2020版新教材高中物理2.3科学探究：平抛运动的特点课件鲁教版必修2201911011177.ppt

第3节科学探究:平抛运动的特点【实验目的实验目的】1.1.描绘平抛运动的轨迹并分析其特点。描绘平抛运动的轨迹并分析其特点。2.2.根据平抛运动的轨迹求平抛初速度。根据平抛运动的轨迹求平抛初速度。【实验器材实验器材】斜槽、斜槽、_、木板、木板、_、坐标纸、图钉、坐标纸、图钉、_、铅笔、铅笔(或卡孔或卡孔)等。等。小球小球铅垂线铅垂线刻度刻度尺尺【实验原理与设计实验原理与设计】1.1.实验原理实验原理:(1)(1)利用追踪法逐点描出小球运动的轨迹。利用追踪法逐点描出小球运动的轨迹。(2)(2)建立坐标系建立坐标系,如果轨迹上各点的如果轨迹上各点的y y坐标与坐标与x x坐标间的坐标间的关系具有关系具有y=axy=ax2 2的形式的形式,则轨迹是一条则轨迹是一条_。(3)(3)测出轨迹上某点的坐标测出轨迹上某点的坐标x x、y,y,根据根据x=vx=v0 0t,y=gtt,y=gt2 2得得初速度初速度_。抛物线抛物线2.2.实验设计实验设计轨迹的画法。轨迹的画法。(1)(1)追踪描点法。追踪描点法。(2)(2)频闪照相法。频闪照相法。【实验过程实验过程】一、实验步骤一、实验步骤1.1.固定斜槽固定斜槽:用图钉把坐标纸固定在竖直木板上用图钉把坐标纸固定在竖直木板上,在木在木板的左上角固定斜槽板的左上角固定斜槽,并使其末端保持水平。如图所示并使其末端保持水平。如图所示:2.2.固定木板固定木板:用悬挂在槽口的铅垂线把木板调整到竖直用悬挂在槽口的铅垂线把木板调整到竖直方向方向,并使木板平面与小球下落的竖直面平行且靠近并使木板平面与小球下落的竖直面平行且靠近,固定好木板。固定好木板。3.3.画竖直线画竖直线:把小球放在槽口处把小球放在槽口处,用铅笔记下小球在槽用铅笔记下小球在槽口时球心在木板上的水平投影点口时球心在木板上的水平投影点O,O,再利用铅垂线在纸再利用铅垂线在纸上画出通过上画出通过O O点的竖直线。点的竖直线。4.4.释放小球释放小球:将小球从斜槽上合适的位置由静止释放将小球从斜槽上合适的位置由静止释放,使小球运动轨迹大致经过坐标纸的右下角。使小球运动轨迹大致经过坐标纸的右下角。5.5.描点描点:把笔尖放在小球可能经过的位置把笔尖放在小球可能经过的位置,如果小球运如果小球运动中碰到笔尖动中碰到笔尖,用铅笔在坐标纸该位置画上一点。用同用铅笔在坐标纸该位置画上一点。用同样的方法从同一位置释放小球样的方法从同一位置释放小球,在小球运动路线上描下在小球运动路线上描下若干点。若干点。【思考思考讨论讨论】在做在做“平抛运动的特点平抛运动的特点”实验中实验中,小球能不能乱扔小球能不能乱扔?(科学态度与责任科学态度与责任)提示提示:不能不能,不能随意扔小球并注意小球落地过程不能随意扔小球并注意小球落地过程,避免避免小球伤人或损坏实验室物品。小球伤人或损坏实验室物品。二、数据收集与分析二、数据收集与分析1.1.根据实验记录根据实验记录,在坐标纸上描绘小球平抛运动的轨迹。在坐标纸上描绘小球平抛运动的轨迹。2.2.在平抛运动轨迹上选取几个水平间距相等的测量点在平抛运动轨迹上选取几个水平间距相等的测量点,测出并计算相应物理量填入表格中。测出并计算相应物理量填入表格中。测测量点量点A AB BC CD DE EF F水平方向位移水平方向位移x/mx/m竖竖直方向位移直方向位移y/my/m水平速度水平速度v/msv/ms-1-13.3.观察描出的轨迹观察描出的轨迹,与你熟悉的曲线进行比较与你熟悉的曲线进行比较,猜想猜想y y与与x x的关系的关系,作出作出y-xy-x2 2图像。图像。三、实验结论三、实验结论1.1.平抛运动的轨迹是抛物线。平抛运动的轨迹是抛物线。2.2.求出实验中小球做平抛运动的初速度。求出实验中小球做平抛运动的初速度。【思考思考讨论讨论】竖直方向上测量并计算竖直方向上测量并计算y yEFEF-y-yDEDE、y yDEDE-y-yCDCD、y yCDCD-y-yBCBC、y yBCBC-y yABAB,在误差允许的范围内在误差允许的范围内,它们有怎样的特点它们有怎样的特点?由此由此,你你能得出小球在竖直方向的运动性质吗能得出小球在竖直方向的运动性质吗?(科学思维科学思维)提示提示:它们都相等它们都相等,说明小球在竖直方向上做自由落体说明小球在竖直方向上做自由落体运动。