4.5实验五：探究平抛运动的特点——2027届高考物理一轮复习课件

该高中物理高考复习课件聚焦“探究平抛运动的特点”实验专题，依据高考评价体系梳理了实验装置调整、数据处理（完整与残缺轨迹）、误差分析等核心考点，明确考装置（器材装配与替代）、读算（速度计算）、变化（实验创新）的高频考查方向，归纳描迹法、频闪照相法等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“原型实验+创新拓展+真题演练”的复习策略，如典例1通过A、B球同时落地验证竖直方向运动特点，培养科学探究与科学思维素养，数据处理中用Δy=gT²求时间的方法突破初速度计算难点，帮助学生掌握实验误差分析技巧，教师可据此系统指导学生提升得分率，助力高考冲刺。

第21课时　实验五:探究平抛运动的特点 1.实验目的 (1)掌握描迹法、频闪照相法等探究实验的常用方法。 (2)能设计不同的实验方案,并对方案进行可行性论证,根据学校现有条件,选择最优方案。 (3)能获取信息,通过数据分析描绘平抛运动的轨迹。 2.实验原理 使小球做平抛运动,利用描点法描绘出小球的运动轨迹,建立坐标系,测出 轨迹曲线上某一点的坐标x和y,由公式:x=v0t和y=gt2,解得v0=　　　　。  甲 乙 3.实验器材 斜槽(带小钢球)、木板及竖直固定支架、坐标纸、复写纸、图钉、铅垂线、三角板、铅笔、刻度尺。 x 4.实验步骤 (1)安装调整斜槽:将斜槽固定在实验桌上,使其　　　　伸出桌面,斜槽末端的　　　　水平,如图所示。  末端 切线 (2)调整木板,确定坐标原点:用图钉将坐标纸固定在木板的左上角,把木板调整到竖直位置,使板面与小钢球运动轨迹所在的平面平行且　　　　。把小钢球放在槽口(斜槽末端)处,用铅笔记下小钢球在槽口时球心在坐标纸上的水平投影点O,O点即坐标原点。利用　　　　画出过坐标原点的竖直线作为y轴,在水平方向建立x轴。  (3)确定球的位置:使小钢球从斜槽上某一位置由　　　　滚下,小钢球从斜槽末端飞出,先用眼睛粗略确定做平抛运动的小钢球在某一x值处的y值,然后让小钢球从斜槽上　　　 　由静止滚下,移动笔尖在坐标纸上的位置,当小球恰好与笔尖正碰时,用铅笔在坐标纸上描出代表小钢球通过位置的点。重复几次实验,在坐标纸上描出一系列代表小钢球通过位置的点。  (4)建坐标系,描绘轨迹:取下坐标纸,将坐标纸上记下的一系列点用平滑曲线连接起来,即可得到小钢球做平抛运动的轨迹。 靠近 铅垂线 静止 同一位置 5.数据处理 (1)平抛运动轨迹完整(即含有抛出点) 在轨迹上任取一点,测出该点离原点的水平位移x及竖直位移y,就可求出初速度v0。因为x=v0t,y=gt2,所以v0=x。 (2)平抛运动轨迹残缺(即无抛出点) 如图所示,在轨迹上取三点A、B、C,使A、B间及B、C间的水平距离相等,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,则Δh=hBC-hAB=gt2,所以t=,初速度v0==x。 命题分析 1.考装置:器材装配以及其他器材替代。 2.考读算:读方格长度、算速度。 3.考变化:实验设计创新、实验器材创新。 操作注意 1.水平:斜槽末端的切线要水平。 2.竖直:木板必须处在竖直平面内。 3.原点:坐标原点为小球在槽口时,球心在木板上的投影点。 4.定高度:要在斜槽上适当高度释放小球,使它以适当的水平初速度抛出,其轨迹由木板左上角到达右下角,这样可以减小测量误差。 5.同一位置:小球每次都从槽中的同一位置由静止释放。 误差分析 (1)斜槽:斜槽末端没有调节成水平状态,导致初速度未沿水平方向。 (2)原点:坐标原点不够精确。 (3)阻力:空气阻力使小球不是真正的平抛。 考点一　教材原型实验 典例1　平抛运动的轨迹是曲线,比直线运动复杂。我们可以按照把复杂的曲线运动分解为两个相对简单的直线运动的思路,分别研究物体在竖直方向和水平方向的运动特点。 (1)如图甲所示,用小锤打击弹性金属片,A球沿水平方向抛出,同时B球由静止自由下落,可观察到两小球同时落地;改变小球距地面的高度和打击的力度,多次实验,都能观察到两小球同时落地。