第1章 第3节 第1课时 实验：探究平抛运动-【金版教程】2024-2025学年高中物理必修第二册创新导学案课件PPT（粤教版2019）

第一章　抛体运动 第三节　平抛运动 第1课时　实验：探究平抛运动 1．知道什么是平抛运动． 2．能根据运动的合成与分解以及对比法分别探究平抛运动水平方向和竖直方向的分运动特点． 2 目录 1 2 3 课前自主学习 课后课时作业 课堂探究评价 课前自主学习 1．平抛运动 将物体以一定的初速度沿______方向抛出，仅在______作用下物体所做的运动称为平抛运动． 2．实验：探究平抛运动 (1)实验思路 根据运动合成与分解的方法，以及平抛运动的特点，可以将平抛运动分解为_____和水平两个方向的分运动进行研究． 水平 重力 竖直 课前自主学习 5 (2)实验方案 在水平和竖直两个方向中，先研究其中一个方向的运动规律，再设法分析另外一个方向的运动规律． (3)实验器材 弧形轨道、碰撞开关、_________、坐标纸、_____、图钉、铅笔、刻度尺、重垂线． 电磁铁 钢球 课前自主学习 6 课堂探究评价 课堂任务1　探究过程·获取数据 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”． 课堂探究评价 8 平抛运动实验器：在一块竖直放置的平板上固定着两个相同的弧形轨道A和B，用于发射钢球．两弧形轨道出口处水平，其上分别安装了一个电磁铁C和D.在轨道A出口处有一个碰撞开关S，可控制电磁铁E电源的通断． 从轨道A射出的钢球做平抛运动，从轨道B射出的钢球做匀速直线运动，从电磁铁E处释放的钢球做自由落体运动． 课堂探究评价 9 活动1：如图所示，如何研究平抛运动水平方向分运动的特点？ 提示： (1)使电磁铁C和D分别相对各自轨道出口水平线处于相同高度．把两个钢球分别吸在电磁铁C、D上．切断电源，使两个钢球以相同的初速度同时水平射出． (2)改变电磁铁C、D与各自轨道出口水平线的相对高度，并确保高度相等． (3)多次重复以上步骤．观察实验现象，并分析平抛运动水平方向分运动的特点． 课堂探究评价 10 活动2：如图所示，如何研究平抛运动竖直方向分运动的特点？ 提示： (1)把两个钢球分别吸在电磁铁C、E上，并确保 电磁铁E上的钢球与轨道A出口处于同一高度．释放轨道A的 钢球．钢球在水平出口处碰撞开关S，切断电磁铁E的电源， 使钢球从电磁铁E处释放． (2)改变电磁铁E的位置，让其从N向M移动． (3)多次重复以上步骤．观察实验现象，并分析平抛运动竖直方向分运动的特点． 课堂探究评价 11 课堂任务 2 　分析数据·得出结论 活动：根据实验结果，可得出什么结论？ 提示： (1)当电磁铁C、D上的钢球同时释放时，两个钢球分别做平抛运动和匀速直线运动，并最终发生碰撞．这表明做平抛运动的钢球在水平方向上的分运动是匀速直线运动． (2)当同时释放电磁铁C、E上的钢球时，两个钢球分别做平抛运动和自由落体运动，并最终同样发生碰撞．这表明做平抛运动的钢球在竖直方向上的分运动是自由落体运动． 研究表明，平抛运动在水平方向的分运动是匀速直线运动，在竖直方向的分运动是自由落体运动． 课堂探究评价 12 课堂任务3　误差分析·实验创新 1．平板不竖直导致误差． 2．两球由于不完全相同，因而在空中所受阻力不同，产生误差． 3．两弧形轨道出口处不水平导致误差． 4．探究平抛运动竖直方向分运动的特点时，电磁铁E处的钢球不能立即被释放，两球不同时下落，产生误差． 5．电磁铁C、D处的钢球释放的位置距弧形轨道底端的高度不同导致误差；电磁铁C、E处的钢球释放的高度不同导致误差． 课堂探究评价 13 方案一：频闪照相法 1．实验操作：利用频闪照相机得到物体做平抛运动与自由落体运动对比的频闪照片，如图所示． 课堂探究评价 14 2．数据处理 (1)以抛出点为原点，建立直角坐标系； (2)通过频闪照片描出物体经过相等时间间隔所到达的位置； (3)测量出经过T、2T、3T、…时间内小球做平抛运动的水平位移和竖直位移； (4)分析数据得出小球水平分运动和竖直分运动的特点． 课堂探究评价 15 方案二：描绘轨迹法 1．实验操作 (1)把坐标纸和复写纸叠放在一起，压入竖直平板纸夹内，使接球槽上升到合适的高度，使一端有电磁铁的斜槽末端水平． (2)把钢球吸在固定的电磁铁上，断开电源，释放钢球．钢球沿着导轨凹槽滚下并被水平抛出，落在接球槽上，通过复写纸在坐标纸上留下印迹． 