5.3 實驗：研究平拋運動 課件（人教版必修2）

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3 實驗：研究平拋運動,1．學(xué)會用實驗的方法描繪平拋運動的軌跡 2．會判斷平拋運動的軌跡是拋物線 3．會計算平拋運動的初速度,方法一 描跡法 (1)實驗裝置如圖5－3－1所示． (2)實驗?zāi)康模好枥L平拋運動的軌跡．,描繪平拋運動的軌跡,圖5－3－1,(4)實驗器材 斜槽軌道、小鋼球、木板、坐標(biāo)紙、圖釘、重錘、直尺、三角板、鉛筆等． (5)實驗步驟 ①安裝斜槽軌道，使其末端保持水平； ②固定木板上的坐標(biāo)紙，使木板保持豎直狀態(tài)，小球的運動軌跡與板面平行，坐標(biāo)紙方格橫線呈水平方向； ③以小球在槽口時球的重心在木板上的投影點為坐標(biāo)原點，沿重垂線畫出y軸；,④將小球從斜槽上的適當(dāng)高度由靜止釋放，用鉛筆記錄小球做平拋運動經(jīng)過的位置； ⑤重復(fù)步驟④，在坐標(biāo)紙上記錄多個位置； ⑥在坐標(biāo)紙上作出x軸，用平滑的曲線連接各個記錄點，得到平拋運動的軌跡．,(6)實驗過程中的注意事項 ①保證斜槽末端的切線水平，木板豎直且與小球下落的軌跡平面平行，并使小球運動時靠近木板，但不接觸； ②小球每次都從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下； ③小球做平拋運動的起點不是槽口的端點，應(yīng)是小球在槽口時球的重心在木板上的水平投影點； ④小球在斜槽上開始滾下的位置高度要適當(dāng)，以便使小球運動的軌跡由木板的左上角到右下角．,方法二 噴水法 如圖5－3－2所示，倒置的飲料瓶內(nèi)裝著水，瓶塞內(nèi)插著兩根兩端開口的細(xì)管，其中一根彎成水平，且水平端加接一根更細(xì)的硬管作為噴嘴． 水從噴嘴中射出，在空中形成彎曲的細(xì)水柱，它顯示了平拋運動的軌跡，可在裝置一側(cè)豎直放置一玻璃板，將平拋運動的軌跡描在玻璃板上．,圖5－3－2 圖5－3－3,方法三 頻閃照相法 現(xiàn)代影像技術(shù)的發(fā)展為我們研究平拋運動的軌跡提供了方便．若能拍攝到物體做平拋運動的幾張照片如圖5－3－3所示，就能描繪出平拋運動的軌跡了．用數(shù)碼相機(jī)的攝像功能或用數(shù)碼攝像機(jī)都能實現(xiàn)，有條件的學(xué)校也可用頻閃照相的方法來實現(xiàn)．,1．(1)在做“研究平拋物體的運動”實驗時，除了木板、小球、斜槽、鉛筆、圖釘之外，下列器材中還需要的是________． A．停表 B．坐標(biāo)紙 C．天平 D．彈簧秤 E．重垂線,(2)實驗中，下列說法正確的是________． A．應(yīng)使小球每次從斜槽上相同的位置自由滾下 B．斜槽軌道必須光滑 C．斜槽軌道末端可以不水平 D．為使描出的軌跡更好地反映真實運動，記錄的點應(yīng)適當(dāng)多一些 E．為了比較準(zhǔn)確地找出小球運動的軌跡，應(yīng)該用一條曲線把所有的點都連接起來,解析 還需要的器材是坐標(biāo)紙和重垂線．做平拋運動的實驗時，斜槽末端必須水平，以保證小球做平拋運動．為使小球運動軌跡相同，應(yīng)使小球每次從斜槽上相同的位置無初速滾下．描點法畫物體運動的軌跡時，應(yīng)用平滑的曲線連點，偏離軌跡較遠(yuǎn)的點應(yīng)舍去． 答案 (1)BE (2)AD,1.