2019-2020学年新教材高中物理 第2章 抛体运动 第3节 科学探究 平抛运动的特点课件 鲁科版

第3节科学探究：平抛运动的特点实验目的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物体的初速度。实验原理1．平抛物体的运动可以看作是由两个分运动合成的，这两个运动是水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。2．使小球做平抛运动，利用描迹法描出小球的运动轨迹，建立坐标系，测出轨迹曲线上某一点的坐标x和y，根据公式x＝v0t和y＝12gt2，就可求得v0＝xg2y，v0即为小球做平抛运动的初速度。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。实验步骤1．按图甲所示安装实验装置，使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位置为坐标原点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。数据处理1．在轨迹上任取一点，测出该点离原点的水平位移x及竖直位移y，就可求出初速度v0。因x＝v0t，y＝12gt2，故v0＝xg2y。2．如图所示，在轨迹上任取三点A、B、C，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间所用时间相等，设为t，则Δh＝hBC－hAB＝gt2所以t＝hBC－hABg，所以初速度v0＝xt＝xghBC－hAB。误差分析1．斜槽末端没有水平。2．描点不准确。3．在轨迹上量取某点坐标(x，y)时出现误差。注意事项1．实验中必须调整斜槽末端水平(检验是否水平的方法是：将小球放在斜槽末端水平部分，看小球能否静止，若小球静止，则斜槽末端水平)。2．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滚下。4．坐标原点不是槽口的端点，应是小球在槽口时球心在木板上的投影点。5．小球开始滚下的位置高度要适中，以使小球做平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜。6．在轨迹上选取离坐标原点O点较远的一些点来计算初速度。其他方案1．喷水法如图所示，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，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。2．频闪照相法用数码照相机可记录下平抛运动的轨迹，如图所示。由于相邻两帧照片间的时间间隔是相等的，只要测量相邻两照片上小球的水平位移，就很容易判断平抛运动水平方向上的运动特点。考点一实验原理与操作[典例1]在做“探究平抛运动的特点”的实验时：(1)[多选]除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外，下列器材中还需要的是__________。A．游标卡尺B．秒表C．坐标纸D．天平E．弹簧测力计F．铅垂线(2)[多选]实验中，下列说法正确的是__________。A．应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滚下B．斜槽必须光滑C．斜槽末端可以不水平D．要使描出的轨迹更好地反映真实运动，记录的点应适当多一些E．为了比较准确地描出小球运动的轨迹，应该用一条曲线把所有的点连接起来[解析](1)实验还需要的器材是坐标纸和铅垂线，描出的轨迹在坐标纸上，方便数据处理，铅垂线是用来确定木板是否竖直并确定纵坐标，故选C、F。(2)做探究平抛运动的特点的实验时，斜槽末端必须水平，以保证小球做平抛运动，C错误；使小球每次从斜槽上相同的位置自由滚下，以使小球在斜槽末端速度相同，A正确；在描画小球运动轨迹时，应用平滑的曲线拟合，偏离轨迹较远的点可舍去，E错误；不用保证斜槽光滑，B错误；要使描出的轨迹更好地反映真实运动，记录的点应适当多一些，D正确。[答案](1)CF(2)AD[对点训练]1．[多选]在做“研究平抛运动”的实验中，下列说法中正确的是()A．安装斜槽和木板时，一定要注意木板是否竖直B．安装斜槽和木板时，只要注意小球不和木板发生摩擦即可C．每次实验都要把小球从同一位置由静止释放D．实验的目的是描出小球的运动轨迹，分析平抛运动的规律解析：安装斜槽和木板时，木板要竖直，以保证描点准确，A正确，B错误；为保证小球每次做平抛运动的初速度相同，每次实验都要把小球从同一位置由静止释放，C正确；实验目的就是选项D所述，D正确。答案：ACD考点二实验数据处理[典例2](2019·滁州高一检测)图甲是“探究平抛运动的特点”的实验装置图。(1)实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末端切线________。