第5章 3 实验_探究平抛运动的特点(课件)-【学而思·PPT课件分层练习】2024-2025学年高一物理必修第二册（人教版2019）

3　实验:探究平抛运动的特点 必备知识 清单破 知识点 1 知识点 1 抛体运动 1.抛体运动: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。 2.平抛运动: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。 (1)条件:①初速度沿水平方向;②只受重力作用。 (2)性质:平抛运动是曲线运动,所受合力(重力)恒定,故平抛运动是加速度为g的匀变速曲线运 动。 第1讲　描述运动的基本概念 1.实验思路 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,分别研究这两个方向的分运 动特点,就能清楚平抛运动的规律。 2.实验方案 方案一:频闪照相的方法 (1)通过频闪照相或录制视频获得小球做平抛运动时不同时刻的位置,以抛出点为原点,建立 直角坐标系; 知识点 1 知识点 2 探究平抛运动的特点 第1讲　描述运动的基本概念   (2)以小球做平抛运动的频闪照片为例,测量出每个(或每隔2个小球取1个)小球的球心对应的 x坐标和y坐标,并记录; (3)分析数据得出结论 ①水平分运动:在误差允许的范围内,由于x1=x2-x1=x3-x2,即在连续相等时间内通过的水平位移 相等,可判断平抛运动在水平方向的分运动为匀速直线运动。 ②竖直分运动:在误差允许的范围内,由于Δy=(y2-y1)-y1=(y3-y2)-(y2-y1)=恒量,即在连续相等时间 第1讲　描述运动的基本概念 内竖直位移之差是恒量,可判断平抛运动在竖直方向的分运动为自由落体运动。 方案二:分步研究水平和竖直两个方向的运动规律 步骤1:探究平抛运动竖直分运动的特点 (1)实验操作:用小锤击打弹性金属片后,A球做平抛运动;同时B球被释放,做自由落体运动。 观察两球的运动,比较它们落地时间的先后。改变小球距地面的高度和小锤击打的力度,重 复实验。 第1讲　描述运动的基本概念 (2)实验现象:两个小球落地时只听到一个声音,表明两球同时落地。 (3)实验结论:平抛运动在竖直方向的分运动为自由落体运动。 步骤2:探究平抛运动水平分运动的特点 (1)实验器材:斜槽(带小球)、方木板及竖直固定支架、白纸、复写纸、图钉、重垂线、三角 板、铅笔、刻度尺。 (2)实验操作 ①安装装置:使斜槽末端水平,使固定的背板竖直,并将一张白纸(也可用坐标纸)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。 第1讲　描述运动的基本概念   ②记录位置:让小球从斜槽上某一高度滚下,从末端飞出后落到倾斜的挡板N上,挤压复写纸 在白纸上留下印迹;上下调节挡板N,每次使小球从斜槽上同一位置由静止滚下,在白纸上记 录小球所经过的多个位置。 ③描绘轨迹:以斜槽水平末端端口处小球球心在木板上的投影位置为坐标原点O,过O点画出 竖直的y轴和水平的x轴,用平滑的曲线把这些印迹连接起来得到小球做平抛运动的轨迹。 第1讲　描述运动的基本概念 (3)数据处理 根据小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,即相 邻两点之间的时间间隔相等,测量相邻两点之间的水平位移,确定水平方向分运动的特点。 (4)实验结论 实验表明,平抛运动在相等的时间内水平方向位移相等,平抛运动水平方向为匀速直线运 动。 第1讲　描述运动的基本概念 知识辨析 1.做实验时,斜槽轨道的粗糙程度对实验有没有影响? 2.为什么坐标系的原点不选在斜槽末端? 3.记录小球的位置时,挡板每次必须严格地等间距下降吗? 第1讲　描述运动的基本概念 一语破的 1.没有影响。每次实验小球从同一位置由静止滚下,所受摩擦力相同,到达槽口时的速度相 同。 2.由于小球有一定的体积,若忽略小球的半径,会带来较大的误差,所以不能选斜槽末端作为 坐标原点,只能以斜槽水平末端处小球球心在背板上的投影位置为坐标原点。 3.没必要,记录小球运动的位置相对均匀即可。 第1讲　描述运动的基本概念 1.“对比实验法”的应用 (1)将同时发生的自由落体运动和平抛运动的竖直方向的分运动进行对比; (2)将与平抛运动的初速度相同的水平匀速直线运动和平抛运动的水平分运动进行对比。 2.操作要点 (1)确保斜槽轨道末端水平的调整方法:将小球放在斜槽末端,若小球静止,则斜槽末端水平。 (2)必须将背板调整到竖直位置,以确保小球运动中与背板不接触。固定坐标纸时,要用重垂 线检查坐标纸竖线是否竖直。 (3)把小球放在斜槽轨道末端,记下小球球心在背板上的投影点O,O点即坐标原点。坐标原点 不是斜槽末端。 关键能力 定点破 定点1 “探究平抛运动的特点”实验要点 第1讲　描述运动的基本概念 (4)小球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放。 (5)要用平滑的曲线连接尽可能多的印迹,舍弃个别偏差较大的印迹。 第1讲　描述运动的基本概念   1.公式法判断平抛运动的轨迹是否是抛物线 (1)建立直角坐标系:在已经得到的平抛运动的轨迹曲线上,以抛出点为坐标原点建立直角坐 标系,如图所示。   (2)水平等距取点:在x轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3、…,把线段OA1的长记为l,那么OA 2=2l、OA3=3l、…,由A1、A2、A3、…向下作x轴的垂线,垂线与轨迹曲线的交点记为M1、M2、 定点2 实验数据处理的方法 第1讲　描述运动的基本概念 M3、… (3)判断依据及结论:如果轨迹曲线是一条抛物线,那么M1、M2、M3、…各点的y坐标与x坐标 之间的关系应该具有y=ax2的形式(a是一个待定的常量)。 用刻度尺分别测量各点的坐标值,分别代入y=ax2中求出常量a,看计算得到的a值在误差允许 的范围内是否是一个常量,即可确定这个轨迹是否是抛物线。 2.根据平抛运动轨迹求初速度 (1)在轨迹上任取一点,测出该点相对于原点的水平位移x及竖直位移y,就可求出初速度v0。因 x=v0t,y= gt2,故v0=x 。 (2)在轨迹上任取A、B、C三点,使A、B间与B、C间的水平距离相等,由平抛运动的规律可知 物体在A、B间与B、C间运动所用时间相等,设为Δt,Δh=hBC-hAB=g(Δt)2,所以Δt= ,所 第1讲　描述运动的基本概念 以初速度v0= =x 。   第1讲　描述运动的基本概念 典例    (1)平抛运动的特点可以概括为两点:①水平方向做匀速直线运动;②竖直方向做自由 落体运动。甲同学探究平抛运动的特点的实验装置如图甲所示。使电磁铁C和D分别相对 各自轨道出口水平线有相同的高度差【1】,轨道B的末端与光滑的水平板相切。把两个小铁球 分别吸在电磁铁C、D上,切断电源,使两个小铁球同时水平射出,两个小铁球总是同时到达同 一位置【2】。这个实验　　　    。   第1讲　描述运动的基本概念 A.只能说明上述规律中的第①条 B.只能说明上述规律中的第②条 C.不能说明上述规律中的任何一条 D.能同时说明上述两条规律 (2)乙同学在实验中建立的直角坐标系如图乙所示【3】,他在安装实验装置和其余操作时准确 无误,只有一处失误,即　　　　　　　　　　　　　　　    。该同学在轨迹上任取一点M, 测得坐标为(x,y),已知重力加速度为g,则小铁球做平抛运动的初速度的测量值为v0=　　　     (用题中给出的物理量符号表示),测量值与真实值相比　　　    (选填“偏大”“偏小”或 “不变”)。 第1讲　描述运动的基本概念 (3)丙同学记录了如图丙所示小铁球做平抛运动的部分轨迹【4】,已知小方格的边长为L,当地的重力加速度大小为g,当小铁球运动到c点时,速度方向与竖直方向的夹角的正切值为　    　    。 第1讲　描述运动的基本概念 信息提取 【1】两个小铁球到各自轨道出口处的速度相同。 【2】两个小铁球同时开始运动,相遇时在水平方向的位移相同,所以水平方向上的运动规律 相同。 【3】坐标原点应建立在小铁球在轨道末端时球心在木板上的投影位置,而图中原点建立在 轨道末端,导致小铁球运动到某点时竖直位移的测量值存在误差。 【4】a、b、c、d四点,相邻两点间的水平距离Δx相等,竖直距离分别为L、2L与3L,相邻两点 间的竖直距离差为一定值。 第1讲　描述运动的基本概念 思路点拨 第(3)问,根据平抛运动在竖直方向为自由落体运动,利用位移差公式【5】求得相邻两点的时间 间隔T,结合中间时刻的速度公式【6】计算出在c点的竖直分速度;再利用水平分运动为匀速直 线运动计算出平抛运动的初速度,即为在c点的水平分速度;最后根据数学知识得出速度方向 与竖直方向的夹角的正切值。 第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)轨道A上的小铁球离开轨道后做平抛运动,轨道B上的小铁球到达水平部分后做匀 速直线运动,两个小铁球相遇,则说明平抛运动水平方向是匀速直线运动(由【1】【2】得 出),选项A正确。 (2)描绘小铁球的运动轨迹时应用平滑的曲线连接小铁球球心各时刻在木板上的投影位置, 因此坐标原点应在轨道末端小铁球球心在木板上的投影位置。根据x=v0t,y= gt2,得v0=x  。因为坐标原点偏下,导致小铁球运动到某点时的竖直位移真实值大于y坐标值,即y值 偏小,从而导致v0的测量值偏大。 (3)由图丙可知a、b、c、d四点相邻两点间的水平位移相等,可知相邻两点间的时间间隔相 等,设为T,在竖直方向有ycd-ybc=gT2,解得T= = (由【4】【5】得出);c点的竖直分速 度为vcy= =  (由【6】得出),c点的水平分速度即平抛运动的初速度,大小为v0=  第1讲　描述运动的基本概念 =2 ,如图所示,则在c点速度方向与竖直方向的夹角的正切值为tan φ= =0.8。   答案    (1)A    (2)坐标原点选在了轨道末端    x 　偏大    (3)0.8 第1讲　描述运动的基本概念 $$