2020版高中物理 第五章 曲线运动 3 实验：研究平抛运动课件 新人教版必修2

3.实验：研究平抛运动知识导图,核心素养,科学思维：(1)学会用实验的方法描绘平抛运动的轨迹．(2)会判断平抛运动的轨迹是不是抛物线．(3)掌握描迹法、频闪照相法等探究平抛运动的常用方法．科学探究：(1)通过实验，领会平抛运动轨迹的获取过程和方法．(2)会根据平抛运动的轨迹计算平抛运动的初速度．科学态度与责任：体会将复杂运动分解为简单运动的物理思想.一、实验原理1．验证平抛运动的轨迹是不是抛物线(1)用法(或法)得到物体平抛运动的轨迹．(2)建立坐标系，如果轨迹上各点的y坐标与x坐标间的关系具有的形式(a是一个常量)，则轨迹是一条抛物线．描迹频闪照相y＝ax22．计算平抛物体的初速度(1)测出轨迹上某点的坐标x、y.(2)由平抛运动的位移公式x＝v0t和y＝12gt2，可得v0＝.xg2y二、实验方案方案一：钢球描迹法(后面重点用方案一)如图所示，钢球从斜槽上滚下，冲过水平槽飞出后做平抛运动．设法用铅笔描出小球经过的位置．实验器材：斜槽、小球、方木板、铁架台、白纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺．方案二：利用水平喷出的细水柱显示平抛运动的轨迹1．如图所示，倒置的饮料瓶内装着水，瓶塞内插着两根两端开口的细管，其中一根弯成水平，加上一个的喷嘴．[直管的作用是保证A处的压强大气压强，使弯管喷出水的流速(平抛初速度)不受瓶内液面的影响]2．水从喷嘴中喷出，在空中形成弯曲的细水柱，它显示了平抛运动的．将它描在背后的纸上，进行分析处理．很细等于轨迹方案三：用频闪照相法探究平抛运动1．用数码照相机可记录下平抛运动的轨迹，如图所示．2．由于相邻两帧照片间的时间间隔是的，只要测出相邻两照片上小球的位移，就很容易判断出平抛运动水平方向上的分运动的特点．相等水平学习任务一探究过程·获取数据探究点仔细观察下列图片，认真思考：(1)本实验的研究对象是谁？(2)要在白纸上画什么？(3)要研究哪些问题？(4)本实验的实验步骤？提示：(1)小球．(2)描出小球做平抛运动的轨迹，并进行研究．(3)一看小球的轨迹是不是抛物线，二是求出小球平抛运动的初速度．(4)①安装调整：按图所示安装实验装置，使斜槽末端水平(小球在斜槽末端点恰好静止)，白纸用图钉固定在方木板上．②建坐标轴：以水平槽末端端口上小球球心位置为坐标原点O，过O点在白纸上画出竖直的y轴和水平的x轴．③画位置点：使小球从斜槽上同一位置由静止滚下，把笔尖放在小球可能经过的位置上，如果小球运动中碰到笔尖，就用铅笔在该位置画上一点．用同样方法，在小球运动路线上描下若干点．④描轨迹图：将白纸从木板上取下，从O点开始通过画出的若干点描出一条平滑的曲线，如图所示．【例1】在“研究平抛物体的运动”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)小球抛出点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，竖直线是用________来确定的．将小球放置在槽口处轨道上，小球能保持静止铅垂线(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余操作时准确无误，只有一处失误，即是________________．(4)该同学在轨迹上任取一点M，测得坐标为(x，y)，则初速度的测量值为________，测量值比真实值要________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)．(重力加速度为g)坐标原点应该是小球在槽口时球心在白纸上的投影点v0＝xg2y偏大【解析】(1)斜槽末端水平时，小球在槽口处能静止；(2)用铅垂线来确定竖直线最准确；(3)描绘小球的运动轨迹时应是描绘球心的位置，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投影点；(4)根据x＝v0t,y＝12gt2，两式联立得v0＝xg2y.因为坐标原点靠下，造成y值偏小，所以v0偏大．特别提醒实验操作注意的问题(1)实验中必须调整斜槽末端的切线水平；(2)木板固定时，木板必须处于竖直平面内，固定时要用铅垂线检查坐标纸竖线是否竖直；(3)小球每次必须从斜槽上同一位置由静止滚下；(4)坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时球心在木板上的投影点．变式训练1(1)(多选)在“探究平抛运动的运动规律”的实验中，下列说法正确的是()A．必须称出小球的质量B．斜槽轨道必须是光滑的C．斜槽轨道末端的切线必须是水平的D．应该使小球每次从斜槽上相同位置由静止开始滚下CD(2)实验简要步骤如下：①让小球多次从________位置滚下，记下小球碰到铅笔笔尖的一系列位置．②按图安装好器材，注意_________________，记下平抛初位置O点和过O点的竖直线．③取下白纸，以O为原点，以竖直线为y轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛运动物体的轨迹．完成上述步骤，正确的实验顺序是________．同一斜槽末端切线水平②①③解析：本实验与小球的质量无关，该实验要求小球从同一位置静止释放，至于斜槽轨道是否光滑对实验没有影响；实验中要求小球有水平初速度，所以斜槽轨道末端切线必须水平．学习任务二分析数据·得出结论探究点1判断平抛运动的轨迹是否为抛物线的方法有哪几种？提示：如图所示，在x轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3…，向下作垂线，垂线与抛体轨迹的交点记为M1、M2、M3…，用刻度尺测量各点的坐标(x，y)．(1)代数计算法：将某点(如M3点)的坐标(x，y)代入y＝ax2求出常数a，再将其他点的坐标代入此关系式看看等式是否成立，若等式对各点的坐标都近似成立，则说明所描绘得出的曲线为抛物线．