鲁科版物理高中必修第二册课件2.3 科学探究平抛运动的特点

第二章第3节 科学探究:平抛运动的特点 内容索引0102基础落实•必备知识全过关重难探究•能力素养全提升03学以致用•随堂检测全达标 学习目标1.知道平抛运动的条件及相应控制方法。(物理观念)2.知道常见的几种获取平抛运动轨迹的方法。(物理观念)3.会根据平抛运动的轨迹求平抛运动的初速度。(科学思维)思维导图 基础落实•必备知识全过关 一、实验目的1.描绘物体做平抛运动的轨迹并分析其特点。2.根据平抛运动的轨迹求平抛运动的初速度。二、实验器材斜槽、小球、木板、铅垂线、坐标纸、图钉、刻度尺、铅笔(或卡孔)等。 三、实验原理与设计将斜槽等器材安装起来,实验装置如图所示。小球从斜槽上滚下,通过水平槽飞出后做平抛运动。使小球每次都从斜槽上同一位置由静止释放,小球在空中做平抛运动的轨迹相同。设法用铅笔描出小球经过的位置。通过多次实验,在坐标纸上记录小球所经过的多个位置,用平滑的曲线将各点连起来,从而得到小球做平抛运动的轨迹。根据平抛运动的公式x=v0t和y=gt2,可求出小球做平抛运动的初速度。 四、实验步骤1.用图钉把坐标纸钉在竖直木板上,在木板的左上角固定斜槽,并使其末端保持水平。2.用悬挂在槽口的铅垂线把木板调整到竖直方向,并使木板平面与小球下落的竖直面平行且靠近,固定好木板。3.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,利用铅垂线在纸上画出通过O点的竖直线。4.将小球从斜槽上合适的位置由静止释放,使小球的运动轨迹大致经过坐标纸的右下角。5.把笔尖放在小球可能经过的位置,如果小球运动中碰到笔尖,用铅笔在坐标纸该位置画上一点。用同样的方法,从同一位置释放小球,在小球运动路线上描下若干点。 合格考试练一练1.在探究平抛运动特点的实验中,为减小空气阻力对小球运动的影响,应采用(A)A.实心小铁球B.空心小铁球C.实心小木球D.以上三种小球都可以解析为减小空气阻力对小球运动的影响,阻力和球的重力的比越小,影响越小,故A选项正确。 2.安装实验装置的过程中,斜槽末端的切线必须是水平的,这样做的目的是(B)A.保证小球飞出时,速度既不太大,也不太小B.保证小球飞出时,初速度方向水平C.保证小球在空中运动的时间每次都相等D.保证小球运动的轨迹是一条抛物线解析平抛运动初速度的大小不是由斜槽末端是否水平决定的,而是由小球释放点到斜槽水平端的竖直高度决定的,故A项不正确;研究平抛物体的运动,旨在弄清物体在水平和竖直两个方向上怎样运动,必须保证小球抛出时速度是水平的,并非要研究小球在空中运动的时间,故B项正确,C项不正确;无论小球飞出的初速度是水平的还是倾斜的,其运动轨迹都是一条抛物线,故D项不正确。 重难探究•能力素养全提升 探究一实验操作及注意事项[情境导引]如图所示为利用斜槽探究平抛运动特点的装置。(1)为保证小球离开斜槽做平抛运动,斜槽末端需水平。怎样判断斜槽末端是否水平?(2)实验中除描点法画轨迹外,你还能想到哪些方法?(3)实验中怎样操作才能保证小球总是通过同一轨迹?要点提示(1)把小球放在斜槽末端,若小球静止,则表明斜槽末端水平。(2)利用频闪照相机照相。(3)小球从斜槽同一高度由静止释放。 [知识归纳]一、利用频闪照相或者录制视频的方法,记录物体做平抛运动轨迹的实验步骤及注意事项实验步骤:1.让小球从水平桌面上飞出,在小球后面放置带方格的黑板作背景。2.用数码相机的摄像功能,拍摄小球从桌面飞出后做平抛运动的几张连续照片。3.利用图片处理软件将多个影像合成为同一幅照片。注意事项:1.保证相机静止不动。2.拍摄时光源用高效节能灯或更大功率的白炽灯。3.背景和小球之间的反差要大。 二、利用斜槽实验时的注意事项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,若小球静止,则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,检查坐标纸竖线是否竖直。3.小球释放:(1)小球每次必须从斜槽上同一位置由静止滚下。(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。