运动。【注意事项注意事项】1.1.斜槽安装斜槽安装:实验中必须调整使斜槽末端的切线水平实验中必须调整使斜槽末端的切线水平,将小球放在末端水平部分将小球放在末端水平部分,若能使小球静止若能使小球静止,斜槽末端斜槽末端的切线就水平了。的切线就水平了。2.2.木板固定木板固定:木板必须处于竖直平面内木板必须处于竖直平面内,要用铅垂线检要用铅垂线检查坐标纸竖线是否竖直。查坐标纸竖线是否竖直。3.3.小球释放小球释放:(1)(1)小球必须每次从斜槽上同一位置滚下。小球必须每次从斜槽上同一位置滚下。(2)(2)小球开始滚下的高度要适中小球开始滚下的高度要适中,以使小球平抛运动的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。轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜。4.4.坐标原点坐标原点:坐标原点不是槽口的端点坐标原点不是槽口的端点,而是小球出槽而是小球出槽口时球心在木板上的投影点。口时球心在木板上的投影点。5.5.初速度的计算初速度的计算:在轨迹上选取离坐标原点在轨迹上选取离坐标原点O O较远的一较远的一些点来进行计算。些点来进行计算。【思考思考讨论讨论】在做在做“平抛运动的特点平抛运动的特点”实验中实验中,除了本实验的方法外除了本实验的方法外,还可以用什么方法得到平抛运动的轨迹还可以用什么方法得到平抛运动的轨迹?(?(科学探究科学探究)提示提示:频闪照相法、水流法。频闪照相法、水流法。类型一实验操作类型一实验操作【典例典例1 1】(1)(1)在做在做“研究平抛物体的运动研究平抛物体的运动”实验时实验时,除除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外,下列器材中还下列器材中还需要的是需要的是_。世纪金榜导学号世纪金榜导学号A.A.停表停表B.B.坐标纸坐标纸C.C.天平天平D.D.弹簧秤弹簧秤E.E.重垂线重垂线(2)(2)实验中实验中,下列说法正确的是下列说法正确的是_。A.A.应使小球每次从斜槽上相同的位置无初速度滚下应使小球每次从斜槽上相同的位置无初速度滚下B.B.斜槽轨道必须光滑斜槽轨道必须光滑C.C.斜槽轨道末端可以不水平斜槽轨道末端可以不水平D.D.为使描出的轨迹更好地反映真实运动为使描出的轨迹更好地反映真实运动,记录的点应适记录的点应适当多一些当多一些E.E.为了比较准确地找出小球运动的轨迹为了比较准确地找出小球运动的轨迹,应该用一条曲应该用一条曲线把所有的点都连接起来线把所有的点都连接起来【解题探究解题探究】(1)(1)为什么要让斜槽的末端水平为什么要让斜槽的末端水平?提示提示:为了保证小球做的是平抛运动。为了保证小球做的是平抛运动。(2)(2)为什么小球每次要从斜槽的同一位置由静止释放为什么小球每次要从斜槽的同一位置由静止释放?提示提示:为了保证小球做平抛运动的初速度相等。为了保证小球做平抛运动的初速度相等。【解析解析】(1)(1)在做在做“研究平抛物体的运动研究平抛物体的运动”实验时实验时,除除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外,下列器材中还下列器材中还需要铅垂线需要铅垂线,确保小球抛出是在竖直面内运动确保小球抛出是在竖直面内运动,还需要还需要坐标纸坐标纸,便于确定小球间的距离。故便于确定小球间的距离。故B B、E E正确。正确。(2)(2)为了能画出平抛运动轨迹为了能画出平抛运动轨迹,首先保证小球做的是平首先保证小球做的是平抛运动抛运动,所以斜槽轨道不一定要光滑所以斜槽轨道不一定要光滑,但必须是水平的。但必须是水平的。同时要让小球总是从同一位置释放同时要让小球总是从同一位置释放,这样才能找到同一这样才能找到同一运动轨迹上的几个点运动轨迹上的几个点,不需要把所有的点都连接起来不需要把所有的点都连接起来,而是让更多的点分布在曲线两边。要使描出的轨迹更而是让更多的点分布在曲线两边。要使描出的轨迹更好地反映真实运动好地反映真实运动,记录的点应适当多一些。故记录的点应适当多一些。故A A、D D正正确确,B,B、C C、E E错误错误;故选故选A A、D D。答案答案:(1)B(1)B、E E(2)A(2)A、D D类型二数据处理类型二数据处理【典例典例2 2】图甲是图甲是“研究平抛物体的运动研究平抛物体的运动”的实验装置的实验装置图。