课堂探究评价 16 (3)逐次下调接球槽，重复以上操作得到钢球的一系列运动点迹． (4)以斜槽水平末端端口处钢球球心在坐标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． 课堂探究评价 17 课堂探究评价 18 课堂探究评价 19 课堂探究评价 20 课堂任务4　典例探究·提升能力 例　如图所示为喷出细水流的数码相片，照片中刻度尺的最小刻度为毫米，细水流是水平喷出的，试根据该照片研究： (1)已知水流做平抛运动的水平分运动是匀速直线运动，找出研究其竖直分运动的方法，并证明竖直分运动是初速度为0的匀加速直线运动； (2)已知竖直方向分运动的加速度a＝10 m/s2，试求水流喷出的速度． 答案　(1)见规范解答 (2)0.447 m/s 课堂探究评价 21 (1)匀速直线运动的位移与时间有什么关系？ (2)初速度为0的匀加速直线运动的位移与时间有什么关系？ 提示：x＝v0t. 课堂探究评价 22 课堂探究评价 平抛运动是最简单的曲线运动，可分解为两个简单的直线运动：水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动． 课堂探究评价 [变式训练]　在“研究小球做平抛运动”的实验中： (1)某同学先观察了如图甲所示的演示实验，A、B两球同时落地，说明_____________________________________； 该同学设计了如图乙所示的实验：将两个斜滑道固定在同一竖直面内，最下端水平，把两个质量相等的小钢球，从斜面的同一高度由静止同时释放，滑道2与光滑水平板衔接，则他将观察到的现象是_________________________________， 这说明_____________________________________． 平抛运动在竖直方向上是自由落体运动 球1落到光滑水平板上并击中球2 平抛运动在水平方向上是匀速直线运动 课堂探究评价 25 (2)该同学用频闪照相机拍摄到如图丙所示的小球做平抛运动的照片，图中背景方格的边长为L＝5 cm，A、B、C是拍摄的三个小球位置，如果取g＝10 m/s2，那么： ①照相机拍摄时每________ s曝光一次； ②小球做平抛运动的初速度的大小为________ m/s. 0.1 1.5 课堂探究评价 26 解析　(1)题图甲中A、B两球同时落地，说明B球的平抛运动在竖直方向的分运动与A球的运动相同；题图乙中球1与球2恰好在水平板上相碰，说明球1在水平方向的分运动与球2的运动相同． (2)①由Δy＝gT2，Δy＝2L＝0.1 m，可得T＝0.1 s； ②由x＝v0T，x＝3L＝0.15 m，可得v0＝1.5 m/s. 课堂探究评价 27 课后课时作业 1．(多选)为了研究平抛运动的分运动性质，用如图所示 的装置进行实验．小锤击打弹性金属片，A球水平抛出，同时 B球被释放下落．关于该实验，下列说法中正确的是(　　) A．两球的质量必须要相等 B．如果两球同时落地，则可以验证平抛运动的竖直分运动是自由落体运动 C．控制小锤击打力度来改变平抛初速度多次实验，可以验证分运动的独立性 D．该实验也能研究平抛运动的水平分运动性质 1 2 3 4 5 6 7 课后课时作业 解析　平抛运动过程中，在竖直方向上做自由落体运动，运动性质与质量无关，A错误；改变A球速度后仍然会和B球同时落地，证明平抛运动的竖直分运动不受水平分运动的影响，验证了分运动的独立性，B、C正确；本实验只能研究竖直方向上的分运动，D错误． 1 2 3 4 5 6 7 课后课时作业 2．如图，在探究平抛运动的水平分运动的规律的实验中，下列哪些因素对探究规律没有影响(　　) A．弧形轨道末端不水平 B．弧形轨道不光滑 C．实验小球为轻质小球 D．水平轨道不光滑2. 1 2 3 4 5 6 7 课后课时作业 解析　弧形轨道末端不水平，小球抛出后不做平抛运动，对实验有影响，故A错误；只要每次释放小球的位置相同，轨道末端水平，弧形轨道是否光滑对实验没有影响，故B正确；实验小球为轻质小球，空气阻力对小球影响较大，对实验有影响，故C错误；水平轨道不光滑，沿水平轨道运动的小球做减速直线运动，对实验有影响，故D错误． 1 2 3 4 5 6 7 课后课时作业 3．(多选)在探究平抛运动的规律时，可以选用如图所示的各种装置图，则以下操作合理的是(　　) A．选用装置图甲研究平抛物体的竖直分 运动时，应该用眼睛看A、B两球是否同时落地 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．