根据实验,　　　　(选填“能”或“不能”)判断出A球在竖直方向做自由落体运动;　　　　(选填“能”或“不能”)判断出A球在水平方向做匀速直线运动。  能 不能 (2)如图乙所示,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PO滑下后从O点飞出,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为了保证钢球从O点飞出做平抛运动的轨迹是一定的,下列实验条件必须满足的是　　　　。  A.斜槽轨道光滑 B.斜槽轨道末段水平 C.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球 BC ②某同学通过实验,得到了钢球做平抛运动的轨迹,如图丙中的曲线OP所示。以O点为坐标原点,水平方向为x轴、竖直方向为y轴建立坐标系。已知小球在y方向的分运动是自由落体运动,他猜想小球在x方向的分运动是匀速直线运动。请你根据图丙,简要说明如何验证该同学的猜想     　。  见解析 ③另一位同学做实验时,忘记了标记平抛运动的抛出点O,只记录了A、B、C三点,于是就取A点为坐标原点,建立了如图丁所示的坐标系。平抛轨迹上的这三点坐标值图中已标出。根据图中数据判断,A点　　　(选填“是”或“不是”)平抛运动的抛出点。小球平抛的初速度为　　　　m/s,小球抛出点的坐标为(　　　　cm,　　　　cm)。(g取10 m/s2,计算结果均保留两位有效数字)  丁 不是 1.5 -30 -20 解析 (1)本实验中A球做平抛运动,B球做自由落体运动,每次实验两球都同时落地,说明A球在竖直方向的分运动是自由落体运动,因此能确定A球在竖直方向做自由落体运动。本实验中,只能确定两球同时落地,即下落时间相同,水平方向的位移情况不清楚,所以不能确定A球在水平方向是匀速直线运动。 (2)①斜槽轨道光滑与粗糙都可以,选项A错误;为了使小球从O点飞出做平抛运动,斜槽轨道末端水平,选项B正确;为使小球从O点飞出时速度不变,需要每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球,选项C正确。 ②如图所示,在曲线OP上取A、B、C、D四个点,这四个点对应的坐标分别(xA,yA)、(xB,yB)、(xC,yC)、(xD,yD),使yA∶yB∶yC∶yD=1∶4∶9∶16,若xA∶xB∶xC∶xD=1∶2∶3∶4,则说明钢球在x方向的分运动为匀速直线运动。 ③由平抛运动的特点可知,竖直方向是自由落体运动,如果A点是抛出点,则在y轴方向的坐标值有y1∶y2=1∶4,由图丁数据可得y1∶y2=3∶8,由此确定A点不是抛出点。由公式Δy=gT2,可得T= s=0.2 s,小球平抛运动的初速度v0= m/s=1.5 m/s,B点的竖直速度vyB= m/s =4 m/s,那么从抛出点到B点所需的时间tB= s=0.4 s=2T。由以上计算可知,抛出点的x轴坐标是-30 cm。竖直方向是自由落体运动,由以上计算可知Δy=0.4 m,因此抛出点在y轴上的坐标是-20 cm。 对点演练1　采用如图甲所示的装置可以研究平抛运动。图乙是确定小球位置的硬纸片的示意图,带有一大一小两个孔,大孔宽度与做平抛的小球的直径d相当,可沿虚线折成图甲中的样式,放在如图甲中的多个合适位置,可用来确定小球经过的运动轨迹。已知重力加速度为g。 甲 乙 (1)已备有器材:有孔的硬纸片、坐标纸、图钉、长方形平木板、铅笔、三角板、刻度尺、弧形斜槽、小球、铁架台(含铁夹),还需要的一种实验器材是　　　　。  A.停表 B.天平 C.铅垂线 D.弹簧测力计 (2)关于本实验的一些说法,正确的是　　　　。  A.斜槽必须是光滑的,且每次释放小球的初位置相同 B.应该将斜槽轨道的末端调成水平 C.以斜槽末端,紧贴着槽口处作为小球做平抛运动的起点和所建坐标的原点O D.