2026届高三物理一轮复习课件：平抛实验 圆周实验

高三第一轮复习课件 平抛实验 圆周实验 实验5 探究平抛运动的特点 一、实验目的 1.学会用实验的方法探究平抛运动的特点。2.掌握描迹法、频闪照相法等探究实验的常用方法。3.能获取信息,通过数据分析描绘平抛运动的轨迹。 二、利用描迹法探究平抛运动的特点 1.实验器材小钢球、斜槽轨道、木板及竖直固定支架、坐标纸、图钉、重锤、铅笔、三角板、刻度尺等。 2.实验步骤 实验装置如图所示。斜槽M末端水平。钢球在斜槽中从 　　　 每次从同一高度由静止释放 某一高度滚下，从末端飞出后做平抛运动。在装置中有一个水平放置的可上下调节的倾斜挡板N，钢球飞出后，落到挡板上。实验前，先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上。钢球落到倾斜的挡板上后，就会挤压复写纸，在白纸上留下印迹。上下调节挡板N，通过多次实验， 保证球抛出时速度方向水平 在白纸上记录钢球所经过的多个位置。最后，用平滑曲线把这些印迹连接起来，就得到钢球做平抛运动的轨迹。　　 非折线连接 考点一 教材原型实验 典例1.用如图甲所示装置研究平抛运动,将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上,钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点水平飞出,落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低,钢球落在挡板上时,钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板,重新释放钢球, 如此重复,白纸上将留下一系列痕迹点。 (1)(多选)下列实验条件必须满足的有　　　。  A.斜槽轨道光滑 B.斜槽轨道末段水平 C.挡板高度等间距变化 D.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球 甲 BD (2)为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。 取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢球的　　　(选填“最上端”“最下端”或“球心”)对应白纸上的位置即为原点。  乙 若遗漏记录平抛轨迹的起始点，如图乙所示,在轨迹上取A、B、C三点，AB和BC的水平间距相等且均为x，测得AB和BC的竖直间距分别是y1和y2，则 球心 > 1．小球平抛运动的起点在斜槽末端小球球心的位置。 2．平抛运动轨迹残缺时，可以用 和 确定小球做平抛运动的初速度。 考点二 实验的改进与创新 典例2.某同学设计了一个探究平抛运动的实验。实验装置示意图如图所示，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板插入后一槽中并同时向内侧平移距离d。实验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点，如图所示。 (1)实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽　　　　　　。每次让小球从同一位置由静止释放，是为了　　 。  (2)每次将B板向内侧平移距离d，是为了 　 。  (3)在图中绘出小球做平抛运动的轨迹。 末端水平 保持小球水平抛出的初速度相同 保持相邻痕迹点的水平距离大小相同 实验6 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 一、实验目的 探究向心力大小与物体的质量、转动的角速度、转动的半径之间的定量关系。 二、实验思路——采用控制变量法探究 (1)使两物体的质量、转动的半径相同，探究向心力的大小跟转动的角速度的定量关系; (2)使两物体的质量、转动的角速度相同，探究向心力的大小跟转动的半径的定量关系; (3)使两物体转动的半径、转动的角速度相同，探究向心力的大小跟物体质量的定量关系。 三、实验器材　　　 向心力演示器，见下图。 当转动手柄1时，变速塔轮2和3就随之转动，放在长槽4和短槽5中的小球A和B都随之做圆周运动。横臂6的挡板推压小球，给小球提供了做圆周运动所需的向心力。球对挡板的反作用力，通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺8。根据标尺8上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两小球所受向心力之比。 可由两塔轮的半径关系得到小球的角速度之比 不需要测量具体的数值大小 四、进行实验 (1)安装并调试向心力演示器:在装置静止时，旋动两测力部分标尺的调零螺母，使两套管的上沿都与标尺顶端对齐。 (2)把两个质量相同的小球放在长槽和短槽上，使它们的转动半径相同，调整塔轮上的皮带，使两个小球转动的角速度之比分别为1∶1、1∶2和1∶3，分别读出两球所受的向心力大小,将结果填入设计的表格。 (3)把两个质量相同的小球放在长槽和短槽上，使半径之比为2∶1；调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度相同，分别读出两球所受的向心力大小，将结果填入设计的表格。 (4)把两个质量不同的小球放在长槽和短槽上，使两球的转动半径相同，调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度相同，分别读出两球所受的向心力大小，将结果填入设计的表格。 分析与论证: (1)分析表格，发现F跟ω的二次方成正比。 (2)分析表格，发现F跟r成正比。 (3)分析表格，发现F跟m成正比。 实验结论: 物体做圆周运动需要的向心力跟物体的质量成正比，跟半径成正比，跟角速度的二次方成正比。 1.用如图所示的向心力演示器探究向心力大小的表达式。匀速转动手柄,可以使变速塔轮以及长槽和短槽随之匀速转动，槽内的小球也随着做匀速圆周运动。使小球做匀速圆周运动的向心力由横臂的挡板对小球的压力提供，球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺。 (1)为了探究向心力大小与物体质量的关系，可以采用　　　　 　(选填“等效替代法”“控制变量法”或“理想模型法”)。  (2)根据标尺上露出的等分标记，可以粗略计算出两个球所受的向心力大小之比；为研究向心力大小跟转速的关系，应比较表中的第1组和第　　 组数据。  组数 小球的质量m/g 转动半径r/cm 转速n/(r·s-1) 1 14.0 15.00 1 2 28.0 15.00 1 3 14.0 15.00 2 4 14.0 30.00 1 (3)本实验中产生误差的原因有  　。(写出一条即可)  控制变量法 3 质量的测量引起的误差;弹簧测力套筒的读数引起的误差。 2.图甲为探究向心力与质量、半径、角速度关系的实验装置。电动机带动转台做圆周运动，可通过改变电动机的电压来控制转台的角速度。数字计时器可以采集转台转动时间的信息。已知金属块被约束在转台的径向凹槽中，只能沿半径方向移动。 (1)某同学保持金属块质量和转动半径不变，仅改变转台的角速度，探究向心力与角速度的关系。不同角速度对应的向心力可由力传感器读出。若数字计时器记录转台每转50周的时间为T，则金属块转动的角速度ω=　　　。 (2)上述实验中，该同学多次改变角速度后，记录了一组角速度ω与对应的向心力F的数据,见下表。请根据表中数据在图乙给出的坐标纸中作出F与ω2的关系图像。由图像可知，当金属块质量和转动半径一定时，F与ω2呈　　　　　(选填“线性”或“非线性”)关系。  次数 1 2 3 4 5 F/N 0.70 1.35 1.90 2.42 3.10 2.3 4.6 6.6 8.3 10.7 (3)为了探究向心力与半径、质量的关系，还需要用到的实验器材有　　　　 ，　 　　　　 。  线性 刻度尺 天平 考向2　探索创新实验 1如图所示是“DIS向心力实验器”，当质量为的砝码随旋转臂一起在水平面内做半径为的圆周运动时，所需的向 心力可通过牵引杆由力传感器测得，旋转臂另一端的挡光杆(挡光杆的挡光宽度为，旋转半径为 每经过光电门 一次，通过力传感器和光电门就同时获得一组向心力大小F和角速度的数据。 (1)某次旋转过程中挡光杆经过光电门时的遮光时间为，则角速度____。 挡光杆通过光电门时的线速度大小为，由，解得 (2)以F为纵坐标，以_______(选填“”“”“”或“”)为横坐标，可在坐标纸中描出数据点作一条直线，该直 线的斜率为__________。(用上述已知量的字母表示) 根据向心力公式有，将代入上式解得可以看出，以F为纵坐标，以为横坐标，可在坐标纸中描出数据点作一条直线，该直线的斜率为。 2.一同学用如图甲所示的装置探究向心力与角速度的关系。将力传感器固定在铁架台上，将细线一端固定在力传感 器上，另一端固定一个直径为的金属小球，该同学测出小球重心到悬点的距离为L，然后拉起小球，使细线伸直 与竖直方向成一角度，静止释放小球，让小球在竖直平面内做圆周运动，当小球摆到最低点时，小球中心恰好经过 光电门，该同学在一次实验中测得小球通过光电门的时间为。 (1)小球通过光电门时的角速度为____。 (2)多次拉起小球，每次拉起小球时细线与竖直方向的夹角不同，每次都记录小球通过光电门的时间，作出细线 拉力F与的关系图像如图乙所示，已知图像的斜率为，截距为，则小球的质量为_____，当地的重力加速度 为______。(用题中给出的字母表示) 小球通过最低点时的线速度，由，可得角速度。 在最低点对小球受力分析可得，把代入，可得·，可得 ，解得，。 1.河北·高考真题)图1为探究平抛运动特点的装置，其斜槽位置固定且末端水平，固定 坐标纸的背板处于竖直面内，钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出，落在倾斜的挡板 上挤压复写纸，在坐标纸上留下印迹.某同学利用此装置通过多次释放钢球，得到了如图2所示 的印迹，坐标纸的轴对应竖直方向，坐标原点对应平抛起点. ①每次由静止释放钢球时，钢球在斜槽上的高度________(填“相同”或“不同”)。 相同 为保证钢球每次平抛运动的初速度相同，必须让钢球在斜槽上同一位置静止释放，故高度相同； 21 ③根据轨迹，求得钢球做平抛运动的初速度大小为________ （当地重力加速度g为,保留2位有效数字）。 0.71 考查平抛运动规律，和实验数据的处理能力。 ②在坐标纸中描绘出钢球做平抛运动的轨迹。 用平滑曲线连接 22 2.北京·高考真题)用频闪照相记录平抛小球在不同时刻的位置，探究平抛运动的特点。 (1)关于实验，下列做法正确的是______(填选项前的字母)。 ABD A.选择体积小、质量大的小球 B.借助重垂线确定竖直方向 C.