5.3 实验：探究平抛运动的特点 课件 -2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

第3节 实验：探究平抛运动的特点运动 第五章 抛体运动 一、实验目的： 1、设法通过实验得到平抛运动的轨迹 2、判断平抛运动的轨迹是不是抛物线 3、计算平抛运动的初速度 1、如何获得小球做平抛运动的轨迹？ 方案一 ： 描迹法 1、如何获得小球做平抛运动的轨迹？ 方案二 ： 径迹法 o x y 1、如何获得小球做平抛运动的轨迹？ v0 方案三 ： 用频闪照相机得到物体运动的轨迹 照相法 二、平抛运动的理论分析 1.分解原则： 将平抛运动沿竖直方向和水平方向分解 2.竖直方向特点： 初速度为零且只受重力作用 牛顿运动定律 自由落体运动 3.水平方向特点： 具有初速度而且不受力 牛顿运动定律 匀速直线运动 实验器材 电磁铁 电磁铁 吸球开关 磁片 光电门 小球做平抛运动的实验装置 （1）先研究竖直方向，如何证明竖直方向是自由落体运动？ 对比分析法 （2）再研究水平方向，如何证明水平方向是匀速直线运动？ 我们结合牛顿运动定律和平抛运动的特点分析加上实验现象可知 平抛运动按理论可分解为竖直方向的自由落体运动和水平方向的匀速直线运动 【实验原理】 利用公式 求出小球的飞行时间 ， 再利用公式 , 求出小球的水平分速度 ，即为小球做平抛运动的初速度。 令小球做平抛运动，利用描迹法描出小球的运动轨迹，即小球做平抛运动的曲线，建立坐标系，测出曲线上的某一点的坐标x和y，根据重力加速度g的数值， 【实验原理】 实验器材： 斜槽 钢球 铁架台 竖直面板 白纸 水平槽口 铅笔、重垂线、刻度尺、有孔的纸片 实验 研究平抛运动的规律 1、安装调整斜槽：用图钉把白纸钉在竖直板上，在木板的左上角固定斜槽，并使其末端的切线保持水平. 实验步骤: 2、调整木板：用悬挂在槽口的重锤线把木板调整到竖直方向、并使木板平面与小球下落的竖直面平行且靠近,固定好木板. 3、确定坐标原点O：把小球放在槽口处，用铅笔记下球在槽口时球心在白纸上的水平投影点O，O即为坐标原点. 4．描绘运动轨迹：在木板的平面上用手按住卡片，使卡片上有孔的一面保持水平，调整卡片的位置，使从槽上滚下的小球正好穿过卡片的孔，而不擦碰孔的边缘. 用铅笔在卡片缺口处的白纸上点个黑点，这就在白纸上记下了小球穿过孔时球心所对应的位置. 保证小球每次从斜槽上的同一位置由静止开始滑下，用同样的方法，可找出小球平抛轨迹上的一系列位置. 实验 研究平抛运动的规律 x y 5、计算初速度：取下白纸，以O点为原点画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴，用平滑的曲线把这些位置连接起来即得小球做平抛运动的轨迹. 用公式x＝v0t和y＝gt2/2计算出小球的初速度v0，最后计算出v0的平均值. 在曲线上选取A、B、C、D、E、F六个不同的点，用刻度尺和三角板测出它们的坐标x和y. 实验 研究平抛运动的规律 实验注意事项: (1)保证斜槽末端的切线必须水平. (2)木板平面竖直且平行于小球平抛的轨道平面，并使小球的运动靠近木板但不接触. (3)坐标原点不在斜槽口的末端,应在槽口上方小球球心处. O O′ 实验 研究平抛运动的规律 坐标原点（平抛起点） (4)小球应在同一位置无初速自由释放；释放的高度要适当，使小球以合适的水平初速度抛出，其轨迹在坐标纸的左上角到右下角间分布，从而减小测量误差； (5)实验过程中木板不能动 (6)要在平抛轨道上选取距O点远些的点来计算球的初速度，这样可使结果的误差较小。 实验注意事项: 实验 研究平抛运动的规律 实验 研究平抛运动的规律 如何检验斜槽末端部分是否水平 ？ 若将小球放在斜槽末端水平轨道的任何位置，小球都不滚动，则可以认为斜槽末端水平 问题探究1 实验 研究平抛运动的规律 问题探究2 调节木板，使重锤的吊线与平板的边线平行、与平板面平行；使小球平抛的轨道平面与板面平行且不发生碰撞 怎么判断木板面是否竖直? 实验 研究平抛运动的规律 问题探究3 怎么确定坐标原点O，建立直角坐标系? 把小球放在槽口末端处，用铅笔记下这时球的球心在坐标纸板上的水平投影点O，即为坐标原点(不是槽口端点)；再利用重锤线确定y轴方向和与之垂直的x轴方向. O y x A4 A3 A2 A1 M4 M3 M2 M1 y3 1、如何判断平抛运动的轨迹是不是抛物线？ 假设轨迹是一条抛物线，则轨迹上各点应满足y=ax2 。测出轨迹上某点的坐标(x、y)，带入y=ax2中求出a，就可知道代表这个轨迹的可能关系式；再测几个点的坐标代入验证. 研究平抛运动的规律 2、怎样计算平抛物体的初速度？ 测出轨迹上某一点的坐标(x、y)代入可求出v0 O y x v0 P（x，y） 研究平抛运动的规律 如图所示，在“研究平抛物体运动”实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长为L=1.25cm。若小球在平抛运动途中的几个位置如图中的a、b、c、d所示，则小球平抛运动的初速度的计算式为v0= （用L、g表示），其值是________（取g=10m/s2），小球在b点的速率是_________。 反馈训练1 0.70m/s 0.875m/s 反馈训练2 　　一个同学做“平抛物体运动”的实验，只在纸上记下重锤y方向，忘记在纸上记下斜槽末端位置，并在坐标纸上描下如图所示曲线．