2020版新教材高中物理第五章抛体运动3实验探究平抛运动的特点课件新人教版必修第二册

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(2)b同学采用如图乙所示的装置。两个相同的弧形轨道M、N分别
用于发射小铁球P、Q,其中N的末端与光滑的水平板相切,两轨道
上端分别装有电磁铁C、D。调节电磁铁C、D的高度,使AC=BD,
从而保证小铁球P、Q在轨道出口处的水平初速度v0相等。现将小 铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上,然后切断电源,使两小铁球能以
探究一
探究二
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实例引导 例2图甲是探究平抛运动特点的实验装置图。
探究一
探究二
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(1)图乙是正确实验取得的数据,其中O为抛出点,若已知当地重力
加速度为9.8 m/s2,则此小球做平抛运动的初速度为
m/s。
(2)在另一次实验中将白纸换成方格纸,每小格的边长L=5 cm,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
3 实验:探究平抛运动的特点
学习目标
1.知道平抛运动的条件及相 应控制方法。 2.知道常见的几种获取平抛 运动轨迹的方法。 3.会根据平抛运动的轨迹探 究物体的速度和位移随时间 的变化关系。
思维导图
必备知识
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一、实验目的 1.平抛运动:以一定的速度将物体抛出,在空气阻力可以忽略的情 况下,物体只受重力的作用,这时的运动叫作抛体运动。如果初速 度是沿水平方向,这样的抛体运动就叫平抛运动。 2.实验目的:探究物体做平抛运动的特点,即物体的速度或位移随 时间的变化关系。 二、实验思路 平抛运动是曲线运动,我们可以尝试将它分解为水平方向的分运 动和竖直方向的分运动。只要知道这两个方向的位移或速度随时 间变化的关系,平抛运动的特点就清楚了。
A.让小球多次由
释放,在一张印有小方
格的纸上记下小球经过的一系列位置,如图中a、b、c、d所示。
B.按图安装好器材,注意
,记下平抛初位
置O点和过O点的水平线与竖直线。
探究一
探究二
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C.取下方格纸,以O为原点,以水平线为x轴,竖直线为y轴建立坐标
系,用平滑曲线画出小球平抛运动的轨迹。
(1)完成上述步骤,将答案填在横线上。
A.实心小铁球 B.空心小铁球 C.实心小木球 D.以上三种小球都可以 解析:为减小空气阻力对小球运动的影响,阻力和球的重力相比 越小,影响越小,故A选项正确。 答案:A
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2.安装实验装置的过程中,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,初速度方向水平 C.保证小球在空中运动的时间每次都相等 D.保证小球运动的轨迹是一条抛物线 解析:平抛运动初速度的大小不是由斜槽末端是否水平决定的, 而是由小球释放点到斜槽水平端的竖直高度决定的,故A项不正确; 研究平抛物体的运动,旨在弄清物体在水平和竖直两个方向上怎样 运动,必须保证小球抛出时速度是水平的,并非要研究小球在空中 运动的时间,故B项正确,C项不正确;无论小球飞出的初速度是水平 还是倾斜的,其运动轨迹都是一条抛物线,故D项不正确。 答案:B
hab=gT2,代入数据解得T=0.1 s,v0=2 m/s。
到经(2过)小b球时经历过时btb点=���时���������������������竖=0直.15分s速,说度明v小by=球ℎ2经������������������=过1.5a
m/s,小球从开始运动 点时已经运动了
ta=0.05 s,所以小球抛出点的坐标为 x=-v0ta=-10 cm;y=-12 ������������������ 2=-1.25
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知识归纳 一、利用频闪照片探究平抛运动的规律 1.判断平抛运动的轨迹是不是抛物线 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,轨迹上各点的坐标具有y=ax2的关系,且同一轨 迹上a是一个特定的值。 ②验证方法 方法一:代入法 用刻度尺测量几个点的x、y坐标,分别代入y=ax2中求出常数a,看 计算得到的a值在误差范围内是否为一常数。 方法二:图象法 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y值的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。
cm。
答案:(1)2 (2)-10 -1.25
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1.(多选)数码相机大多具有摄像功能,每秒钟拍摄大约15帧照片,一 同学用它拍摄小球从水平面飞出后做平抛运动的几张连续照片,下 列处理正确的是( ) A.只要测出相邻三照片上小球的距离,就能判断平抛运动的特点 B.只要测出相邻三照片上小球的水平距离,就能判断平抛运动在水 平方向上的运动特点 C.只要测出相邻三照片上小球的竖直距离,就能判断平抛运动在水 平方向上的运动特点 D.只要测出相邻三照片上小球的竖直距离,就能判断平抛运动在竖 直方向上的运动特点 解析:连续照片之间的时间间隔已知道,因此只需测量两个方向上 的对应距离,即可研究两个分运动的性质。 答案:BD
相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的下端射出。实验可观察到 P、Q两球相碰。仅仅改变弧形轨道M、N的高度,重复上述实验,仍
能观察到相同的现象,这说
明
。
(3)c同学采用频闪照相的方法拍摄到如图丙所示的“小球做平抛运
动”的照片。图中每个小方格的边长为10 cm,则由图可求得该小球
做平抛运动的初速度大小为
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2.三个同学根据不同的实验条件,进行了“探究平抛运动规律”的实
验。
(1)a同学采用如图甲所示的装置。用小锤打击弹性金属片,金属片
把A球沿水平方向弹出,同时B球被松开,自由下落,观察到两球同时
落地,改变小锤打击的力度,即改变A球被弹出时的速度,两球仍然同
时落地,这说明
。
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步骤2.探究平抛运动水平分运动的特点。 1.将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上。 2.按照图示安装实验装置,使斜槽末端水平。 3.把水平槽末端上小球球心位置记录在白纸上。 4.使小球从斜槽上同一位置由静止滚下,上下调节装置中的倾斜 挡板N,使钢球落到上面,钢球挤压复写纸,在白纸上留下印迹。 5.上下调节挡板N,重复步骤4,在白纸上记录钢球所经过的多个位 置。 6.用平滑曲线把这些印迹连接起来,就得到钢球做平抛运动的轨 迹。 7.以O点为坐标原点,水平方向为x轴、竖直方向为y轴建立平面 直角坐标系。