先抛出小球，再打开频闪仪 D.水平抛出小球 考查实验器材的选择和实验注意事项。 23 (2)图1所示的实验中，A球沿水平方向抛出，同时B球自由落下，借助频闪仪拍摄上述运动过程。图2为某次实验的 频闪照片，在误差允许范围内，根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同，可判断A球竖直方向做______________运 动；根据___________________________，可判断A球水平方向做匀速直线运动。 自由落体运动 A球相邻两位置水平距离相等 根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同，可以判断出A球竖直方向做自由落体运动。 根据A球相邻两位置水平距离相等， 可以判断A球水平方向做匀速直线运动。 24 (3)某同学使小球从高度为 的桌面水平飞出，用频闪照相拍摄小球的平抛运动(每秒频闪25次)，最多可以得到小 球在空中运动的____个位置。 10 根据运动学公式 ， 解得 频闪仪每秒频闪25次，频闪周期 故最多可以得到小球在空中运动个数为 25 (4)某同学实验时忘了标记重垂线 方向，为解决此问题，他在频闪照片中，以某位置为坐标原点，沿任意两个相互垂 直的方向作为轴和轴正方向，建立直角坐标系，并测量出另外两个位置的坐标值 、 ，如图3所示。 根据平抛运动规律，利用运动的合成与分解的方法，可得重垂线方向与轴间夹角的正切值为______________。 沿相互垂直的不同反向分解平抛运动，此问对运动的分解能力要求更大。 26 4.浙江·高考真题)“探究向心力大小的表达式”实验装置如图所示。 ①采用的实验方法是___ A A.控制变量法 B.等效法 C.模拟法 本实验先控制住其它几个因素不变，集中研究其中一个因素变化所产生的影响， 采用的实验方法是控制变量法； ②在小球质量和转动半径相同的情况下，逐渐加速转动手柄到一定速度后保持匀速转动。此时左右标尺露出的红白 相间等分标记的比值等于两小球的____________之比(选填“线速度大小”、“角速度平方”或“周期平方”)；在加速转 动手柄过程中，左右标尺露出红白相间等分标记的比值______(选填“不变”、“变大”或“变小”)。 角速度平方 不变 根据传动关系和向心力表达式求解 27 5.福建·高考真题)某实验小组利用图所示装置验证小球平抛运动的特点。实验时，先将斜槽固定在贴有复 写纸和白纸的木板边缘，调节槽口水平并使木板竖直；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，建立坐标系.然后从斜槽上固定的位置释放小球，小球落到挡板上并在白纸上留下印迹.上下调节 挡板进行多次实验.实验结束后，测量各印迹中心点 的坐标，并填入表格中，计算对应的 值。 2.95 6.52 9.27 13.20 16.61 19.90 _________ 5.95 8.81 10.74 12.49 14.05 15.28 35.4 77.6 115.3 156.0 197.4 233.5 28 (1)根据上表数据，在图给出的坐标纸上补上 数据点，并绘制“ ”图线。 让尽可能多的点落在直线上 或均匀的分布在直线两侧 29 (2)由 图线可知，小球下落的高度，与水平距离的平方成______(填“线性”或“非线性”)关系，由 此判断小球下落的轨迹是抛物线。 线性 (3)由 图线求得斜率，小球平抛运动的初速度表达式为 ______(用斜率和重力加速度表示)。 由数学图像推断函数关系，再进一步判断物理量之间的关系 由数学图像，确定函数关系，再根据斜率的含义求解 (4)该实验得到的 图线常不经过原点，可能的原因是_______________________。 水平射出点未与O点重合 由函数图像出现的情况进行实验误差分析 30 6.海南·高考真题)用如图所示的装置研究平抛物体的运动规律，击打弹片时，A做平抛运 动，B做自由落体。经过多次实验发现两个小球总是同时落地，则得到的结论是：____________ __________________________________。 做平抛运动的物体，在竖直方向上是自由落体运动 相等 物体平抛的初速度是多少_______(用表示) 以A的抛出点做为坐标原点，建立直角坐标系，如图所示，设从 ，从 ，从 的时间分别是 ，则这三个时间是否相等 ______。(选填“相等”或“不相 等”) 根据两次运动时间相同，判断平抛运动竖直方向的特点。 根据平抛运动水平方向的特点求解。 31 7.浙江·高考真题)在“研究平抛运动”实验中，以小钢球离开轨道末端时球心 位置为坐标原点O，建立水平与竖直坐标轴。让小球从斜槽上离水平桌面高为处 静止释放，使其水平抛出，通过多次描点可绘出小球做平抛运动时球心的轨迹，如 图所示。在轨迹上取一点A，读取其坐标。 ①下列说法正确的是___。 A.实验所用斜槽应尽量光滑 B.画轨迹时应把所有描出的点用平滑的曲线连接起来 C.求平抛运动初速度时应读取轨迹上离原点较远的点的数据 实验注意事项和误差分析。 C 32 ②根据题目所给信息，小球做平抛运动的初速度大小___。 D A. B. C. D. ③在本实验中要求小球多次从斜槽上同一位置由静止释放的理由是________________________。 确保多次运动的轨迹相同 根据平抛运动规律求解。 考查实验注意事项。 33 　　　(选填“>”“=”或“<”)。  ω2/ $