现在我们在曲线上取Ａ、Ｂ两点，用刻度尺分别量出它们到y轴的距离AC＝a,BD=b,AB的竖直距离h,则依据这些数据可求出小球的初速度为多少？ 如图所示，在“研究平抛物体运动”实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长为L=1.25cm。若小球在平抛运动途中的几个位置如图中的a、b、c、d所示，则小球平抛运动的初速度的计算式为v0= （用L、g表示），其值是________（取g=10m/s2），小球在b点的速率是_________。 反馈训练1 0.70m/s 0.875m/s 反馈训练2 　　一个同学做“平抛物体运动”的实验，只在纸上记下重锤y方向，忘记在纸上记下斜槽末端位置，并在坐标纸上描下如图所示曲线．现在我们在曲线上取Ａ、Ｂ两点，用刻度尺分别量出它们到y轴的距离AC＝a,BD=b,AB的竖直距离h,则依据这些数据可求出小球的初速度为多少？ O x y h 4h 9h h 3h 5h x x x (1)在如图所示的轨迹上选取A、B、C三点，OA、AB、BC的水平距离相等，则说 明从O到A、A到B、B到C的时间相等，过A、B、C三点作水平线和y轴相交，得 出A、B、C三点的纵坐标值yA、yB、yc。 (2)如果yA∶yB∶yC＝1∶4∶9，则说明O点为抛出点，若不满足上述比例关系，则说 明O点不是抛出点。 3、判定O点是不是抛出点 研究平抛运动的规律 注意事项 1．斜槽安装 实验中必须调整斜槽末端切线水平，将小球放在斜槽末端水平部分，若能使 小球在平直轨道上的任意位置静止，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，而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较远的一些点来计算初速度。 例1．在做“研究平抛运动”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外，下列器材中还需要的是（ ）． A．游标卡尺　　 B．秒表 C．坐标纸 D．天平 E．弹簧秤 F．重垂线 例1.在“研究平抛物体的运动”的实验中： (1)为使小球水平抛出，必须调整斜槽，使其末端的切线成水平 方向，检查方法是 。 (2)小球抛出点的位置必须及时记录在白纸上，然后从这一点画 水平线和竖直线作为x轴和y轴，竖直线是用 来确定的。 (3)某同学建立的直角坐标系如图所示，设他在安装实验装置和 其他操作时准确无误，只有一处失误，即是 (4)该同学在轨迹上任取一点M，测得坐标为(x，y)，则初速度的测量值为 ， 测量值比真实值要 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。 例2.图甲是“研究平抛运动”的实验装置图。 (1)实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末端切线 。每次让小球从同一 位置由静止释放，是为了每次平抛 。 (2)图乙是正确实验取得的数据，其中O为抛出点，则此小球做平抛运动的初速度 为 m/s。 (3)在另一次实验中将白纸换成方格纸，每小格的边长L＝5 cm，通过实验，记录 了小球在运动途中的三个位置，如图丙所示，则该小球做平抛运动的初速度为 m/s；B点的竖直分速度为 m/s。 (1)水平　初速度相同　(2)1.6　(3)1.5　2 1．(多选)在探究平抛运动的规律时，可以选用下列各种装置图，以下操作合理的是(　　) A．选用装置1研究平抛物体竖直分运动，应该用眼睛看A、B两球是否同时落地 B．选用装置2要获得稳定的细水柱所显示的平抛轨迹，竖直管上端A一定要低于水面 C．选用装置3要获得钢球的平抛轨迹，每次不一定要从斜槽上同一位置由静止释放 D．除上述装置外，也能用数码照相机拍摄钢球做平抛运动时每秒15帧的录像获得平抛轨迹 BD 如图所示，在“研究平抛物体运动”实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长为L=1.25cm。若小球在平抛运动途中的几个位置如图中的a、b、c、d所示，则小球平抛运动的初速度的计算式为v0= （用L、g表示），其值是________（取g=10m/s2），小球在b点的速率是_________。 反馈训练1 0.70m/s 0.875m/s 反馈训练2 　　一个同学做“平抛物体运动”的实验，只在纸上记下重锤y方向，忘记在纸上记下斜槽末端位置，并在坐标纸上描下如图所示曲线．现在我们在曲线上取Ａ、Ｂ两点，用刻度尺分别量出它们到y轴的距离AC＝a,BD=b,AB的竖直距离h,则依据这些数据可求出小球的初速度为多少？ 2．如图所示，用底部带孔的玻璃试管和弹簧可以组装一个简易“多功能实验器”，利用该实验器，一方面能测弹簧的劲度系数，另一方面可测量小球做平抛运动的初速度。 (1)用该装置测量弹簧劲度系数k时需要读出几次操作时的 和 ，然后由公式 求出k的平均值。 (2)使用该装置测量小球的初速度时，需要多次将弹簧的右端压到 (填“同一”或“不同”)位置。然后分别测出小球几次飞出后的 和 ，再由公式 求出初速度的平均值。 返回 AB 0.70 0.88 返回 4 2.5 0.1125 返回 等于 10 2.5 下课！！！！ 完整实验过程 Lavf56.15.102 $$