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

第五章曲线运动第三节实验：研究平抛运动•素养目标定位※能够利用实验的方法得到平抛运动的轨迹※能够利用平抛运动的轨迹研究平抛运动的规律、计算平抛物体的初速度•素养思维脉络课前预习反馈知识点1描迹法描绘平抛运动的轨迹利用实验室的斜面小球等器材装配下图所示的装置。钢球从斜槽上滚下，通过水平槽飞出后做________运动。每次都使钢球从斜槽上____________由静止释放，钢球每次在空中做平抛运动的________就相同。设法用铅笔描出小球经过的位置。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______________将各点连起来，从而得到钢球做平抛运动的轨迹。平抛同一位置轨迹平滑的曲线•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________，且加上一个很细的喷嘴。•水从喷嘴中射出，在空中形成弯曲的细水柱，它显示了____________的轨迹。将它描在背后的纸上，或用相机拍摄下来进行分析处理。知识点2用细水流显示平抛运动的轨迹水平平抛运动•用数码照相机可记录平抛运动的轨迹，如图所示。由于相邻两帧照片间的时间间隔是________的，只要测量相邻两照片上小球的________位移，就很容易判断平抛运动水平方向上的运动特点。知识点3用频闪照相拍摄平抛运动的轨迹相等水平课内互动探究探究一用描迹法研究平抛运动1．实验目的(1)描出平抛运动的轨迹，并验证轨迹是一条抛物线。(2)根据平抛运动的轨迹求其初速度。2．实验原理(1)用描迹法画出小球平抛运动的轨迹。(2)建立坐标系，测出轨迹上某点的坐标x、y，据x＝v0t，y＝12gt2得初速度v0＝x·g2y3．实验器材斜槽(附金属小球)、木板及竖直固定的支架、白纸、图钉、刻度尺、三角板、重锤、铅笔。4．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。5．数据处理(1)计算初速度①在平抛小球运动轨迹上选取A、B、C、D、E五个点，测出它们的x、y坐标值，记到表格内。②把测到的坐标值依次代入公式y＝12gt2和x＝v0t，求出小球平抛的初速度，并计算其平均值。(2)验证轨迹是抛物线抛物线的数学表达式为y＝ax2，将某点(如B点)的坐标x、y代入上式求出常数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近似都成立，则说明所描绘得出的曲线为抛物线。•6．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。•7．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。•(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。考点一对实验原理及操作过程的考查典例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。考点一对实验原理及操作过程的考查典例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，小球能保持静止重垂线•(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他操作时准确无误，只有一处失误，即是______________________________________________________。•解题指导：本题考查了“研究平抛运动”实验中的实验步骤及每一步骤的要素。理解实验原理及注意事项是解此类题目的关键。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(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”)。xg2y偏大解析：(1)斜槽末端水平时小球处处平衡，放在槽口能静止不动。(2)用重垂线来确定竖直线最准确。(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。(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，从而v0偏大。〔对点训练1〕(多选)如图所示，两个相同的弧形轨道M、N，分别用于发射小铁球P、Q，两轨道上端分别装有电磁铁C、D，电磁铁E装在与轨道M最低点等高处的某一水平位置。调C、D高度，使AC＝BD，将小铁球P、Q、R分别吸在电磁铁C、D、E上，然后同时切断C、D电源，P、Q从弧形轨道滚下，当小球P运动到圆弧末端时由装置切断E电源，小球R开始下落，改变弧形轨道M的高度以及电磁铁E的位置，再进行若干次调整，经过多次实验发现，P、Q、R三球同时在水平面相撞．下列说法和做法正确的是()ABC•A．实验说明小铁球P离开轨道做平抛运动的竖直方向的分运动是自由落体运动•B．实验说明小铁球P离开轨道做平抛运动的水平方向的分运动是匀速直线运动•C．若实验时发现小铁球P、R在空中相撞而不能同时击中水平的小铁球Q，为了三球同时相撞，可以适当将电磁铁E向右移动一些•D．若实验时发现小铁球P、R在空中相撞而不能同时击中水平的小铁球Q，为了三球同时相撞，可以适当将电磁铁E向左移动一些•解析：P和R同时落地说明选项A正确；P和Q同时在水平面相撞说明选项B正确；P和R在空中相撞说明电磁铁E离轨道M近了，应将电磁铁向右移动一些，故选项C正确，D错误。•某同学在做平抛运动实验时得到了如图所示的运动轨迹，a、b、c三点的位置在运动轨迹上已标出。则：•(1)小球平抛的初速度为_____m/s。(g取10m/s2)•(2)小球抛出点位置的坐标为x＝________cm，•y＝___________cm。典例2考点二实验数据处理方法2－10－1.25解题指导：由竖直方向的位移之比可以判断a点不是抛出点，所以在求解时不能直接用x＝v0t和y＝12gt2得出小球做平抛运动的初速度。解析：(1)由平抛运动规律，可得在x轴方向上xab＝v0T，在竖直方向上hbc－hab＝gT2，代入数据解得T＝0.1s，v0＝xabT＝2m/s。(2)小球经过b点时竖直分速度vby＝hac2T＝1.5m/s，小球从开始运动到经过b时运动的时间tb＝vbyg＝0.15s，说明小球经过a点时已经运动了ta＝0.05s，所以小球抛出点的坐标为x＝－v0ta＝－10cm；y＝－12gt2a＝－1.25cm。•〔对点训练2〕(2019·陕西省榆林高一下学期期中)某物理兴趣小组在探究平抛运动的规律实验时，将小球做平抛运动，用频闪照相机对准方格背景照相，拍摄到了如图所示的照片，已知每个小方格边长9.8cm，当地的重力加速度为g＝9.8m/s2。(1)若以拍摄的第一点为坐标原点，水平向右和竖直向下为正方向，则没有被拍摄到的小球位置坐标为__________________________。(2)小球平抛的初速度大小为_______________。(58.8cm,58.8cm)1.96m/s解析：由Δy＝gT2得T＝0.1s∴v0＝ΔxT＝1.96m/s又y4＝y3＋3Δy＝58.8cmx4＝v0·3T＝58.8cm