每次让小球从同一位置由静止释放，是为了每次平抛_______________________。(2)图乙是正确实验取得的数据，其中O为抛出点，则此小球做平抛运动的初速度为________m/s(g＝9.8m/s2)。(3)在另一次实验中将白纸换成方格纸，每个格的边长L＝8mm，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；小球经过B点时的竖直分速度为______m/s(g＝10m/s2)。[解析](1)实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末端切线水平，目的是保证小球平抛的初速度水平，从而做平抛运动，每次让小球从同一位置由静止释放，是为了每次平抛初速度相同，从而保证画出的轨迹为一条抛物线。(2)根据y＝12gt2得，t＝2yg＝2×0.1969.8s＝0.2s，则小球做平抛运动的初速度为：v0＝xt＝0.3200.2m/s＝1.6m/s。(3)在竖直方向上，根据Δy＝2L＝gT2得：T＝2Lg＝2×0.00810s＝0.04s，则小球做平抛运动的初速度为：v0＝3LT＝3×0.0080.04m/s＝0.6m/s，小球经过B点时的竖直分速度为：vyB＝8L2T＝8×0.0082×0.04m/s＝0.8m/s。[答案](1)水平初速度相同(2)1.6(3)0.60.8[关键点拨](1)以抛出点为坐标原点画出的轨迹，计算初速度v0可以用y＝12gt2，v0＝xt求解。(2)以轨迹上水平距离相等的三个点为参考计算初速度v0，用Δy＝gT2，v0＝ΔxT求解。[对点训练]2.(2019·黄山高一检测)某物理兴趣小组在做“探究平抛运动的特点”实验时，将小球水平抛出，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，但照片上有一破损处。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1个点为坐标原点，水平向右和竖直向下分别为x、y轴正方向，则照片上破损处的小球位置坐标为x＝________cm，y＝__________cm。(2)小球做平抛运动的初速度大小为__________m/s。解析：(1)小球在水平方向做匀速运动，相等时间内水平位移相等，故横坐标为x＝6L＝6×9.8cm＝58.8cm；竖直方向做自由落体运动，则由Δy＝gT2可知，破损处的纵坐标为：y＝6L＝6×9.8cm＝58.8cm。(2)时间间隔：T＝Δyg＝9.8×10－29.8s＝0.1s，小球做平抛运动的初速度大小：v0＝2LT＝2×9.8×10－20.1m/s＝1.96m/s。答案：(1)58.858.8(2)1.96考点三创新实验设计[典例3]如图所示，用底部带孔的玻璃试管和弹簧可以组装一个简易“多功能实验器”，利用该实验器，一方面能测弹簧的劲度系数，另一方面可测量小球做平抛运动的初速度。(1)用该装置测量弹簧劲度系数k时需要读出几次操作时的_______________和_______________，然后由公式________求出k的平均值。(2)使用该装置测量小球的初速度时，需要多次将弹簧的右端压到________(选填“同一”或“不同”)位置。然后分别测出小球几次飞出后的________和________，再由公式________求出初速度的平均值。[解析](1)根据胡克定律F＝kΔx，可得k＝FΔx。弹簧的劲度系数可由弹簧的伸长量(或压缩量)和弹力计算。(2)物体做平抛运动时，水平方向上x＝v0t；竖直方向上y＝12gt2。所以v0＝xg2y。[答案](1)弹簧测力计的示数F弹簧的伸长量Δxk＝FΔx(2)同一水平位移x竖直位移yv0＝xg2y[对点训练]3．试根据平抛运动原理设计“测量弹射器弹丸出射初速度”的实验方案，提供的实验器材为弹射器(含弹丸，如图)、铁架台(带有夹具)、米尺。(1)在下面虚线框中画出实验示意图。(2)在安装弹射器时应注意_______________________________________________________________________________。(3)实验中需要测量的量(并在示意图中用字母标出)为________________________________________________________________________。(4)由于弹射器每次射出的初速度不可能完全相等，在实验中应采取的方法是_____________________________________________________________________________________________。解析：(1)实验示意图如图所示。(2)弹射器必须保持水平。(3)弹丸下降高度y和水平射程x。(4)在不改变高度y的条件下进行多次实验，测量水平射程x，得出平均水平射程。答案：见解析