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。 [应用体验]典例1如图所示,在探究平抛运动的实验中,可以描绘出小球平抛运动的轨迹,实验简要步骤如下:A.让小球多次从斜槽上释放,在一张印有小方格的纸上记下小球经过的一系列位置,如图中a、b、c、d所示。B.按图安装好器材,注意,记下平抛初位置O点和过O点的水平线与竖直线。C.取下方格纸,以O为原点,以水平线为x轴,竖直线为y轴建立坐标系,用平滑曲线画出小球平抛运动的轨迹。 (1)完成上述步骤,将答案填在横线上。(2)上述实验步骤的合理顺序是。解析该实验需让小球重复同一个平抛运动轨迹多次,才能记录出小球的一系列位置,故必须让小球每次从斜槽上同一位置由静止释放。斜槽末端切线水平,小球才会做平抛运动。答案(1)同一位置由静止斜槽末端切线水平(2)BAC 针对训练1在探究平抛物体的运动的实验中:(1)为使小球水平抛出,必须调整斜槽,使其末端的切线成水平方向,检查方法是。(2)小球的位置必须及时记录在白纸上,然后从这一点画水平线和竖直线作为x轴和y轴。(3)某同学建立的直角坐标系如图所示,设他在安装实验装置和其他操作时准确无误,只有一处失误,即是。 解析(1)斜槽末端水平时小球处处平衡,即小球放在槽口能静止不动。(2)应记录小球抛出点的位置。(3)描绘小球的运动轨迹的起始位置时应描绘球心的位置,因此坐标原点应在平抛起点的球心位置,即坐标原点应该是小球在槽口时球心在白纸上的水平投影点。答案(1)将小球放置在槽口处轨道上,小球能保持静止(2)抛出点(3)坐标原点应该是小球在槽口时球心在白纸上的水平投影点 探究二实验数据处理方法[情境导引]如图所示为利用斜槽实验所描绘的小球平抛运动过程中的三个位置。(1)位置A是小球抛出的起始点吗?怎样判断?(2)如果A点是小球抛出的起始点,如何求抛出的初速度?(3)如果A点不是小球抛出的起始点,如何求抛出的初速度? 要点提示(1)不是。平抛运动的竖直分运动为自由落体运动,从A到B和B到C的运动时间相等,则竖直距离yAB∶yBC=1∶3。 [知识归纳]1.描绘小球做平抛运动的轨迹根据在坐标纸上记录小球的多个位置,用平滑的曲线连接各个位置得到其运动轨迹。 2.求小球平抛的初速度(1)如果O点是小球抛出的起始点,那么测出任意点到O点的水平距离x和竖直距离y,则由x=v0t,。测量3次,取其平均值作为实验结果。(2)如果O点不是小球抛出的起始点,那么在平抛运动轨迹上选取几个水平间距(设为x)相等的测量点,如图中A、B、C点。测出AB间、BC间的竖直距离y1、y2,设AB间、BC间的运动时间为T,由y2-y1=gT2,x=v0T,得 3.判断平抛运动的轨迹是不是抛物线(1)原理:若平抛运动的轨迹是抛物线,则当以抛出点为坐标原点建立直角坐标系后,轨迹上各点的坐标具有y=ax2的关系,且同一轨迹上a是一个特定的值。(2)验证方法方法一:代入法用刻度尺测量几个点对应的x、y,分别代入y=ax2中求出常数a,看计算得到的a值在误差范围内是否为一常数。方法二:图像法建立y-x2坐标系,根据所测量的各个点的x、y坐标值分别计算出对应y值的x2值,在y-x2坐标系中描点,连接各点看是否在一条直线上,并求出该直线的斜率即为a值。 [应用体验]典例2图甲是探究平抛运动特点的实验装置图。(1)图乙是正确实验取得的数据,其中0为抛出点,若已知当地重力加速度为9.8m/s2,则此小球做平抛运动的初速度为m/s。(2)在另一次实验中将白纸换成方格纸,每小格的边长L=5cm,通过实验,记录了小球在运动途中的三个位置,如图丙所示,则该小球做平抛运动的初速度为m/s,B点的竖直分速度为m/s。(g取10m/s2) 答案(1)1.6(2)1.52 针对训练2(2022河南南阳高一月考)在做平抛运动的实验中某同学只记录了物体运动的轨迹上的A、B、C三点并以A点为坐标原点建立了直角坐标系,得到如图所示的图像,试根据图像求出物体做平抛运动的初速度大小为m/s;物体运动到B点时的速度大小为m/s;抛出点的横坐标为cm,纵坐标为cm。(g取10m/s2) 学以致用•随堂检测全达标 1.(多选)某数码相机每秒钟拍摄大约15帧照片,一同学用它拍摄小球从水平面飞出后做平抛运动的几张连续照片,下列处理正确的是(BD)A.只要测出相邻三张照片上小球的距离,就能判断平抛运动的特点B.