除上述装置外，还可以用数码照相机拍摄钢球做平抛运动时每秒15帧的录像以获得平抛运动的轨迹 1 2 3 4 5 6 7 课后课时作业 解析　小球下落的速度很快，运动时间很短，用眼睛很难准确判断出小球落地的先后顺序，应听声音，A错误；竖直管的上端A应低于水面，这是因为竖直管与空气相通，A处的压强始终等于大气压，不受瓶内水面高低的影响，因此可以得到稳定的细水柱，B正确；只有每次从同一高度释放钢球，钢球做平抛运动的初速度才相同，C错误；获得每秒15帧的录像就等同于做平抛运动实验时描方格图的方法，同样可以探究平抛运动的规律，D正确． 1 2 3 4 5 6 7 课后课时作业 4．如图所示为频闪摄影方法拍摄的研究物体做平抛运动规律的照片，图中A、B、C为三个同时由同一点出发的小球．AA′为A球在光滑水平面上以速度v做匀速直线运动的轨迹；BB′为B球以速度v被水平抛出后的运动轨迹；CC′为C球做自由落体运动的轨迹．通过分析上述三条轨迹可知，平抛运动可分解为水平方向上的________________和竖直方向上的_______________． 匀速直线运动 自由落体运动 1 2 3 4 5 6 7 课后课时作业 解析　由题图知，A球沿水平方向做匀速直线运动，B球做平抛运动，C球做自由落体运动，相同时间内，A、B两球水平位移相等，B、C两球竖直位移相等，所以平抛运动的物体水平方向做匀速直线运动，竖直方向做自由落体运动． 1 2 3 4 5 6 7 课后课时作业 5．在“研究平抛运动”实验中， (1)图1是用横挡条卡住平抛小球，用铅笔标注小球最高点，确定平抛运动轨迹的方法，坐标原点应选小球在斜槽末端点时的________在坐标纸上的投影点． A．球心 B．球的上端 C．球的下端 在此实验中，下列说法正确的是________． A．斜槽轨道必须光滑 B．记录的点应适当多一些 C．用光滑曲线把所有的点连接起来 D．y轴的方向根据重垂线确定 1 2 3 4 5 6 7 课后课时作业 (2)图2是利用图1装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片，由照片可判断实验操作错误的是________． A．释放小球时初速度不为0 B．释放小球的初始位置不同 C．斜槽末端切线不水平 1 2 3 4 5 6 7 课后课时作业 解析　(1)由题干中确定小球平抛运动轨迹的方法及实验原理知，坐标原点应选球在斜槽末端点时小球的上端在坐标纸上的投影点，所以选B. 实验过程中，斜槽轨道不一定光滑，只要能够保证小球从同一位置由静止释放，即使轨道粗糙，离开斜槽末端的速度也是一样的，所以A错误；记录点应适当多一些，能够保证描点所得的轨迹更平滑、准确，B正确；描点时与平滑曲线偏差过大的点需舍去，C错误；y轴必须是竖直方向，即用重垂线确定，D正确． (2)由题图2中小球做斜抛运动，可知斜槽末端切线不水平，C符合题意． 1 2 3 4 5 6 7 课后课时作业 6．在做“研究平抛运动”的实验时，通过描点法画出小球平抛运动的轨迹，并求出平抛运动的初速度，实验装置如图甲所示． (1)实验时将固定有斜槽的木板放在实验桌上，实验前要检查木板是否水平，请简述你的检查方法：_________________________________________________ _______________________________________________. 将小球放在水平木板的任意位置，小球静止不动，则木板水平(或用水平仪检查木板是否水平等) 1 2 3 4 5 6 7 课后课时作业 (2)关于这个实验，下列说法正确的是________． A．小球释放的初始位置越高越好 B．每次小球要从同一高度由静止释放 C．实验前要用重垂线检查坐标纸上的竖线是否竖直 D．小球的平抛运动要靠近木板但不接触 (3)在做“研究平抛运动”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________． BCD C 1 2 3 4 5 6 7 课后课时作业 解析　(1)使小球做平抛运动，关键是使斜槽末端切线水平，判断是否水平可以将小球放在斜槽的末端(或木板上)看小球能否静止，或用水平仪检查木板是否水平等方法． (2)小球释放的初始位置并非越高越好，若是太高，导致水平抛出的速度太大，实验难以操作，故A错误；因为要画同一运动的轨迹，每次释放小球的位置必须相同，且由静止释放，以保证获得相同的初速度，故B正确；小球竖直方向做自由落体运动，水平方向做匀速直线运动，为了正确描绘其轨迹，必须确保坐标纸上的竖线是竖直的，故C正确；实验要求小球滚下时不能碰到竖直木板平面，避免因摩擦而使运动轨迹改变，最后轨迹应连成平滑的曲线，故D正确． 