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三、进行实验 方案一、利用频闪照相或者录制视频的方法,记录物体做平抛运 动时经过相等时间所到达的位置。 方案二、设法描绘物体做平抛运动的轨迹,先研究水平方向的运 动规律,再研究竖直方向的运动规律。
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1.在探究平抛运动的特点实验中,为减小空气阻力对小球运动的 影响,应采用( )
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8.在运动轨迹上取点A、B、C,在竖直方向上,满足
yOA∶yAB∶yBC=1∶3∶5,若水平方向上,满足xOA=xAB=xBC,则表明平
抛运动的水平分运动为匀速直线运动。
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实例引导 例1如图所示,在探究平抛运动的实验中,可以描绘出小球平抛运 动的轨迹,实验简要步骤如下:
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2.探究水平和竖直分运动的规律 (1)以小球的第一张照片位置中心为原点O,水平方向为x轴、竖 直方向为y轴建立平面直角坐标系。 (2)小球其他照片位置中心依次为A、B、C、D…,过A、B、C、 D点分别作x、y轴的垂线,在x、y轴上测量OA、AB、BC、CD之间 的距离,记为xOA、yOA等。 (3)在误差允许的范围内,若xOA=xAB=xBC=xCD,则表明平抛运动的 水平分运动为匀速直线运动。
(4)在误差允许的范围内,若yCD-yBC=yBC-yAB=yAB-yOA,根据 (yCD+yBC)-(yAB+yOA)=4aT2,T为频闪周期,可得加速度a;若a=g(重力 加速度),则表明平抛运动的竖直分运动为自由落体运动。
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二、利用斜槽描绘平抛运动轨迹时的注意事项 (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,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由静止滚下。 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。
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注意事项:1.保证相机静止不动。 2.拍摄时光源用高效节能灯或更大功率的白炽灯。 3.背景和小球之间的反差要大。 方案二、利用平抛演示仪探究平抛运动的特点。 步骤1.探究平抛运动竖直分运动的特点。 1.把两个等大的金属小球放置在图中装置上。 2.用小锤击打弹性金属片,观察两球的运动轨迹,确定它们落地时 间的先后。 3.分别改变小球距离地面的高度和小锤击打的力度,多次重复实 验,确定它们落地时间的先后。 4.若两小球总是同时落地,则表明平抛运动的竖直分运动是自由 落体运动。
答案:(1)1.6 (2)1.5 2
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变式训练2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。(g取10 m/s2)则
(1)小球平抛的初速度为 (2)小球抛出点的位置坐标x=
m/s。 cm,y=
cm。
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解析:(1)由平抛运动公式,在x轴方向上xab=v0T,在竖直方向上hbc-
做平抛运动的初速度为
m/s,B点的竖直分速度为
m/s。(g取10 m/s2)
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解析:(1)由 x=v0t,y=12gt2 得 v0=x 2������������,将(32.0,19.6)代入得
v0=0.32×
9.8 2×0.196
m/s=1.6 m/s。
(2)由题图丙可知,小球由 A→B 和由 B→C 所用时间相等,且有 Δy=gT2,x=v0T,解得 v0=1.5 m/s,vBy=���2���������������������=2 m/s。
(2)上述实验步骤的合理顺序是
。
解析:该实验需让小球重复同一个平抛运动轨迹多次,才能记录 出小球的一系列位置,故必须让小球每次由同一位置静止释放。斜 槽末端切线水平,小球才会做平抛运动。
答案:(1)同一位置静止 斜槽末端切线水平 (2)BAC
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变式训练1在探究平抛物体的运动的实验中:
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实验操作 情景导引 为获得物体做平抛运动的轨迹,你能想到哪些方法? 要点提示:1.数码相机 2.平抛运动实验仪 知识归纳 方案一、利用频闪照相或者录制视频的方法,记录物体做平抛运 动轨迹的实验步骤 1.让小球从水平桌面上飞出,在小球后面放置带方格的黑板做背 景。 2.用数码相机的摄像功能,拍摄小球从桌面飞出后做平抛运动的 几张连续照片。 3.利用Photoshop软件将多个影像合成为同一幅照片。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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实验数据处理和实验注意事项 情景导引 如果用数码相机已经描绘了平抛物体的运动轨迹,但没有记录抛 出点,仅记录了竖直方向,能否计算出平抛运动的加速度? 要点提示:可以计算出平抛运动的加速度。方法是在轨迹上取三 个点,让相邻两点间的水平距离都是x,测量相邻两点间的竖直距离 分别为y1和y2,根据y2-y1=aT2,T为频闪周期,可得加速度a。
(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
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。
(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 。
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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)应记录小球抛出点的位置。 (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。 答案:(1)将小球放置在槽口处轨道上,小球能保持静止 (2)抛出 点 (3)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