【课件】实验：探究平抛运动的特点+课件-2022-2023学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册.pptx

人教版物理必修二人教版物理必修二第五章第五章 抛体运动抛体运动第三节第三节 实验：实验：探究平抛运动的特点探究平抛运动的特点一、抛体运动和平抛运动一、抛体运动和平抛运动1.1.抛体运动：抛体运动：以一定的速度将物体抛出，在空气阻力以一定的速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体可以忽略的情况下，物体只受重力只受重力的作用，这时的运的作用，这时的运动叫作抛体运动动叫作抛体运动v0v0v0竖直上抛运动平抛运动斜抛运动2 2.平抛运动平抛运动：初速度沿水平方向的抛体运动就叫作初速度沿水平方向的抛体运动就叫作平抛运动平抛运动。条件条件:初速度沿初速度沿水平水平方向；忽略空气阻力，方向；忽略空气阻力，只只受重力。受重力。性质：匀变速曲线运动性质：匀变速曲线运动水平抛出的石子水平抛出的石子研究方法：研究方法：二、实验探究二、实验探究（1 1）建立平面直角坐标系；）建立平面直角坐标系；（2 2）化曲为直，将运动进行分解。）化曲为直，将运动进行分解。分解为哪两个方向的运动？两个方向分别做什么运动？分解为哪两个方向的运动？两个方向分别做什么运动？初速度初速度 受力情况受力情况运动情况运动情况水平方向水平方向竖直方向竖直方向0 0G G自由落体运动自由落体运动V V0 0不受力不受力 匀速直线运动匀速直线运动理论猜想：理论猜想：1.1.实验思路：平抛运动是曲线运动，速度和位移的方向实验思路：平抛运动是曲线运动，速度和位移的方向都在时刻变化。我们可以按照把复杂的曲线运动分解为都在时刻变化。我们可以按照把复杂的曲线运动分解为不同方向上两个相对简单的直线运动的思路，分别研究不同方向上两个相对简单的直线运动的思路，分别研究物体在这两个方向的运动特点。物体在这两个方向的运动特点。2 2、进行实验、进行实验 方案一方案一竖直方向的自由落体运动竖直方向的自由落体运动竖直方向运动特点竖直方向运动特点水平方向的匀速直线运动水平方向的匀速直线运动水平方向运动特点水平方向运动特点方案二方案二1.1.探究平抛运动竖直分运动的特点探究平抛运动竖直分运动的特点器材：器材：弹性金属片弹性金属片小球小球A A平抛运动仪平抛运动仪小球小球B B 小锤小锤小锤，小锤，2 2个金属小球，平抛运个金属小球，平抛运动仪，频闪照相机动仪，频闪照相机实验过程实验过程:(1)(1)用小锤敲击弹性金属片，小球用小锤敲击弹性金属片，小球A A沿水平方向飞出，做沿水平方向飞出，做平抛运动；同时小球平抛运动；同时小球B B被释放，做自由落体运动，观察两被释放，做自由落体运动，观察两球的运动轨迹，比较它们落地时间的先后球的运动轨迹，比较它们落地时间的先后(2)(2)改变敲击弹性金属片的力度，从而改变改变敲击弹性金属片的力度，从而改变A A球的水平初球的水平初速度判断并观察比较两球落地的时间和运动轨迹速度判断并观察比较两球落地的时间和运动轨迹(3)(3)观察结果：可以观察到两个小球同时落地改变小球观察结果：可以观察到两个小球同时落地改变小球距地面的高度和小锤击打的力度，两个小球仍同时地距地面的高度和小锤击打的力度，两个小球仍同时地(4)(4)实验结论：平抛运动的竖直分运动是自由落体运动实验结论：平抛运动的竖直分运动是自由落体运动实验也可以通过听两个小球落地声音来判断两个小球是实验也可以通过听两个小球落地声音来判断两个小球是否同时落地，若两个小球落地时只有一个声音，表明两否同时落地，若两个小球落地时只有一个声音，表明两个小球同时落地个小球同时落地2 2：探究平抛运动水平分运动的特点：探究平抛运动水平分运动的特点实验器材：平抛运动实验器，小钢球，刻实验器材：平抛运动实验器，小钢球，刻度尺，白纸，复写纸，度尺，白纸，复写纸，2 