判斷方法 (1)以拋出點O為坐標(biāo)原點，重垂線方向為y軸，水平方向為x軸，建立平面直角坐標(biāo)系． (2)如圖圖5－3－5所示，在x軸上作出幾個點A1、A2、A3、…，由A1、A2、A3、…向下作垂線，與軌跡的交點記為M1、M2、M3、….,平拋運動的軌跡的判斷,圖5－3－5,(3)設(shè)軌跡就是一條拋物線，則M1、M2、M3、…各點的y坐標(biāo)與x坐標(biāo)應(yīng)該具有的關(guān)系為y＝ax2，a是常量． (4)用刻度尺測量某點的x、y兩個坐標(biāo)，代入y＝ax2中，求出常量a. (5)測量其他幾個點的x、y坐標(biāo)，代入上式，看是否滿足，如果在誤差允許范圍內(nèi)滿足，就說明該曲線為拋物線．,2．結(jié)論：平拋運動的軌跡是一條拋物線，其運動可以看成是水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動的合運動． 3．判斷軌跡是否為拋物線的另一種方法—圖象法 建立y－x2坐標(biāo)系，根據(jù)所測量的各個點的x、y坐標(biāo)值分別計算出對應(yīng)的y值和x2的值，在y－x2坐標(biāo)系中描點，連接各描點看是否在一條直線上，并求出該直線的斜率即為a值．,2．圖5－3－4為頻閃照相法拍攝的三個同時由同一點出發(fā)的小球的運動情況．AA′為A球在光滑水平面上以速度v運動的軌跡，BB′為B球以速度v被水平拋出后的運動軌跡，CC′為C球自由下落的運動軌跡．通過分析上述三條軌跡可得出結(jié)論________．,圖5－3－4,解析 將B球與A球相比較可以看出，在同一時刻，在水平方向上B球與A球在相同位置，說明B球水平方向上與A球的運動是相同的，即B球在水平方向上做勻速直線運動．將B球與C球的運動相比較，在同一時刻，B球在豎直方向上的位置與C球是相同的，說明B球在豎直方向上與C球的運動是相同的，即B球在豎直方向上做自由落體運動． 答案 做平拋運動的物體在水平方向上做勻速直線運動，豎直方向上做自由落體運動,以拋出點為坐標(biāo)原點，水平方向為x軸，豎直向下方向為y軸，建立平面直角坐標(biāo)系． (1)在軌跡曲線上任取幾點(如A、B、C、D)． (2)用刻度尺和三角板分別測出它們的坐標(biāo)x、y.,計算平拋運動的初速度(已知軌跡和拋出點),3.在研究平拋運動的實驗中，用一張印有小方格的紙記錄軌跡，小方格的邊長L＝1.25 cm，若小球在平拋運動途中的幾個位置如圖5－3－6中a、b、c、d所示，則,圖5－3－6,(1)求小球平拋運動的初速度的計算式(用L、g表示)，其值是多少？ (2)a點是平拋小球拋出點的位置嗎？如果不是，那么拋出點的位置怎樣確定？,【典例1】 在探究平拋運動的規(guī)律時，可以選用如圖5－3－7所示的各種裝置圖，則以下操作合理的是 ( )．,對實驗裝置和實驗原理的考查,圖5－3－7,A．選用裝置圖甲研究平拋物體的豎直分運動時，應(yīng)該用眼睛看A、B兩球是否同時落地 B．選用裝置圖乙并要獲得穩(wěn)定的細(xì)水柱顯示出平拋運動的軌跡，豎直管上端A一定要低于水面 C．選用裝置圖丙并要獲得鋼球做平拋運動的軌跡，每次不一定從斜槽上同一位置由靜止釋放鋼球 D．除上述裝置外，還可以用數(shù)碼照相機(jī)拍攝鋼球做平拋運動時每秒15幀的錄像以獲得平拋運動的軌跡,解析 小球下落的速度很快，運動時間很短，用眼睛很難準(zhǔn)確判斷出小球落地的先后順序，應(yīng)聽聲音，選項A不合理；豎直管的上端A應(yīng)低于水面，這是因為豎直管與空氣相通，A處的壓強(qiáng)始終等于大氣壓，不受瓶內(nèi)水面高低的影響，因此可以得到穩(wěn)定的細(xì)水柱，選項B正確；只有每次從同一高度由靜止釋放鋼球，鋼球做平拋運動的初速度才相同，選項C錯誤；獲得每秒15幀的錄像就等同于做平拋運動實驗時描方格圖的方法，同樣可以探究平拋運動的規(guī)律，選項D正確． 