只要测出相邻三张照片上小球的水平距离,就能判断平抛运动在水平方向上的运动特点C.只要测出相邻三张照片上小球的竖直距离,就能判断平抛运动在水平方向上的运动特点D.只要测出相邻三张照片上小球的竖直距离,就能判断平抛运动在竖直方向上的运动特点解析连续照片之间的时间间隔已知,因此只需测量两个方向上的对应距离,即可研究两个分运动的性质。 2.三个同学根据不同的实验条件,进行了“探究平抛运动规律”的实验。(1)a同学采用如图甲所示的装置。用小锤打击弹性金属片,金属片把A球沿水平方向弹出,同时B球被松开,自由下落,观察到两球同时落地,改变小锤打击的力度,即改变A球被弹出时的速度,两球仍然同时落地,这说明。 (2)b同学采用如图乙所示的装置。两个相同的弧形轨道M、N分别用于发射小铁球P、Q,其中N的末端与光滑的水平板相切,两轨道上端分别装有电磁铁C、D。调节电磁铁C、D的高度,使EC=FD,从而保证小铁球P、Q在轨道出口处的水平初速度v0相等。现将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上,然后切断电源,使两小铁球能以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的下端射出。实验可观察到P、Q两球相碰。仅仅改变弧形轨道M、N的高度,重复上述实验,仍能观察到相同的现象,这说明。 (3)c同学采用频闪照相的方法拍摄到如图丙所示的“小球做平抛运动”的照片。图中每个小方格的边长为10cm,则由图可求得该小球做平抛运动的初速度大小为m/s。(g取10m/s2) 解析(1)在打击金属片时,两小球同时分别做平抛运动与自由落体运动,结果同时落地,则说明平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动。(2)让两小球同时从相同的弧形轨道上的相同高度滚下,从而使两小球同时滚离轨道时具有相同的速度。小球P做平抛运动,小球Q做匀速直线运动,两小球相遇则说明平抛运动在水平方向的分运动是匀速直线运动。(3)平抛运动可看成竖直方向的自由落体运动与水平方向的匀速直线运动的合运动。答案(1)平抛运动的竖直分运动是自由落体运动(2)平抛运动的水平分运动是匀速直线运动(3)2 3.某同学利用图甲所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄,频闪仪每隔0.05s发出一次闪光,某次拍摄后得到的照片如图乙所示(图中未包括小球刚离开轨道的影像)。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板,纸板与小球轨迹所在平面平行,其上每个方格的边长为5cm。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图乙中标出。甲乙 完成下列填空:(结果均保留2位有效数字)(1)小球运动到图乙中位置A时,其速度的水平分量大小为m/s,竖直分量大小为m/s。(2)根据图乙中数据可得,当地重力加速度的大小为m/s2。 答案(1)1.02.0(2)9.7 4.某同学设计了一个探究平抛运动规律的实验,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板插入后一槽中并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,如图乙所示。 (1)实验前应对实验装置反复调节,直到。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。解析平抛运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。实验前应对实验装置反复调节,直到斜槽末端水平、A板水平且其上插槽与斜槽中心轴线垂直、B板竖直;每次让小球从同一位置由静止释放,是为了保持小球每次水平抛出的初速度相同;每次将B板向纸面内侧平移距离d,是为了保持相邻痕迹点的水平距离大小相同。 答案(1)斜槽末端水平、A板水平且其上插槽与斜槽中心轴线垂直、B板竖直保持小球每次平抛时初速度相同(2)保持相邻痕迹点的水平距离大小相同(合理即可)(3)如图所示 本课结束