2块三角板，铅笔块三角板，铅笔实验过程实验过程:(1)(1)按照如图所示安装实验装置按照如图所示安装实验装置(2)(2)将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上(3)(3)调节斜槽调节斜槽M M末端水平末端水平(4)(4)让钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞让钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出后做平抛运动钢球落到倾斜的挡板上后，出后做平抛运动钢球落到倾斜的挡板上后，就会挤压复写纸，在白纸上留下印迹就会挤压复写纸，在白纸上留下印迹(5)(5)上下调节挡板上下调节挡板N N，通过多次实验，在白纸上记录钢球所，通过多次实验，在白纸上记录钢球所经的多个位置经的多个位置(6)(6)用平滑曲线把这些印迹连接起来，就得到钢球做平抛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运动的轨迹(7)(7)根据轨迹确定水平分运动的规律根据轨迹确定水平分运动的规律根据步骤根据步骤1 1得出的平抛运动在竖直方向分运动的自由落得出的平抛运动在竖直方向分运动的自由落体运动规律，取体运动规律，取“相等的时间间隔相等的时间间隔”。根据自由落体运根据自由落体运动的位移公式动的位移公式h hgtgt2 2/2/2我们可以得出，在相邻相等的时我们可以得出，在相邻相等的时间间隔内物体所发生的位移之比为间间隔内物体所发生的位移之比为1:3:5:(21:3:5:(2n n1)1)，那么我们就可以从坐标系的纵轴上选取长度分别那么我们就可以从坐标系的纵轴上选取长度分别h,h,3 3h,h,5 5h h的相邻线段，即选取纵坐标分别为的相邻线段，即选取纵坐标分别为h,h,4 4h,h,9 9h h的三个点，如的三个点，如图所示图所示在平抛的轨迹上找出水平分运动在平抛的轨迹上找出水平分运动在相邻相等的时间间隔里所到达的在相邻相等的时间间隔里所到达的位置，例如位置，例如O O、A A、B B、C C等点，就找等点，就找出了水平分运动在相邻相等的时间出了水平分运动在相邻相等的时间间隔内所发生的位移间隔内所发生的位移相等时间内水平方向的位移在实相等时间内水平方向的位移在实验误差允许的范围内相等，进而确验误差允许的范围内相等，进而确定水平分运动的规律是匀速直线运定水平分运动的规律是匀速直线运动动注意事项：注意事项：(1)(1)为了保证实验精度，必须保证背板处于竖直平面内，为了保证实验精度，必须保证背板处于竖直平面内，使平抛轨道的平面靠近板面。使平抛轨道的平面靠近板面。(2)(2)小球每次必须从斜槽上同一位置由静止落下小球每次必须从斜槽上同一位置由静止落下(3)(3)坐标原点：坐标原点不是槽口的端点，应是小球出坐标原点：坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时球心在背板上的投影点槽口时球心在背板上的投影点误差分析：误差分析：(1)(1)安装斜槽时，其末端不水平安装斜槽时，其末端不水平(2)(2)钢球做平抛运动时受空气阻力影响钢球做平抛运动时受空气阻力影响(3)(3)钢球每次滚下的初位置不相同钢球每次滚下的初位置不相同(4)(4)建立坐标系时，误将斜槽口在背板上的投影点作建立坐标系时，误将斜槽口在背板上的投影点作为坐标原点为坐标原点.1 1、实验器材、实验器材斜槽、小球、木板、白纸斜槽、小球、木板、白纸（可先画上坐标格）、图钉、（可先画上坐标格）、图钉、铅垂线、刻度尺、铅笔等。铅垂线、刻度尺、铅笔等。探究描轨迹方法：探究描轨迹方法：安装斜槽有何要求安装斜槽有何要求？为什么这样要求？为什么这样要求？