答案 BD,研究平拋運動的實驗原理是：把平拋運動看做是水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動的合運動．高考中常常通過變通實驗裝置、變通操作方法等達(dá)到驗證實驗的目的，考查同學(xué)們利用課本知識解決實際問題的能力．,【跟蹤1】 在如圖5－3－8所示的裝置中，兩個相同的弧形軌道M、N分別用于發(fā)射小鐵球P、Q，兩軌道上端分別裝有電磁鐵C、D，調(diào)節(jié)電磁鐵C、D的高度，使AC＝BD，從而保證小鐵球P、Q在軌道出口處的水平初速度v0相等．將小鐵球P、Q分別吸在電磁鐵C、D上，然后切斷電源，使兩個小鐵球能以相同的初速度v0同時分別從軌道M、N的末端水平射出．實驗結(jié)果是兩個小鐵球同時到達(dá)E處，發(fā)生碰撞．增大或者減小軌道M的高度，再進(jìn)行實驗，結(jié)果兩個小鐵球總是發(fā)生碰撞．該實驗現(xiàn)象說明了： (1)___________________； (2)___________________．,圖5－3－8,解析 將P球在水平方向上的運動，在不同豎直高度的情況下與Q球?qū)Ρ?，發(fā)現(xiàn)P、Q兩球總是相碰，即P球在水平方向上的運動不因P球在豎直方向運動時間的長短而改變，總是和在水平面上勻速運動的Q球有完全相同的運動情況，所以本實驗說明了：(1)平拋運動在水平方向上是勻速直線運動；(2)平拋運動在豎直方向上的分運動不影響水平方向上的分運動，即分運動具有獨立性． 答案 (1)平拋運動在水平方向上是勻速直線運動 (2)平拋運動的水平分運動與豎直分運動是彼此獨立的,【典例2】 (1)平拋物體的運動規(guī)律可以概括為兩點：①水平方向做勻速直線運動；②豎直方向做自由落體運動．如圖5－3－9所示為研究平拋運動的實驗裝置，現(xiàn)把兩個小鐵球分別吸在電磁鐵C、E上，然后切斷電磁鐵C的電源，使一個小鐵球從軌道A射出，并在射出時碰到碰撞開關(guān)S，使電磁鐵E斷電釋放它吸著的小鐵球，兩鐵球同時落到地面．這個實驗 ( )．,實驗數(shù)據(jù)的處理方法,圖5－3－9 A．只能說明上述規(guī)律中的第①條 B．只能說明上述規(guī)律中的第②條 C．不能說明上述規(guī)律中的任何一條 D．能同時說明上述兩條規(guī)律,(2)做雜技表演的汽車從高臺水平飛出，在空中運動一段時間后著地．一架相機(jī)通過多次曝光，拍攝得到汽車在著地前后一段時間內(nèi)的運動照片，如圖5－3－10所示(虛線為正方形格子)．,圖5－3－10,已知汽車長度為3.6 m，相鄰兩次曝光的時間間隔相等，第三個像是剛好著地的時刻，由照片可以推算出汽車離開高臺時的瞬時速度大小為________m/s，高臺離地面的高度為________m．(取g＝10 m/s2) 解析 (1)由于左端小鐵球平拋的同時，右端小鐵球開始做自由落體，且兩球同時落地，說明平拋的小鐵球在豎直方向上和右端小鐵球做同樣的運動，也做自由落體運動，但無法說明平拋小鐵球在水平方向的運動，故只有B正確．,答案 (1)B (2)12 11.25,已知軌跡，不知拋出點 (1)在軌跡曲線上取三點a、b、c，使xab＝xbc＝x0，如圖5－3－11所示．,圖5－3－11,【跟蹤2】 在研究平拋運動的實驗中，為了確定小球在不同時刻所通過的位置，實驗時用如圖5－3－12所示的裝置，先將斜槽軌道的末端調(diào)整水平，在一塊平木板表面釘上復(fù)寫紙和白紙，并將該木板豎直立于槽口附近．