第5章 3.实验探究平抛运动的特点(课件PPT)-【勤径学升】2024-2025学年高中物理必修第二册同步练测（人教版2019）

第五章　 抛体运动 3.实验：探究平抛运动的特点 学习目标 1.知道平抛运动的概念、物体做平抛运动的条件。 2.知道常见的几种获取平抛运动轨迹的办法，会描绘平抛运动的轨迹。 3.知道把运动分解为两个方向的分运动，会设计方案探究两个分运动的特点 3.实验：探究平抛运动的特点 [对应学生用书第10页] 一、知识储备 1.平抛运动 　　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　⁠。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　⁠。 抛体运动 平抛运动 3.实验：探究平抛运动的特点 2.平抛运动的特点 （1）初速度沿 　水平方向　⁠。 （2）只受竖直方向的 　重力　⁠作用。 水平方向 重力 3.实验：探究平抛运动的特点 二、实验思路 1.运动分解 　　平抛运动是曲线运动，速度和位移的方向都在时刻变化。我们可以按照把复杂的曲线运动分解为不同方向上两个相对简单的直线运动的思路，分别研究物体在这两个方向的运动特点。 　　由于物体是沿着水平方向抛出的，在运动过程中只受到竖直向下的重力作用，因此我们可以尝试将平抛运动分解为 　水平方向　⁠的分运动和 　竖直方向　⁠的分运动。 水平方向 竖直方向 3.实验：探究平抛运动的特点 2.探究方向 　　我们需要知道这两个方向的位移或速度随时间变化的信息。位移和速度哪个更方便测量？如何通过实验获得所需信息呢？ 提示　位移更方便测量。 三、实验器材 　　斜槽、坐标纸、图钉、方木板、小球、刻度尺、重锤、细线、三角板、铅笔、铁架台、平抛运动演示仪。 3.实验：探究平抛运动的特点 四、进行实验 步骤1　探究平抛运动竖直分运动的特点 　　在如图所示的实验中，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。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。 3.实验：探究平抛运动的特点 实验记录： 次数 1 2 3 4 5 6 落地声音 实验结论：平抛运动的小球与自由落体的小球 　同时　⁠（选填“同时”或“不同时”）落地，说明平抛运动竖直方向的分运动是 　自由落体运动　⁠。 同时 自由落体运动 3.实验：探究平抛运动的特点 步骤2　探究平抛运动水平分运动的特点 1.安装调整斜槽：将坐标纸用图钉钉在竖直的木板的左上角，如图所示，用平衡法调整斜槽末端水平，直到将小球轻放在斜槽的平直部分的末端，能使小球在平直轨道上的任意位置静止即可。 3.实验：探究平抛运动的特点 2.调整木板，确定坐标原点：用悬挂在槽口的重垂线把木板调整到竖直方向，并使木板平面与小球运动轨迹所在平面平行靠近，把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口时球心在木板上的水平投影点O，用铅笔在纸上把这个点记下来，O点即为坐标原点，再利用重垂线画出通过O点的竖直线。 3.确定球的位置：使小球由斜槽某一位置无初速度滚下，离开水平槽后做平抛运动。先用眼睛粗略确定小球的运动轨迹，然后使小球从同一位置无初速度滚下，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。用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置。 3.实验：探究平抛运动的特点 4.建坐标系，描绘轨迹：取下坐标纸，以过O点的竖直线作为y轴，过O点的水平线作为x轴，最后将纸上记下的一系列点，用平滑曲线连起来，即可得到小球平抛运动的轨迹。 3.实验：探究平抛运动的特点 五、数据分析 1.由步骤1可知平抛运动竖直方向分运动为自由落体运动，则在相等的时间T，2T，3T，…竖直方向的位移之比为1∶4∶9∶…。 2.在y轴上取h，4h，9h，…几个点，过这几个点作水平线，与抛体轨迹的交点记为A，B，C，…。 3.实验：探究平抛运动的特点 4.测Oa，Ob，Oc，…长度，记入表格。 Oa Ob Oc Od … Oa∶Ob∶Oc∶Od∶…＝ 　1∶2∶3∶…　⁠。 实验结论：平抛运动水平方向的分运动为 　匀速直线运动　⁠。 