图。世纪金榜导学号世纪金榜导学号(1)(1)图乙是正确实验取得的数据图乙是正确实验取得的数据,其中其中O O为抛出点为抛出点,则此则此小球做平抛运动的初速度为小球做平抛运动的初速度为_m/s_m/s。(g(g取取9.8 m/s9.8 m/s2 2)(2)(2)在另一次实验中将白纸换成方格纸在另一次实验中将白纸换成方格纸,每小格的边长每小格的边长L=5 cm,L=5 cm,通过实验通过实验,记录了小球在运动途中的三个位置记录了小球在运动途中的三个位置,如图丙所示如图丙所示,则该小球做平抛运动的初速度为则该小球做平抛运动的初速度为_m/s;_m/s;B B点的竖直分速度为点的竖直分速度为_m/s_m/s。(g(g取取10 m/s10 m/s2 2)【解析解析】(1)(1)因为因为O O点是抛出点点是抛出点,则则,h=gth=gt2 2,t=,t=则小球的初速度则小球的初速度v v0 0=,=,代入数据解得代入数据解得v v0 0=1.6 m/s=1.6 m/s。(2)(2)由题图可知由题图可知,AB,AB、BCBC之间的时间间隔相等之间的时间间隔相等,根据根据y=y=gTgT2 2得得,T=0.1 s,T=0.1 s,则小球的初速度则小球的初速度v v0 0=1.5 m/s=1.5 m/s。B B点竖直方向上的分速度等于点竖直方向上的分速度等于ACAC在竖直方向上的平均速在竖直方向上的平均速度度,v,vByBy=2 m/s=2 m/s。答案答案:(1)1.6(1)1.6(2)1.5(2)1.52 2【规律方法规律方法】求平抛运动的初速度的方法求平抛运动的初速度的方法(1)(1)轨迹完整时轨迹完整时:根据平抛运动在水平方向做匀速直线运动根据平抛运动在水平方向做匀速直线运动x=vx=v0 0t,t,在竖在竖直方向做自由落体运动直方向做自由落体运动h=gth=gt2 2,可求得可求得v v0 0=x =x 。(2)(2)轨迹不完整时轨迹不完整时:根据不完整的平抛运动的轨迹在水平方向做匀速直线根据不完整的平抛运动的轨迹在水平方向做匀速直线运动运动x=vx=v0 0T,T,在竖直方向做匀加速直线运动在竖直方向做匀加速直线运动h=gTh=gT2 2,可求可求得得v v0 0=x =x 。类型三实验创新类型三实验创新【典例典例3 3】如图所示如图所示,用底部带孔的玻璃试管和弹簧可用底部带孔的玻璃试管和弹簧可以组装一个简易以组装一个简易“多功能实验器多功能实验器”,利用该实验器利用该实验器,一一方面能测弹簧的劲度系数方面能测弹簧的劲度系数,另一方面可测量小球做平抛另一方面可测量小球做平抛运动的初速度。运动的初速度。使用该装置测量小球的初速度时使用该装置测量小球的初速度时,需要多次将弹簧的右需要多次将弹簧的右端压到端压到_(_(选填选填“同一同一”或或“不同不同”)位置。然位置。然后分别测出小球几次飞出的后分别测出小球几次飞出的_和和_,_,再由再由公式公式_求出初速度的平均值。求出初速度的平均值。世纪金榜导世纪金榜导学号学号【解析解析】小球做平抛运动时小球做平抛运动时,水平方向上水平方向上x=vx=v0 0t,t,竖直方竖直方向上向上h=gth=gt2 2,所以所以v v0 0=x =x 。答案答案:同一水平位移同一水平位移x x竖直高度竖直高度h hv v0 0=x =x 【创新评价创新评价】1.1.实验创新思路实验创新思路:用弹簧把小球从同一位置弹出代替小用弹簧把小球从同一位置弹出代替小球从斜槽的同一高度静止释放。球从斜槽的同一高度静止释放。2.2.实验步骤实验步骤:(1)(1)安装实验器材。安装实验器材。(2)(2)把小球从弹簧的同一位置释放把小球从弹簧的同一位置释放,记录落在复写纸上记录落在复写纸上的位置。的位置。(3)(3)测量小球做平抛运动的水平位移测量小球做平抛运动的水平位移x x和竖直位移和竖直位移h,h,并并计算计算v v0 0=x =x 。(4)(4)计算平抛运动的初速度的平均值。计算平抛运动的初速度的平均值。次数次数1 12 23 34 4平均平均值值x xh hv v0 03.3.误差分析误差分析:(1)(1)小球做平抛运动的初位置确定不准确。小球做平抛运动的初位置确定不准确。(2)(2)小球在空气中受到空气阻力影响。小球在空气中受到空气阻力影响。