(2)图象法：建立y­x2坐标系，根据所测量的各个点的x坐标值计算出对应的x2值，在坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，若大致在一条直线上，则说明平抛运动的轨迹是抛物线．探究点2如何计算平抛运动初速度？提示：在小球平抛运动轨迹上选取分布大致均匀的六个点——A、B、C、D、E、F，用刻度尺、三角板测出它们的坐标(x，y)，并记录在下面的表格中，已知g值，利用公式y＝12gt2和x＝v0t，求出小球做平抛运动的初速度v0，最后算出v0的平均值．ABCDEFx/mmy/mmv0＝xg2y/m·s－1v0的平均值/m·s－1探究点3如何判断O点是否是抛出点？提示：在如图所示的轨迹上选取A、B、C三点，使OA、AB、BC的水平距离相等，则说明从O到A、A到B、B到C的时间相等，过A、B、C三点作水平线和y轴相交，得出A、B、C三点的纵坐标值yA、yB、yC.如果yA：yB：yC＝1：4：9，则说明O点为抛出点，若不满足上述比例关系，则说明O点不是抛出点．【例2】[2019·昆明检测]如图所示，某同学在研究平抛运动的实验中，在小方格纸上画出小球做平抛运动的轨迹以后，又在轨迹上取出a、b、c、d四个点(轨迹已擦去)．已知小方格纸的边长L＝0.9cm，g取10m/s2.请你根据小方格纸上的信息，通过分析计算完成下面几个问题：(1)小球从a～b、b～c、c～d所经历的时间________(选填“相等”或“不相等”)．(2)平抛运动在竖直方向上是自由落体运动，根据小球a～b、b～c、c～d的竖直方向位移差，求出小球从a～b、b～c、c～d所经历的时间为________s.(3)根据水平位移，求出小球做平抛运动时的初速度v0＝________.(4)从抛出点到b点所经历的时间是________．相等0.030.6m/s0.045s【关键点】(1)a点不是抛出点．(2)分运动与合运动具有等时性．(3)水平方向做匀速直线运动，竖直方向做自由落体运动．【解析】(1)小球在水平方向上做匀速直线运动，由小方格纸上的信息可知从a～b、b～c、c～d的横坐标之差相等即位移相等，所以所经历的时间也相等．(2)由Δy＝gT2得，T＝Δyg＝0.03s(3)v0＝xabT＝2LT＝0.6m/s(4)vby＝yac2T＝0.45m/s，t＝vbyg＝0.045s变式训练2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(2)该同学采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＝5cm，A、B、C是摄下的三个小球位置，如果取g＝10m/s2，那么：a．照相机拍摄时每________s曝光一次；b．小球做平抛运动的初速度的大小为________m/s；c．B点的速率为________m/s.0.11.52.5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)a.由Δy＝gT2，Δy＝2L＝0.1m可得T＝0.1s.b．由Δx＝v0T，Δx＝3L＝0.15m可得v0＝1.5m/s.c．由vBy＝8L2T可得vBy＝8×0.052×0.1m/s＝2m/s.故vB＝v20＋v2By＝1.52＋22m/s＝2.5m/s.1.(多选)在探究平抛运动的规律时，可以选用下列各种装置图，以下操作合理的是()A．选用装置1研究平抛物体竖直分运动，应该用眼睛看A、B两球是否同时落地B．选用装置2要获得稳定的细水柱所显示的平抛轨迹，竖直管上端A一定要低于水面C．选用装置3要获得钢球的平抛轨迹，每次不一定要从斜槽上同一位置由静止释放D．除上述装置外，也能用数码照相机拍摄钢球做平抛运动时每秒15帧的录像获得平抛轨迹解析：选用装置1研究平抛物体竖直分运动，由于两个小球不是落在同一点，应该用耳朵听A、B两球是否同时落地，A操作不合理；只有当装置2中竖直管上端A低于水面时才能保证出水口处水压恒定，水流速度恒定，就能获得稳定的细水柱所显示的平抛轨迹，所以B操作合理；选用装置图3要获得钢球的平抛轨迹，每次一定要从斜槽上同一位置由静止释放钢球，才能保证平抛小球的初速度相同，所以C操作不合理．能用数码照相机拍摄钢球做平抛运动时每秒15帧的录像获得平抛轨迹，D操作合理．所以正确选项是B、D.答案：BD2．如图所示，在用斜槽轨道做“研究平抛物体运动”的实验中，(1)斜槽末端的切线必须是水平的，这样做的目的是()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，速度沿水平方向C．保证小球在空中运动的时间每次都相等(2)该实验装置对轨道的要求是()A．必须光滑B．可以粗糙解析：(1)斜槽末端水平，就是保证小球沿水平方向飞出，选项B正确．小球速度大小与释放位置有关，空中运动时间由抛出点的高度决定．(2)实验轨道无须光滑．答案：(1)B(2)B3．在做“研究平抛物体的运动”的实验时，通过描点法画出小球的平抛运动轨迹，并求出平抛运动的初速度．实验装置如图所示．(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：________________________________.将小球放在斜槽的末端任一位置，看小球能否静止(或用水平仪检查木板是否水平)(2)关于这个实验，以下说法正确的是________．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直线是否竖直D．小球的平抛运动要靠近但不接触木板BCD解析：(1)小球放在斜槽的末端任一位置都静止，说明末端切线水平无倾角．(2)下落高度越高，初速度越大，一是位置不好用眼捕捉观察估测，二是坐标纸上描出的轨迹图线太靠近x轴，坐标纸利用不合理，A错误；每次从同一高度释放，保证小球每次具有相同的水平速度，B正确；木板要