（天津专用）2020届高考物理一轮复习 实验课5 探究平抛运动的规律课件 新人教版

实验课5探究平抛运动的规律-2-一、实验目的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.会根据平抛运动的轨迹计算平抛运动的初速度。4.掌握描迹法、频闪照相法等探究实验的常用方法。二、实验原理用描迹法(或喷水法或频闪照相法)得到物体平抛运动的轨迹。三、实验器材斜槽、小球、方木板、图钉、刻度尺、重垂线、铅笔、白纸、铁架台。-3-四、实验步骤1.按图甲所示安装实验装置,使斜槽末端水平(小球在斜槽末端点恰好静止)。2.以水平槽末端端口上小球球心在木板上的投影点为坐标原点O,过O点画出竖直的y轴和水平的x轴。3.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.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,如图乙所示。-4-五、数据处理1.判断平抛运动的轨迹是不是抛物线方法一公式法(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,轨迹上各点的坐标应具有y=ax2的关系,而且同一轨迹a是一个特定的值。(2)验证方法用刻度尺测量几个点的x、y两个坐标,分别代入y=ax2中求出常量a,看计算得到的a值在误差允许的范围内是否是一个常数。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的y值和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。-5-2.计算初速度计算平抛运动的初速度可以分为两种情况(1)平抛轨迹完整(即含有抛出点)在轨迹上任取一点,测出该点离坐标原点的水平位移x及竖直位移y,就可求出初速度v0。因x=v0t,y=12gt2,故v0=xg2y。-6-(2)平抛轨迹残缺(即无抛出点)在轨迹上任取三点A、B、C(如图所示),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间的运动时间相等,设为t,则Δh=hBC-hAB=gt2所以t=hBC-hABg所以初速度v0=xt=xghBC-hAB。-7-六、误差分析1.安装斜槽时,其末端切线不水平,导致小球离开斜槽后不做平抛运动产生误差。2.建立坐标系时,坐标原点的位置确定不准确,导致轨迹上各点的坐标不准确产生误差。3.小球每次自由滚下时的起始位置不完全相同,导致轨迹出现误差。4.确定小球运动的位置时,出现误差。5.量取轨迹上各点的坐标时,出现误差。-8-七、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,若能使小球在平直轨道上的任意位置静止,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,固定时要用重垂线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。5.初速度的计算:在轨迹上选取离坐标原点O较远的一些点来计算初速度。-9-考向1考向2考向3实验原理与操作例1(2019·广西南宁三中月考)研究平抛物体的运动的实验装置如图甲所示。钢球从斜槽上滚下,经过水平槽飞出后做平抛运动。每次都使钢球从斜槽上同一位置由静止滚下,在小球运动轨迹的某处用带孔的卡片迎接小球,使球恰好从孔中央通过而不碰到边缘,然后对准孔中央在白纸上记下一点。通过多次实验,在竖直白纸上记录钢球所经过的多个位置,用平滑曲线连起来就得到钢球做平抛运动的轨迹。-10-考向1考向2考向3-11-考向1考向2考向3(1)实验所需的器材有:白纸、图钉、平板、铅笔、弧形斜槽、小球、重垂线、有孔的卡片,除此之外还需要的一项器材是。A.天平B.停表C.刻度尺(2)在此实验中,小球与斜槽间有摩擦(选填“会”或“不会”)使实验的误差增大;如果斜槽末端点到小球落地点的高度相同,小球每次从斜槽滚下的初始位置不同,那么小球每次在空中运动的时间(选填“相同”或“不同”)。(3)图乙是在实验中记录的一段轨迹。已知小球是从原点O水平抛出的,经测量A点的坐标为(40cm,20cm),g取10m/s2,则小球平抛的初速度v0=m/s,若B点的横坐标为xB=60cm,则B点纵坐标为yB=m。-12-考向1考向2考向3(4)一同学在实验中采用了如下方法:如图丙所示,斜槽末端的正下方为O点。用一块平木板附上复写纸和白纸,竖直立于正对槽口前的O1处,使小球从斜槽上某一位置由静止滚下,小球撞在木板上留下痕迹A。将木板向后平移至O2处,再使小球从斜槽上同一位置由静止滚下,小球撞在木板上留下痕迹B。O、O1间的距离为x1,O、O2间的距离为x2,A、B间的高度差为y。则小球抛出时的初速度v0为。A.(x22-x12)g2yB.(x22+x12)g2yC.x1+x22g2yD.x2-x12g2y-13-考向1考向2考向3解析(1)研究平抛运动的规律,还需要刻度尺测量水平位移和竖直位移,故需刻度尺。(2)为了保证小球平抛运动的初速度相等,每次让小球从斜槽的同一位置由静止释放,小球与斜槽间的摩擦不会影响实验。小球每次滚下的初始位置不同,则平抛运动的初速度不同,平抛运动的时间由高度决定,与初速度无关,可知小球每次在空中运动的时间相同。(3)根据y1=12𝑔𝑡12得小球平抛运动的时间为t1=2𝑦1𝑔=2×0.210s=0.2s则小球平抛运动的初速度为v0=𝑥1𝑡=0.40.2m/s=2m/s,小球从抛出点到B点的时间为t2=𝑥𝐵𝑣0=0.62s=0.3s,则B点纵坐标为yB=12gt22=12×10×0.32m=0.45m。