斜槽末端斜槽末端切线水平切线水平实验步骤实验步骤可用平衡法调整斜槽末端水平可用平衡法调整斜槽末端水平:即将小球轻放在斜槽平直部分的即将小球轻放在斜槽平直部分的末端附近，调整斜槽，若小球能末端附近，调整斜槽，若小球能在平直轨道上水平部分任意位置在平直轨道上水平部分任意位置静止，就表明斜槽末端已调水平。静止，就表明斜槽末端已调水平。再用小磁铁把白纸、复写纸再用小磁铁把白纸、复写纸固定在背板上固定在背板上1.1.安装调整斜槽：安装调整斜槽：2.2.调整背板：用悬挂在槽口的重垂线把背板调整到竖调整背板：用悬挂在槽口的重垂线把背板调整到竖直方向，即直方向，即利用重垂线，调节背板，使其与重垂线平利用重垂线，调节背板，使其与重垂线平行，行，这样就保证这样就保证背背板平面与小球下落的竖直面平行，板平面与小球下落的竖直面平行，然后把重垂线方向记录到固定在然后把重垂线方向记录到固定在背背板的白纸上。板的白纸上。3.3.确定坐标原点确定坐标原点O O：把小球放在槽口处，用铅把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口时球心笔记下小球在槽口时球心在白纸上的水平投影点在白纸上的水平投影点O O，O O即为坐标原点。即为坐标原点。怎样确定坐标原点怎样确定坐标原点？4.4.描绘运动轨迹：描绘运动轨迹：调整接球挡板：把接球挡调整接球挡板：把接球挡板拉到最上方一格的位置；板拉到最上方一格的位置；确定小球释放点：选择一个小球在斜确定小球释放点：选择一个小球在斜槽上合适的位置由静止释放，以一定的槽上合适的位置由静止释放，以一定的初速度由轨道的平直部分水平抛出；初速度由轨道的平直部分水平抛出；获取印迹点：落的钢球打在向背板倾斜的接球挡板上，获取印迹点：落的钢球打在向背板倾斜的接球挡板上，同时在背板上留下一个印迹点。再将接球挡板向下拉一同时在背板上留下一个印迹点。再将接球挡板向下拉一格，重复上述操作方法，打出第二个印迹点，如此继续格，重复上述操作方法，打出第二个印迹点，如此继续下拉接球挡板，直至最低点，即可得到平抛的钢球下落下拉接球挡板，直至最低点，即可得到平抛的钢球下落时的一系列迹点。时的一系列迹点。小球每次的释放位小球每次的释放位置与状态是否相同置与状态是否相同？需保证小球每次从斜槽上同一位置由静止开始滚下。需保证小球每次从斜槽上同一位置由静止开始滚下。y y y yx x x x1 13 3M MN N实验结论：实验结论：平抛运动在水平方向上是匀速直线运动，竖直方平抛运动在水平方向上是匀速直线运动，竖直方向的速度大小不影响平抛运动在水平方向的运动。向的速度大小不影响平抛运动在水平方向的运动。O O5 5注意事项注意事项 保证斜槽末端点的切线水平，方木板竖直。保证斜槽末端点的切线水平，方木板竖直。小球每次从斜槽上同一位置滚下。小球每次从斜槽上同一位置滚下。坐标原点不是槽口的端点，而是小球在槽口时球心在坐标原点不是槽口的端点，而是小球在槽口时球心在背板上的水平投影点。背板上的水平投影点。OO球心是小球实际平抛的起点球心是小球实际平抛的起点1.1.判断平抛运动的轨迹是不是抛物线判断平抛运动的轨迹是不是抛物线如图所示，在如图所示，在 x x 轴上作出几个等距离轴上作出几个等距离的点的点 A A1 1、A A2 2、A A3 3、，把，把线段线段OAOA1 1 的的长度记为长度记为ll，则则OAOA2 22 2ll，OAOA3 33 3ll，由，由A A1 1、A A2 2、A A3 3、向下作垂线向下作垂线，与，与轨迹的轨迹的交点记为交点记为M M1 1、M M2 2、M M3 3、。若轨迹。若轨迹是一是一条抛物线，则各条抛物线，则各点的点的 y y 坐标和坐标和 x x 坐标应该具有坐标应该具有 y yaxax2 2的形的形式（式（a a 是是待定常量），用刻度尺测量某点的待定常量），用刻度尺测量某点的 x x、y y 两个坐标值，两个坐标值，代代入入y yaxax2 2 求出求出a a。