1 2 3 4 5 6 7 课后课时作业 (3)斜槽末端是水平的，小球做平抛运动，要分解为水平和竖直方向的分运动，故方格纸应该水平竖直，坐标原点应该与小球在斜槽末端静止时在竖直木板上的投影重合，故C正确． 1 2 3 4 5 6 7 课后课时作业 7．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是一块平面木板，在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽(图中P0P0′、P1P1′、…)，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板插入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，用平滑曲线连接各痕迹点就可得到平抛运动的轨迹． 1 2 3 4 5 6 7 课后课时作业 (1)实验前应对实验装置反复调节，直到斜轨________、A板________、插槽P0P0′垂直于斜轨并在斜轨末端正下方．每次让小球从同一位置由静止释放，是为了使小球每次做平抛运动的_______________． (2)每次将B板向纸面内侧平移距离d，是为了使记录纸上每两点之间的水平距离等于小球在________________________． (3)如图乙所示，该同学在实验中记录小球做平抛运动的起点位置O，Q1为小球运动一段时间后的位置，根据图中所示平抛运动的部分轨迹，求出小球做平抛运动的初速度为________ m/s. 末端水平 水平 初速度都相同 水平方向实际运动的距离 2.0 1 2 3 4 5 6 7 课后课时作业 1 2 3 4 5 6 7 课后课时作业 1 2 3 4 5 6 7 课后课时作业 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R 2．数据处理 (1)研究平抛运动水平分运动特点 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相等，测量这些点之间的水平位移，若这些水平位移相等，则说明平抛运动水平方向为匀速直线运动；同样的方法，可研究竖直分运动特点． (2)计算平抛物体的初速度 ①平抛轨迹完整(即含有抛出点) 在轨迹上任取一点，测出该点离坐标原点的水平位移x及竖直位移y，就可求出初速度v0. 因x＝v0t，y＝eq \f(1,2)gt2，故v0＝xeq \r(\f(g,2y)). ②平抛轨迹残缺(即无抛出点)在轨迹上任取三点A、B、C(如图所示)，使A、B间及B、C间的水平距离相等，设为x，由平抛运动的规律可知A、B间与B、C间所用时间相等，设为t，重力加速度为g，则 Δh＝hBC－hAB＝gt2 所以t＝eq \r(\f(hBC－hAB,g)) 所以初速度v0＝eq \f(x,t)＝xeq \r(\f(g,hBC－hAB)). 提示：h＝eq \f(1,2)at2. 规范解答　(1)已知水流做平抛运动的水平分运动是匀速直线运动，可以按水平方向的距离都等于2 cm选取几个点，发现这几个点恰好落在坐标纸格线的交点上，如(2，1)、(4，4)、(6，9)…，可见在相等的时间间隔内，竖直方向的位移之比恰好等于1∶3∶5…，证明平抛运动在竖直方向的分运动是初速度为0的匀加速直线运动． (2)观察发现，水流在水平方向的位移是0.04 m时，在竖直方向的位移也是0.04 m，根据h＝eq \f(1,2)at2，得水流喷出的速度v0＝eq \f(x,t)＝xeq \r(\f(a,2h))≈0.447 m/s. 解析　(1)实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末端水平，保证小球抛出时初速度水平，做平抛运动，每次让小球从同一位置由静止释放，是为了保持小球水平抛出的初速度相同． (2)平抛运动在水平方向上的分运动为匀速直线运动，每次将B板向纸面内侧平移距离d，是为了使小球在相邻痕迹点的水平距离等于小球在水平方向实际运动的距离． (3)由Δy＝gT2，解得T＝eq \r(\f(Δy,g))＝eq \r(\f(y2－y1,g))＝eq \r(\f(0.25－0.15,10)) s＝0.1 s，小球做平抛运动的初速度为v0＝eq \f(x,T)＝eq \f(0.2,0.1) m/s＝2.0 m/s. $$