-14-考向1考向2考向3(4)根据平抛运动的规律有x1=v0t1,x2=v0t2竖直方向上有y=12𝑔𝑡22−12𝑔𝑡12,联立解得:v0=(𝑥22-𝑥12)𝑔2𝑦,故选A。答案(1)C(2)不会相同(3)20.45(4)A-15-考向1考向2考向3实验数据处理与误差分析例2(2018·四川成都期末)在研究平抛运动的实验中,某同学只记录了小球运动途中的A、B、C三点的位置,取A点为坐标原点,则各点的位置坐标如图所示(g取10m/s2)。(1)为了准确地描绘出平抛运动的轨迹,下列要求合理的是。A.小球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放B.斜槽轨道必须光滑C.斜槽轨道末端必须水平D.本实验必需的器材还有刻度尺和停表(2)小球平抛的初速度为m/s。(3)小球经过B点时的速度为m/s。(4)小球抛出点的位置坐标为(cm,cm)。-16-考向1考向2考向3解析(1)为了保证小球平抛运动的初速度相等,每次让小球从斜槽的同一位置由静止释放,斜槽轨道不一定需要光滑,故A正确,B错误;为了保证小球的初速度水平,斜槽轨道末端必须水平,故C正确;小球平抛运动的时间可以根据竖直位移求出,不需要停表,故D错误。(2)根据Δy=gT2得:T=Δ𝑦𝑔=40-15-1510×10-2s=0.1s则平抛运动的初速度为v0=𝑥𝑇=0.10.1m/s=1m/s。(3)小球运动到B点的时间为t=𝑣𝑦𝑔=210s=0.2sB点竖直方向上的分速度为vy=𝑦𝐴𝐶2𝑇=0.40.2m/s=2m/s则B点的速度为vB=𝑣02+𝑣𝑦2=12+22m/s=5m/s。-17-考向1考向2考向3(4)B点的水平位移为x=v0t=0.2m=20cm,竖直位移为所以小球抛出点的位置横坐标为(10-20)cm=-10cm,纵坐标为(15-20)cm=-5cm。所以小球抛出点的位置坐标为(-10cm,-5cm)。y=12gt2=12×10×0.04m=20cm答案(1)AC(2)1(3)(4)-10-55-18-考向1考向2考向3实验探究拓展例3(2018·广东广元期末)在做研究平抛运动的实验中,为了确定小球在不同时刻通过的位置,实验装置如图甲所示。实验操作的主要步骤如下:-19-考向1考向2考向3①在一块平木板上钉上复写纸和白纸,然后将其竖直立于斜槽轨道末端槽口E前,木板与槽口E之间有一段距离,并保持板面与轨道末端的水平段垂直。②使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下,小球撞到木板在白纸上留下痕迹A。③将木板沿水平方向向右平移一段距离x,再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下,小球撞到木板在白纸上留下痕迹B。④将木板再水平向右平移同样距离x,使小球仍从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下,再在白纸上得到痕迹C。若测得A、B间距离为y1,B、C间距离为y2,已知当地重力加速度为g。-20-考向1考向2考向3(1)关于该实验,下列说法正确的是。A.斜槽轨道必须尽可能光滑B.每次释放小球的位置必须相同C.每次小球均须由静止释放D.小球平抛的初速度可通过测量小球的释放点与抛出点之间的高度差h,之后再由机械能守恒定律求出(2)根据上述直接测量的量(如x、y1、y2等)和已知的物理量可以得到小球平抛时初速度的大小为(用题中所给字母表示)。(3)另外一位同学根据测量出的不同x情况下的y1和y2,令Δy=y2-y1,并描绘出了如图乙所示的Δy-x2图像。若已知图线的斜率为k,则小球平抛的初速度大小v0与k的关系式为(用题中所给字母表示)。-21-考向1考向2考向3(4)若测得x=15.0cm,y1=15.0cm,y2=25.0cm,g取10m/s2,则小球在打点迹B前瞬间速度的大小为m/s;槽口E与点迹A间的高度差为cm。(不考虑小球的大小,结果均保留两位有效数字)-22-考向1考向2考向3解析(1)斜槽轨道是否光滑,不会影响做平抛运动,故A错误;因为要画同一运动的轨迹,所以每次释放小球的位置必须相同,且由静止释放,以保证获得相同的初速度,故B、C正确;假如斜槽是光滑的,则小球的初速度可通过测量小球的释放点与抛出点之间的高度h,之后再由机械能守恒定律求出,故D错误。(2)在竖直方向上:Δy=y2-y1=gt2水平方向上:x=v0t联立方程解得:v0=x𝑔𝑦2-𝑦1。-23-考向1考向2考向3(3)令Δy=y2-y1,根据平抛运动规律,有:Δy=gT2;而T=𝑥𝑣0,解得:Δy=𝑔𝑣02x2,如题图乙所示的Δy-x2图像的斜率为k=𝑔𝑣02,因此小球平抛的初速度大小v0与k的关系式为v0=𝑔𝑘。-24-考向1考向2考向3(4)根据y2-y1=gT2得,T=𝑦2-𝑦1𝑔=0.25-0.1510s=0.1s,根据水平方向做匀速直线运动,那么小球平抛运动的初速度v0=𝑥𝑇=0.150.1m/s=1.5m/s。根据平行四边形定则知,B点的竖直分速度vyB=𝑦1+𝑦22𝑇=0.15+0.252×0.1m/s=2m/s,则B点的速度大小为vB=𝑣02+𝑣𝑦𝐵2=1.52+22m/s=2.5m/s,根据vyB=gt,解得:t=210s=0.2s;由h=12gt2=12×10×0.22m=0.2m=20cm,而y1=15.0cm,因此槽口E与点迹A间的高度差为Δh=(20-15)cm=5.0cm。答案(1)BC(2)x𝑔𝑦2-𝑦1(3)v0=𝑔𝑘(4)2.55.0