使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，小球撞到木板并在白紙上留下痕跡A；將木板向遠(yuǎn)離槽口方向平移距離x，再使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，小球撞在木板上得到痕跡B；將木板再向遠(yuǎn)離槽口方向平移距離x，小球再從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，得到痕跡C.若測得木板每次移動的距離均為x＝10.00 cm.A、B間距離y1＝4.78 cm，B、C間距離y2＝14.58 cm.(g取9.80 m/s2),圖5－3－12 (1)根據(jù)以上直接測量的物理量求得小球的初速度為v0＝________(用題中所給字母表示)． (2)小球的初速度的測量值為________ m/s.,一、對實驗原理的理解及基本操作的考查 1．在做平拋運動實驗時，讓小球多次沿同一軌道運動，通過描點法畫小球做平拋運動的軌跡，為了能較準(zhǔn)確地描繪運動軌跡，下面列出了一些操作要求，將你認(rèn)為正確的選項前面的字母填在橫線上：________. A．通過調(diào)節(jié)使斜槽的末端保持水平 B．每次釋放小球的位置必須不同 C．每次必須由靜止釋放小球 D．用鉛筆記錄小球位置時，每次必須嚴(yán)格地等距離下降,E．小球運動時不應(yīng)與木板上的白紙(或方格紙)相接觸 F．將球的位置記錄在紙上后，取下紙，用直尺將點連成折 線 解析 斜槽末端水平是為了保證小球能水平拋出，選項A正確．小球必須從靜止釋放，且釋放位置相同，是為了保證小球每次拋出時的速度相同．選項B錯誤，選項C正確．小球運動位置的記錄沒有明確的要求，位置相對均勻即可，以便正確畫出運動軌跡，選項D錯誤．實驗時木板要豎直，小球運動時不能與板上的白紙接觸，選項E正確．連線時，用平滑的曲線把各點連接起來，選項F錯誤． 答案 ACE,2．在“研究平拋運動”的實驗中，可以描繪平拋物體運動軌跡和求物體的平拋初速度．實驗簡要步驟如下： A．讓小球多次從________位置上滾下，記下小球運動途中經(jīng)過的一系列位置； B．安裝好器材，注意斜槽末端水平和木板豎直，記下小球在斜槽末端時球心在木板上的投影點O和過O點的豎直線，檢測斜槽末端水平的方法是________． C．測出曲線上某點的坐標(biāo)x、y，用v0＝________算出該小球的平拋初速度，實驗需要對多個點求v0的值，然后求它們的平均值．,D．取下白紙，以O(shè)為原點，以過O點的豎直線為y軸，水平線為x軸建立坐標(biāo)系，用平滑曲線畫平拋軌跡． 上述實驗步驟的合理順序是________(只排列序號即可)．,二、實驗數(shù)據(jù)的處理 3．如圖5－3－13所示為一小球做平拋運動的閃光照相照片的一部分，圖中背景方格的邊長均為5 cm，如果g取10 m/s2，那么： (1)照相機(jī)的閃光頻率是________Hz； (2)小球運動中水平分速度的大小是________ m/s； (3)小球經(jīng)過B點時的速度大小是________ m/s.,圖5－3－13,答案 10 1.5 2.5,4．(1)研究平拋運動，下面哪些做法可以減小實驗誤差 ( )． A．使用密度大、體積小的鋼球 B．盡量減小鋼球與斜槽間的摩擦 C．實驗時，讓小球每次都從同一高度由靜止開始滾下 D．