1∶2∶3∶… 匀速直线运动 3.过A，B，C，…作竖直线交x轴上a，b，c，…。 3.实验：探究平抛运动的特点 六、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.实验：探究平抛运动的特点 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。 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。 3.实验：探究平抛运动的特点 七、其他方案 1.喷水法 　　如图所示，倒置的饮料瓶内装着水，瓶塞内插着两根两端开口的细管，其中一根弯成水平，且水平端加接一根更细的硬管作为喷嘴。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，可在装置一侧竖直放置一块玻璃板，将平抛运动的轨迹描在玻璃板上。 3.实验：探究平抛运动的特点 2.频闪照相法 　　用数码照相机可记录下平抛运动的轨迹，如图所示。由于相邻两帧照片间的时间间隔是相等的，只要测量相邻两照片上小球的水平位移，就很容易判断平抛运动水平方向上的运动特点。 3.实验：探究平抛运动的特点 3.实验：探究平抛运动的特点 3.实验：探究平抛运动的特点 3.实验：探究平抛运动的特点 3.实验：探究平抛运动的特点 3.实验：探究平抛运动的特点 二、数据处理与分析 [例2]　图甲是“探究平抛运动的特点”的实验装置图，经过分析得出了做平抛运动的物体在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向做自由落体运动的结论。 3.实验：探究平抛运动的特点 （1）图乙是实验得到的图像，其中O为抛出点，则此小球做平抛运动的初速度为 　　　　　⁠m/s。（g取9.8 m/s2）  3.实验：探究平抛运动的特点 （2）在另一次实验中，将白纸换成方格纸，每个格的边长L＝5 cm，通过实验，记录了小球在运动过程中的三个位置，如图丙所示，则该小球做平抛运动的初速度为 　　　　⁠m/s，在B点的竖直分速度为 　　　　⁠ m/s。（g取10 m/s2）。  3.实验：探究平抛运动的特点 （3）某同学建立的直角坐标系如图丁所示，假设他在安装实验装置和进行其他操作时准确无误，只有一处失误，即 　　　　　　　　　　。该同学在轨迹上任取一点M，测得其坐标为（x，y），则初速度的测量值与真实值相比 　　　　⁠（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。  3.实验：探究平抛运动的特点 [解析]　（1）O为抛出点，水平方向有x＝v0t，竖直方向有y＝gt2，联立得y＝x2，取题图乙中的一组数据：x＝32.0 cm＝0.320 m，y＝19.6 cm＝0.196 m，代入解得v0＝1.6 m/s。 （2）由题图丙知，小球由A→B和由B→C所用时间相等，设为T，两过程的竖直位移之差Δy＝2L＝gT2，得T＝ ＝0.1 s；取A→B过程，在水平方向上，根据x＝3L＝v0T得v0＝1.5 m/s；在B点的竖直分速度vBy＝＝2 m/s。 3.实验：探究平抛运动的特点 （3）描绘小球的运动轨迹时应是描绘球心的位置，因此坐标原点应取小球处于斜槽末端时球心在白纸上的水平投影点。根据x＝v0t、y＝gt2得v0＝x，因为坐标原点偏下，造成y值偏小，则v0偏大。 [答案]　（1）1.6　（2）1.5　2　（3）坐标原点不在小球处于斜槽末端时球心在白纸上的水平投影点　偏大 3.实验：探究平抛运动的特点 3.实验：探究平抛运动的特点 3.实验：探究平抛运动的特点 3.实验：探究平抛运动的特点 3.实验：探究平抛运动的特点 [对应学生用书第13页] 1.（多选）研究平抛运动，下面哪些做法可以减小实验误差 （　　） A.使用密度大、体积小的钢球 B.尽量减小钢球与斜槽间的摩擦 C.实验时，让钢球每次都从同一高度由静止开始滚下 D.使斜槽末端的切线保持水平 3.实验：探究平抛运动的特点 解析　研究平抛运动时，钢球体积越小，所受空气阻力越小，并且记录钢球通过的位置越准确，A正确；钢球每次从斜槽上的同一位置由静止开始滚下，可保证钢球的初速度不变，与钢球和斜槽间的摩擦无关，B错误，C正确；实验时必须使斜槽末端的切线水平，以确保钢球水平飞出做平抛运动，D正确。 答案　ACD 3.实验：探究平抛运动的特点 2.