为使所描曲线与小球运动轨迹吻合,应将所有通过硬纸片确定的点都用直线依次连接 C B (3)已知理想的平抛运动在水平方向和竖直方向的位移分别为x和y,则其初 速度大小v0=　　　　(用已知量表示)。在实际的平抛运动实验的研究中, 也利用上述关系式计算初速度,那么计算的初速度误差与x、y的大小选取 　　　　(选填“有关”或“无关”)。  x 有关 (4)A同学得到部分运动轨迹如图丙所示。图中水平方向与竖直方向每小格的长度均为l,P1、P2和P3是轨迹图线上的三个点,P1和P2、P2和P3之间的 水平距离相等。那么,小球从P1运动到P2所用的时间为　　　　　　,小球 抛出后的水平速度为　　　　　。  丙 2 3 (5)判断所描绘曲线是否为抛物线是本实验的目的之一,若B同学实验得到的平抛运动的轨迹是图丁所示的曲线,图中的O点是小球做平抛运动的起点。可用刻度尺测量各点的x、y坐标,如P1的坐标(x1,y1)、P2的坐标(x2,y2)、P3的坐标(x3,y3)等。怎样通过这些测量值来判断这条曲线是否是一条抛物线?请简述判断的方法   　。  丁 见解析 解析 (1)除已备有的器材外,实验中还需要的一种实验器材是铅垂线,故选C。 (2)斜槽轨道不一定必须是光滑的,只要小球到达底端时速度相等即可,选项A错误;应该将斜槽轨道的末端调成水平,以保证小球能做平抛运动,选项B正确;以斜槽末端上小球球心的投影点处作为小球做平抛运动的起点和所建坐标的原点O,选项C错误;应将所有通过硬纸片确定的点用平滑曲线连接,而不是用直线连接,选项D错误。 (3)根据y=gt2,得t=,则初速度v0==x,为了减小测量误差,x、y取值应大一些,可知计算初速度的误差与x、y的大小选取是有关的。 (4)在竖直方向上,根据Δy=4l=gT2,得T==2,水平分速度vx==3。 (5)令y=ax2,代入实验所得各点坐标值求出a,看在误差允许的范围内,a是否相等,可判断实验所得的曲线是否为抛物线。 考点二　拓展创新实验 1.高考启示 本实验主要考查实验原理、数据处理、误差分析等。根据实验轨迹进行数据处理往往是分析求解此类问题的关键。 2.情境拓展 (1)实验装置创新 甲 乙 ①如图甲所示,用喷水法、频闪照相法等获取平抛轨迹或处理实验数据。 ②如图乙所示,利用改变相同水平距离控制相同的运动时间,根据找落点确定小球在不同水平位置的竖直位置。 (2)实验目的创新 ①利用平抛运动测重力加速度。 ②测量出水口单位时间内流出的最大水量。 典例2　某学习小组利用手机和刻度尺研究小球做平抛运动的规律。他们用手机拍摄功能记录小球抛出后位置的变化,每隔时间T拍摄一张照片,已知当地重力加速度为g。 Ⅰ.小球在抛出瞬间拍摄一张照片,标记小球位置为A,然后依次每隔1张照片标记一次小球的位置,得到如图所示的B点和C点。 Ⅱ.经测量,AB、BC两线段的长度之比为a∶b。 (1)为了减小空气阻力的影响,小球应选择:　　　　(填选项字母)。  A.实心金属球 B.空心塑料球 C.空心金属球 (2)AB、BC之间的水平距离在理论上应满足xAB　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)xBC。  (3)BC之间实际下落的竖直高度为　　　　(用g、T表示)。  (4)小球抛出时的初速度大小为　　　 　(用g、T、a、b表示)。  A 等于 6gT2 gT 对点演练2　如图甲所示,在农田旁离地一定高度架有一水管,管口水平,小明根据学到的平抛运动知识,只用一把卷尺,测量出水口单位时间内流出的最大水量(假设水从出水口沿水平方向均匀流出,已知重力加速度为g)。步骤如下: (1)如图乙,关闭水阀,用卷尺测量出水龙头的内直径D=　　　　　cm。  (2)测量水管上沿离地高度H,打开水阀门且将其调到出水量最大,记下喷出水最远的落地位置,关上阀门,测量出最远位置到出水口的水平距离L,则水 从管口流出到落地的时间为　　　　　　;水流速度v=　　　　　(用题 中物理量的字母表示)。  (3)请推导单位时间出水量表达式Q=　　 　　　(用题中物理量的字母表示)。  4.50 L πD2L $