再测量其他几个点的。再测量其他几个点的x x、y y坐标值，坐标值，代入代入y yaxax2 2，若在若在误差范围内都满足这个关系式，则误差范围内都满足这个关系式，则这条曲线是一条抛物线。这条曲线是一条抛物线。2.2.求小球平抛的初速度求小球平抛的初速度 v v0 0：将各点坐标值代入将各点坐标值代入 v v0 0 x x 求出平抛的初速度求出平抛的初速度 v v0 0。记录各点求得的初速度，最后算出初速度记录各点求得的初速度，最后算出初速度 v v0 0 的平均值，并做好记录。的平均值，并做好记录。在所描绘的轨迹曲线上选取在所描绘的轨迹曲线上选取 A A、B B、C C、D D、E E、F F 六个六个不同不同的点，测出它的点，测出它们的坐标值。们的坐标值。例例1.1.在在“研究平抛物体的运动研究平抛物体的运动”的实验中：的实验中：(1)(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，检查方法是方向，检查方法是_。(2)(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水平线和竖直线作为x x轴和轴和y y轴，竖直线是用轴，竖直线是用_来确定的。来确定的。(3)(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余操作时准确无误，只有一处失误，即是和其余操作时准确无误，只有一处失误，即是_。(4)(4)该同学在轨迹上任取一点该同学在轨迹上任取一点M M，测得坐标为，测得坐标为(x x，y y)，则初速度的测量值为，则初速度的测量值为_，测量值比真实值要测量值比真实值要_(_(填填“偏大偏大”“偏小偏小”或或“不变不变”)”)。练习练习.平抛物体的运动规律可以概括为两点：平抛物体的运动规律可以概括为两点：水平方水平方向做匀速直线运动；向做匀速直线运动；竖直方向做自由落体运动。如竖直方向做自由落体运动。如图所示为研究平抛运动的实验装置，现把两个小铁球图所示为研究平抛运动的实验装置，现把两个小铁球分别吸在电磁铁分别吸在电磁铁C C、E E上，然后切断电磁铁上，然后切断电磁铁C C的电源，使的电源，使一个小铁球从轨道一个小铁球从轨道A A射出，并在射出时碰到碰撞开关射出，并在射出时碰到碰撞开关S S，使电磁铁，使电磁铁E E断电释放它吸着的小铁球，两铁球同时落断电释放它吸着的小铁球，两铁球同时落到地面。这个实验（）到地面。这个实验（）A A只能说明上述规律中的第只能说明上述规律中的第条条B B只能说明上述规律中的第只能说明上述规律中的第条条C C不能说明上述规律中的任何一条不能说明上述规律中的任何一条D D能同时说明上述两条规律能同时说明上述两条规律B练习练习.某同学设计了一个探究平抛运动特点的家庭实验装置。如图所示，某同学设计了一个探究平抛运动特点的家庭实验装置。如图所示，在水平桌面上放置一个斜面，把桌子搬到墙的附近，把白纸和复写纸附在在水平桌面上放置一个斜面，把桌子搬到墙的附近，把白纸和复写纸附在墙上。第一次让桌子紧靠墙壁，从斜面上某一位置由静止释放钢球，在白墙上。第一次让桌子紧靠墙壁，从斜面上某一位置由静止释放钢球，在白纸上得到痕迹纸上得到痕迹A A，以后每次将桌子向后移动相同的距离，以后每次将桌子向后移动相同的距离x x，每次都让钢球从，每次都让钢球从斜面的同一位置滚下，重复刚才的操作，依次在白纸上留下痕迹斜面的同一位置滚下，重复刚才的操作，依次在白纸上留下痕迹B B、C C、D D，测得，测得ABAB、BCBC、CDCD间的距离分别为间的距离分别为y1y1、y2y2和和y3y3，设小钢球离开水平桌面运，设小钢球离开水平桌面运动后运动到痕迹动后运动到痕迹B B、C C、D D的时间分别为的时间分别为t1t1、t2t2和和t3.t3.