（多选）在做“研究平抛运动特点”的实验时，下列说法正确的是 （　　） A.安装有斜槽的木板时，一定要注意木板是否竖直 B.安装有斜槽的木板时，只需注意小球不和斜槽发生摩擦 C.每次实验都要把小球从同一位置由静止释放 D.实验的目的是描出小球的运动轨迹，分析平抛运动的规律 3.实验：探究平抛运动的特点 解析　安装有斜槽的木板时，必须使斜槽末端切线水平，使木板竖直，以确保小球水平飞出和正确画出小球的运动轨迹，A正确、B错误；小球每次从斜槽上的同一位置由静止开始滚下，可保证小球初速度不变，C正确；由本实验的目的可知，D正确。 答案　ACD 3.实验：探究平抛运动的特点 3.在做“研究平抛运动的特点”的实验时，坐标纸应当固定在竖直的木板上。图中坐标纸的固定情况与斜槽末端的关系正确的是（　　） 3.实验：探究平抛运动的特点 解析　A图中坐标纸偏右，斜槽末端没有在坐标纸内，故A错误；B图中坐标纸放得不竖直，故B错误；C图中坐标纸竖直，斜槽末端又在坐标纸内，故C正确；D图中坐标纸偏下，斜槽末端没有在坐标纸内，故D错误。 答案　C 3.实验：探究平抛运动的特点 4.某学生在做“研究平抛运动特点”的实验中，描出了如图所示的几个实验点，其中偏差较大的实验点B出现的原因可能是（　　） A.小球滚下的高度较其他各次高 B.小球滚下的高度较其他各次低 C.小球滚下时具有一定的初速度 D.以上说法均有可能 解析　小球滚下的高度越低，其做平抛运动的初速度越小，其轨迹线越陡，越靠近y轴，所以可能原因为B。 答案　B 3.实验：探究平抛运动的特点 5.如图所示是“研究平抛物体运动特点”的实验装置，通过描点画出平抛小球的运动轨迹。 3.实验：探究平抛运动的特点 （1）以下是实验过程中的一些做法，其中合理的有 　　　　⁠。  a.安装斜槽轨道，使其末端保持水平 b.每次小球释放的初始位置可以任意选择 c.每次小球应从同一高度由静止释放 d.为描出小球的运动轨迹，描绘的点可以用折线连接 3.实验：探究平抛运动的特点 （2）实验得到平抛小球的运动轨迹，在轨迹上取一些点，以平抛起点O为坐标原点，测量它们的水平坐标x和竖直坐标y，图中y－x2图像能说明平抛小球运动轨迹为抛物线的是 　　　　⁠。  3.实验：探究平抛运动的特点 解析　（1）安装斜槽轨道时，必须使其末端保持水平，保证小球离开轨道后水平飞出。为了描下轨迹上的多个点，实验须重复多次，但每次小球平抛的初速度必须相同，所以每次小球应从同一高度由静止释放。描绘轨迹时，应该用平滑的曲线把描的点连接起来。选项a、c正确。 （2）若轨迹为抛物线，则轨迹方程为y＝kx2，即y与x2成正比。选项c正确。 答案　（1）ac　（2）c 3.实验：探究平抛运动的特点 3.实验：探究平抛运动的特点 3.实验：探究平抛运动的特点 3.实验：探究平抛运动的特点 3.实验：探究平抛运动的特点 3.实验：探究平抛运动的特点 3.实验：探究平抛运动的特点 3.实验：探究平抛运动的特点 [对应学生用书第12页] 一、实验原理与设计 [例1]　描绘平抛运动轨迹可以采取很多种方法。 (1)方法一：利用平抛实验仪研究平抛运动。为定量研究特点，以水平方向为x轴、竖直方向为y轴建立坐标系。取平抛运动的起始点为坐标原点，在确定y轴时需要y轴与重垂线________(选填“平行”或“有一定夹角”)。 (2)方法二：利用超声波传感器可以确定小球的位置，如图甲所示。已知小球以初速度v0运动到A点时速度方向与水平方向的夹角为θ，则小球运动到A点时竖直方向上的分速度为________。 (3)方法三：利用频闪照相。图乙所示为做平抛运动小球的部分频闪照片，a点不是平抛运动的起点，每张照片拍摄间隔时间为T，测得小球运动的位移数据已经标注在图中。已知平抛小球的初速度为v，由频闪照片可知，重力加速度g＝________。 [解析]　(1)由题意可知，y轴正方向竖直向下，取平抛运动的起始点为坐标原点，所以y轴需要与重垂线平行。 (2)画出小球运动到A点的速度矢量，分解为水平分速度和竖直分速度，由tan θ＝ eq \f(v⊥,v0) ，解得v⊥＝v0tan θ。 (3)由题意知题图乙中标记的数据是平抛运动的某一段，不是从初始位置开始的，由运动学公式有x＝vT，y2－y1＝gT2，联立解得g＝ eq \f(（y2－y1）v2,x2) 。 [答案]　(1)平行　(2)v0tan θ　(3) eq \f(（y2－y1）v2,x2) 三、创新型实验 [例3]　下图是实验老师用手机拍摄的自制飞镖水平抛出后的运动合成照片，图中黑色竖条是固定在背景板上的刻度尺。为精确研究此照片，老师又用计算机软件精确绘制了与此照片吻合的曲线。以抛出点为坐标原点O，水平方向为x轴，竖直方向为y轴，建立xOy直角坐标系，以间隔T＝0.04 s选取测量位置，将A、B、C、…、I、J各点对应飞镖位置的坐标值记录在表格中。 位置 O A B C D E x/m 0 0.136 0.264 0.384 0.498 0.605 y/m 0 0.007 69 0.030 1 0.066 5 0.116 0.178 　 位置 F G H I J － x/m 0.705 0.890 0.974 1.050 － y/m 0.251 0.336 0.430 0.535 0.648 － (1)根据数据表中y坐标的系列数据，判断该飞镖在竖直方向上的速度变化情况是________，加速度变化情况是________。 (2)根据数据表中x坐标的系列数据，估测数据表中空白处的坐标值可能是________。 (3)估算飞镖到达E点时的竖直分速度的大小是________。(结果均保留2位有效数字) [解析]　(1)根据表中数据可以看出，相等时间内飞镖沿竖直方向的位移越来越大，可知飞镖在竖直方向上的速度逐渐增大，即做加速运动；根据匀变速直线运动规律Δy＝at2，结合题中数据可以判断，加速度逐渐减小。 (2)根据表中数据可知，相同时间内飞镖的水平分位移减小，说明水平方向有阻力作用，根据Δx＝at2＝定值，计算可知Δx≈－0.007 m，所以xG＝(0.705－0.605－0.007) m＋0.705 m≈0.80 m。 (3)飞镖到达E点时的竖直分速度的大小是vy＝ eq \f(0.251－0.116,2×0.04) m/s≈1.7 m/s。 [答案]　(1)逐渐增大　逐渐减小　(2)0.80　(3)1.7 m/s 6．某物理课外小组的同学利用饮料瓶等生活中常见的材料组装了一个探究平抛运动特点的实验装置，装置如图甲所示。 (1)实验小组的同学进行的操作如下： A．调节喷嘴，使固定在水准仪上的喷嘴处于水平状态； B．打开进气管，让水从喷嘴水平射出，待水流稳定后，用油性笔将水的流动轨迹描绘在白纸上； C．封住进气管，取下白纸，根据水的流动轨迹求出水从喷嘴流出时的初速度； D．利用铁架台将木板固定在竖直方向，将白纸固定在木板上，调整铁架台使木板靠近水准仪，用重垂线在白纸上定出y轴，喷嘴的喷水处在白纸上的投影记为O点，过O点且垂直于y轴的水平线为x轴； E．在饮料瓶内装入红墨水，用橡皮塞塞住，插入进气管，封住进气管，插入出水管按下图所示安装好仪器。 上述步骤的合理顺序是____________。 (2)图乙是物理课外小组的同学根据实验画出的水流运动轨迹，在轨迹上任取三点A、B、C，测得A、B两点竖直坐标y1为5.0 cm、y2为45.0 cm，A、B两点水平间距Δx为40.0 cm，则水流平抛的初速度v0为________m/s；若C点的竖直坐标y3为60.0 cm，则小球在C点的速度vC为________m/s。(结果均保留2位有效数字，g取10 m/s2) (3)为了使水流速度更加稳定，饮料瓶直径应________(选填“较大”或“较小”)。 解析　(1)先安装饮料瓶和水准仪等装置，其次调整并固定木板和白纸，在白纸上建立坐标轴，接下来打开进气管使水从饮料瓶流出，待稳定时描绘出水流轨迹，根据轨迹及测量数据求解水从喷嘴流出时的初速度，故操作步骤为EADBC。 (2)由平抛运动规律可知，竖直方向有y＝ eq \f(1,2)gt2，t＝ eq \r(\f(2y,g))，即运动至A点的时间t1＝ eq \r(\f(2y1,g))＝0.1 s，运动至B点的时间t2＝ eq \r(\f(2y2,g))＝0.3 s；水平方向有x＝v0t，则水平初速度v0＝ eq \f(Δx,t2－t1)＝2.0 m/s；设C点的竖直分速度为vy，由竖直方向做匀加速直线运动有vy2＝2gy3，可得vy＝ eq \r(2gy3)＝2 eq \r(3) m/s，由速度的合成可知小球在C点的速度vC＝ eq \r(v02＋vy2)＝4.0 m/s。 (3)饮料瓶直径大一些的，水从喷嘴喷出后瓶内液体高度下降的速度慢一些，可保证水流出时的速度较长时间保持稳定，故应选直径较大的。 答案　(1)EADBC　(2)2.0　4.0　(3)较大 $$