高中物理人教版必修2实验：研究平抛运动-课件PPT

第5章第3节实验：研究平抛运动人教版高中物理必修2【实验目的和器材】实验目的1.用实验的方法描出平抛运动的轨迹．2．根据平抛运动的轨迹求其初速度．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.【实验原理】1.描绘轨迹：使小球做平抛运动，利用描迹法描绘出小球的运动轨迹，利用数学方法判断这个轨迹是不是抛物线，即y＝ax2.2．计算初速度v0：建立坐标系，测出轨迹曲线上任一点的坐标x和y，根据公式x＝v0t和y＝12gt2，即可求得初速度v0＝xg2y.【实验步骤】(1)安装调平①将带有斜槽轨道的木板固定在实验桌上，其末端伸出桌面外，轨道末端切线水平。②用图钉将坐标纸固定于竖直木板的左上角，把木板调整到竖直位置，使板面与小球的运动轨迹所在平面平行且靠近。如图所示。(2)建坐标系把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口(轨道末端)时球心所在木板上的投影点O，O点即为坐标原点，用重锤线画出过坐标原点的竖直线作为y轴，画出水平向右的x轴。(3)确定小球位置：①将小球从斜槽上某一位置由静止滑下，小球从轨道末端射出，先用眼睛粗略确定做平抛运动的小球在某一x值处的y值。②让小球由同一位置自由滚下，在粗略确定的位置附近用铅笔较准确地描出小球通过的位置，并在坐标纸上记下该点。③用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置。(4)描点得轨迹取下坐标纸，将坐标纸上记下的一系列点用平滑曲线连起来，即得到小球平抛运动轨迹。【数据处理及分析】一、数据处理1．判断平抛运动的轨迹是否为抛物线在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。2．计算初速度在小球平抛运动轨迹上选取分布均匀的六个点——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－1)v0的平均值3.判定O点是不是抛出点(1)在如图所示的轨迹上选取A、B、C三点，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。(2)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。【误差分析】(1)斜槽末端没有调水平，小球离开斜槽后不做平抛运动。(2)确定小球运动的位置时不准确。(3)量取轨迹上各点坐标时不准确。【注意事项】(1)实验中必须保持斜槽末端水平。(2)要用重锤线检查木板、坐标纸上的竖直线是否竖直。(3)小球必须每次从斜槽上相同的位置自由滚下。(4)实验时，眼睛应平视运动小球，并较准确地确定小球通过的位置。【注意事项】(5)要在斜槽上较大的高度释放小球，使其以较大的水平速度运动，从而减小相对误差。(6)要用平滑的曲线画出轨迹，舍弃个别偏差较大的点。(7)在轨迹上选点时，不要离抛出点过近，并且使所选取的点之间尽量远些。【其它方案设计】方案一：喷水法如图甲所示，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，且水平端加接一根更细的硬管作为喷嘴．水从喷嘴中射出，在空中形成弯曲的细水柱，它显示了平抛运动的轨迹，可在装置一侧竖直放置一玻璃板，将平抛运动的轨迹描在玻璃板上．方案二：频闪照相法现代影像技术的发展为我们研究平抛运动的轨迹提供了方便．若能拍摄到物体做平抛运动的几张照片(如图乙所示)，就能描绘出平抛运动的轨迹．用数码相机的摄像功能或用数码摄像机都能实现，有条件的学校也可用频闪照相的方法来实现．【典型例题】在研究平抛运动的实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长L＝1．25cm，若小球在平抛运动途中的几个位置如图中a、b、c、d所示，则(1)写出小球平抛运动的初速度的计算式(用L、g表示)，其值是多少？(2)a点是平抛小球抛出点的位置吗？如果不是，那么抛出点的位置怎样确定？【解析】(1)平抛运动的竖直分运动是自由落体运动，即初速度为0的匀加速直线运动。水平分运动是匀速直线运动。由水平方向ab＝bc＝cd知，相邻两点间的时间间隔相等，设为T，竖直方向相邻两点间的位移之差相等，Δy＝L。由Δy＝gT2得L＝gT2，时间T内，水平位移为x＝2L，所以v0＝xT＝2LL/g＝2gL，代入数据得v0＝0．7m/s。(2)由于ab、bc、cd间竖直位移之比不满足1∶3∶5的关系，所以a点不是抛出点。设小球运动到b点时竖直方向上的分速度为vyb，则有vyb＝3L2T＝3gL2＝0．525m/s，小球从抛出点运动到b点所用时间为tb＝vybg，则抛出点到b点的水平位移为xb＝v0tb＝v0vybg＝0.7×0.5259.8m＝0．0375m＝3．75cm，抛出点到b点的竖直位移，yb＝v2yb2g＝0.52522×9.8m≈0．0141m＝1．41cm。【答案】(1)v0＝2gL0．7m/s(2)见解析点评：平抛运动初速度的求解方法(1)已知抛出点时初速度的求解常用公式x＝v0t，y＝12gt2，得v0＝xg2y。(2)未知抛出点时初速度的求解常用公式Δy＝gT2和x＝v0T。★谢谢观赏★