球直径过大，小球飞行时受到空气阻力作用 1．(设计实验)在探究平抛运动的规律时，可选用如图所示的各种装置图，则下列操作合理的是(　　) INCLUDEPICTURE"23QWLBX2-057.TIF" 　　 A．选用装置图甲研究平抛物体的竖直分运动时，可多次改变小球距地面的高度，但必须控制每次打击的力度不变 B．选用装置图乙并要获得稳定的细水柱显示出平抛运动的轨迹，竖直管上端A一定要低于水面 C．选用装置图丙并要获得钢球做平抛运动的轨迹，每次不一定从斜槽上同一位置由静止释放钢球 D．选用装置图丙并要获得钢球做平抛运动的轨迹，要以槽口的端点为原点建立坐标 答案　B 解析　图甲是研究平抛运动的竖直方向分运动的实验装置，与水平方向的速度(打击力度)大小无关，选项A错误；图乙要想获得稳定的平抛运动轨迹，应该保持稳定的压强，因此要求竖直管上端A一定要低于水面，选项B正确；利用图丙研究平抛运动时必须保证斜槽末端水平，并且每次释放时要求从同一位置由静止释放，选项C错误；坐标系应以小球在槽末端时的球心为原点，选项D错误． 2． (进行实验)两个同学根据不同的实验条件，进行了“探究平抛运动规律”的实验． (1)甲同学采用如图甲所示的装置．用小锤打击弹性金属片．金属片把A球沿水平方向弹出，同时B球被松开，自由下落，观察到两球同时落地；让A、B球恢复初始状态，用较大的力敲击弹性金属片，即改变A球被弹出时的速度，实验可观察到的现象应是______________.上述现象说明平抛运动的竖直分运动是__________________. (2)乙同学采用如图乙所示的装置．两个相同的弧形轨道M、N，分别用于发射小铁球P、Q，其中N的末端与可看作光滑的水平板相切，两轨道上端分别装有电磁铁C、D、调节电磁铁C、D的高度．使AC＝BD从而保证小铁球P、Q在轨道出口处的水平初速度相等，现将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小铁球能以相同的初速度同时分别从轨道M、N的下端射出，实验可观察到的现象应是_______________________，仅仅改变弧形轨道M的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，上述现象说明平抛运动的水平分运动是__________. 解析　(1)金属片把A球沿水平方向弹出，同时B球被松开，自由下落，观察到两球同时落地；让A、B球恢复初始状态，用较大的力敲击弹性金属片，即改变A球被弹出时的速度，实验可观察到的现象应是：两球同时落地．小球B做自由落体运动，小球A做平抛运动，同时落地的现象说明：平抛运动在竖直方向上是自由落体运动． (2)将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小铁球能以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的下端射出，实验可观察到的现象应是：两球相碰．仅仅改变弧形轨道M的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，小球P从M轨道抛出后做平抛运动，小球Q从N轨道抛出后做匀速直线运动，两球发生碰撞，这说明平抛运动在水平方向上是匀速运动． 答案　两球同时落地　自由落体运动　两球相碰　匀速运动 3．(实验拓展与创新)某同学用如图甲所示装置做“研究平抛运动”的实验，根据实验结果在坐标纸上描出了小球水平抛出后的运动轨迹，但不慎将画有轨迹图线的坐标纸丢失了一部分，剩余部分如图乙所示．图乙中水平方向与竖直方向每小格的长度均代表0.10 m，P1、P2和P3是轨迹图线上的3个点，P1和P2、P2和P3之间的水平距离相等．完成下列填空：(重力加速度g取10 m/s2) (1)设P1、P2和P3的横坐标分别为x1、x2和x3，纵坐标分别为y1、y2和y3，从图乙中可读出|y1－y2|＝__________m，|y1－y3|＝__________m，|x1－x2|＝__________m(保留两位小数)． (2)若已知抛出后小球在水平方向上做匀速运动，在竖直方向做自由落体运动，利用(1)中读取的数据，求出小球从P1运动到P2所用的时间为_______s，小球抛出后的水平速度为________m/s. 解析　(1)由题图乙可知P1与P2两点在竖直方向的间隔为6格，P1与P3两点在竖直方向的间隔为16格，所以有|y1－y2|＝0.60 m，|y1－y3|＝1.60 m．P1与P2两点在水平方向的间隔为6格，则有|x1－x2|＝0.60 m. (2)由水平方向的运动特点可知P1到P2与P2到P3的时间相等，根据Δy＝gt2， 解得t＝0.20 s， 则有v0＝＝ m/s＝3.0 m/s. 答案　(1)0.60　1.60　0.60　(2)0.20　3.0 $$