下列关于本实验的操作下列关于本实验的操作或判断错误的是（）或判断错误的是（）A A实验前应对实验装置反复调节，直到桌面与实验前应对实验装置反复调节，直到桌面与重锤线垂直重锤线垂直B B每次让小球从同一位置由静止释放，是为了每次让小球从同一位置由静止释放，是为了具有相同的水平初速度具有相同的水平初速度C C如果操作与测量正确，可得如果操作与测量正确，可得y y1 1yy2 2yy3 3=123=123D D如果操作与测量正确，可得如果操作与测量正确，可得t t1 1tt2 2tt3 3=123=123C练习练习.如图，研究平抛运动时，两个完全相同的弧形轨道如图，研究平抛运动时，两个完全相同的弧形轨道M M、N N，分别用于发射小铁球分别用于发射小铁球P P、Q Q，其中其中N N的末端可看作与光滑的末端可看作与光滑的水平板相切，现将小铁球的水平板相切，现将小铁球P P、Q Q同时释放，以相同的初速同时释放，以相同的初速度度v v0 0分别从轨道分别从轨道M M、N N的末端射出仅改变弧形轨道的末端射出仅改变弧形轨道M M的高度，的高度，重复上述实验，总能观察到重复上述实验，总能观察到P P球击中球击中Q Q球，球，则（则（）A A.说明说明P P球在离开轨道后水平球在离开轨道后水平方方 向的向的分运动是匀速直线运动分运动是匀速直线运动B.B.说明说明P P球在离开轨道后水平球在离开轨道后水平方方 向的向的分运动是匀加速直线运分运动是匀加速直线运C.C.说明说明P P球在离开轨道后竖直球在离开轨道后竖直方方 向的向的分运动是自由落体运动分运动是自由落体运动D.D.能同时说明上述选项能同时说明上述选项A A、C C所述的规律所述的规律A练习练习如图所示，两个相同的弧形轨道如图所示，两个相同的弧形轨道M M、N N，分别用于发射小铁球，分别用于发射小铁球P P、Q Q，两，两轨道上端分别装有电磁铁轨道上端分别装有电磁铁C C、D D，电磁铁，电磁铁E E装在与轨道装在与轨道M M最低点等高处的某一最低点等高处的某一|水平位置。调节水平位置。调节C C、D D高度，使，将小铁球高度，使，将小铁球P P、Q Q、R R分别吸在电磁铁分别吸在电磁铁C C、D D、E E上，然后同时切断上，然后同时切断C C、D D电源，电源，P P、Q Q从弧形轨道滚下，当小球从弧形轨道滚下，当小球P P运动到圆弧运动到圆弧末端时由装置切断末端时由装置切断E E电源，小铁球电源，小铁球R R开始下落，改变弧形轨道开始下落，改变弧形轨道M M的高度以及的高度以及电磁铁电磁铁E E的位置，再进行若干次调整，经过多次实验发现，的位置，再进行若干次调整，经过多次实验发现，P P、Q Q、R R三球同三球同时在水平面相撞。下列说法和做法正确的是（时在水平面相撞。下列说法和做法正确的是（）A A实验说明小铁球实验说明小铁球P P离开轨道做平抛运动在竖直方离开轨道做平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动向的分运动是自由落体运动B B实验说明小铁球实验说明小铁球P P离开轨道做平抛运动在水平方离开轨道做平抛运动在水平方向的分运动是匀速直线运动向的分运动是匀速直线运动C C若实验时发现小铁球若实验时发现小铁球P P、R R在空中相撞而不能同时在空中相撞而不能同时击中水平的小铁球击中水平的小铁球Q Q，为了使三球同时相撞，可以适，为了使三球同时相撞，可以适当将电磁铁当将电磁铁E E向右移动一段距离向右移动一段距离D D若实验时发现小铁球若实验时发现小铁球P P、R R在空中相撞而不能同时在空中相撞而不能同时击中水平的小铁球击中水平的小铁球Q Q，为了使三球同时相撞，可以适，为了使三球同时相撞，可以适当将电磁铁当将电磁铁E E向左移动一段距离向左移动一段距离ABC