使斜槽末端切線保持水平,(2)某同學(xué)在做“研究平拋運動”的實驗中，忘記記下小球做平拋運動的起點位置O，A為小球運動一段時間后的位置，根據(jù)如圖5－3－14所示，求出小球做平拋運動的初速度為________m/s.,圖5－3－14,解析 (1)研究平拋運動時，鋼球體積越小，所受空氣阻力越小，并且記錄小球通過的位置越準(zhǔn)確，A正確；小球每次從斜槽上的同一位置由靜止開始滾下，可保證小球的初速度不變，與鋼球和斜槽間的摩擦無關(guān)．B錯誤，C正確；實驗時必須使斜槽末端的切線水平，以確保小球水平飛出做平拋運動．D正確．,答案 (1)ACD (2)2.0,5．某物理實驗小組利用如圖5－3－15所示裝置測量小球做平拋運動的初速度．在地面上沿拋出的速度方向水平放置一把刻度尺，讓懸掛在拋出點處的重錘的投影落在刻度尺的零刻度線上，則利用小球在刻度尺上的落點位置，就可以直觀地得到小球做平拋運動的初速度．下列各圖表示四位同學(xué)在刻度尺旁邊分別制作出的速度標(biāo)尺(圖中P點為重錘的投影位置)，其中可能正確的是 ( )．,圖5－3－15,答案 A,三、創(chuàng)新拓展實驗 6．三個同學(xué)根據(jù)不同的實驗條件，進(jìn)行了“探究平拋運動規(guī)律”的實驗：,圖5－3－16,(1)甲同學(xué)采用如圖5－3－16甲所示的裝置，用小錘擊打彈性金屬片，使A球沿水平方向彈出，同時B球被松開，自由下落，觀察到兩球同時落地，改變小錘擊打的力度，即改變A球被彈出時的速度，兩球仍然同時落地，這說明________.,(2)乙同學(xué)采用如圖乙所示的裝置．兩個相同的弧形軌道M、N，分別用于發(fā)射小鐵球P、Q，其中N的末端可看做與光滑的水平板相切，兩軌道上端分別裝有電磁鐵C、D；調(diào)節(jié)電磁鐵C、D的高度使AC＝BD，從而保證小鐵球P、Q在軌道出口處的水平初速度v0相等，現(xiàn)將小鐵球P、Q分別吸在電磁鐵C、D上，然后切斷電源，使兩小球同時以相同的初速度v0分別從軌道M、N的下端射出．實驗可觀察到的現(xiàn)象應(yīng)是___________．僅僅改變弧形軌道M的高度，重復(fù)上述實驗，仍能觀察到相同的現(xiàn)象，這說明_______________．,(3)丙同學(xué)采用頻閃攝影的方法拍攝到如圖丙所示的“小球做平拋運動”的照片，圖中每個小方格的邊長為1.25 cm，則由圖可求得拍攝時每________s曝光一次，該小球做平拋運動的初速度大小為________ m/s.(g取9.8 m/s2),解析 (1)通過對照實驗，說明兩球具有等時性，由此說明平拋運動的物體在豎直方向上做自由落體運動． (2)兩球在水平軌道上相遇，水平方向運動情況相同，說明平拋運動的水平分運動是勻速直線運動．,答案 (1)平拋運動的物體在豎直方向上做自由落體運動 (2)P球擊中Q球 平拋運動的物體在水平方向上做勻速直線運動 (3)3.57×10－2 0.7,7．如圖5－3－17所示，用底部帶孔的玻璃試管和彈簧可以組裝一個簡易“多功能實驗器”，利用該實驗器，一方面能測彈簧的勁度系數(shù)，另一方面可測量小球做平拋運動的初速度．,圖5－3－17,(1)用該裝置測量彈簧勁度系數(shù)k時需要讀出幾次操作時的________________和________________，然后由公式________________求出k的平均值． (2)使用該裝置測量小球的初速度時，需要多次將彈簧的右端壓到________(選填“同一”或“不同”)位置．然后分別測出小球幾次飛出后的________________和________________，再由公式________________求出初速度的平均值．,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,