【高中物理】实验：研究平抛运动的特点 课件 高一下学期物理人教版（2019）必修第二册.pptx

首先要突出说明的是选题的现实价值，每一个研究的目的都是为了指导现实生活，一定要讲清本选题的研究有什么实际作用、解决什么问题；其次再写课题的理论和学术价值。5.3实验：探究平抛运动的特点第五章第五章 抛体运动抛体运动导入新课在前面我们学习了曲线运动的描述以及物体做曲线运动的条件。今天我们来学习曲线运动中特殊的运动抛体运动并且通过实验描绘出平抛运动的轨迹，大家可以猜测平抛运动的轨迹有什么特点？抛体运动011抛体运动抛体运动：以一定的速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，以一定的速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受物体只受重力重力的的作用，这时的作用，这时的运动运动叫作叫作抛体运动抛体运动。v0v0v0竖直上抛运动竖直上抛运动平抛运动平抛运动斜抛运动斜抛运动2平抛运动平抛运动：初速度沿水平方向初速度沿水平方向的抛体运动就叫作平抛运动的抛体运动就叫作平抛运动。条件条件:初速度沿初速度沿水平水平水平水平方向；方向；忽略空气阻力，忽略空气阻力，只受重力。只受重力。性质：性质：匀变速曲线运动匀变速曲线运动v0G水平抛出的石子水平喷出的水柱沿桌面飞出的小球实验02 即即：如如果果我我们们能能把把这这个个复复杂杂的的曲曲线线运运动动分分解解为为两两个个相相对对简简单单的的、我我们们比较熟悉的直线运动，或许就能找到平抛运动的特点。比较熟悉的直线运动，或许就能找到平抛运动的特点。沿沿竖竖直直方方向向和和水水平平方方向向分分解解。如如果果这这两两个个分分运运动动研究清楚了，平抛运动的规律自然就清楚了。研究清楚了，平抛运动的规律自然就清楚了。平抛运动是曲线运动，平抛运动是曲线运动，比较复杂比较复杂，那么我们应该采取什么样的方法来研究那么我们应该采取什么样的方法来研究平抛运动呢？平抛运动呢？化曲为直化曲为直运动的分解运动的分解等效替代等效替代1.平抛运动可以分解为哪两个方向的运动？平抛运动可以分解为哪两个方向的运动？2.水平方向和竖直方向分运动分别是什么样的运动？水平方向和竖直方向分运动分别是什么样的运动？方案：描轨迹法方案：描轨迹法【实验目的实验目的】1.用实验的方法用实验的方法描出描出平抛运动的轨迹平抛运动的轨迹（重点）（重点）。2.判断判断平抛运动的轨迹是否为抛物线。平抛运动的轨迹是否为抛物线。3.根据平抛运动的轨迹根据平抛运动的轨迹求其求其初速度初速度（难点）（难点）。1.利用利用描迹法描迹法(追踪法追踪法)逐点描出小球运动的轨迹。逐点描出小球运动的轨迹。2.建立建立坐标系坐标系，如果轨迹上各点的，如果轨迹上各点的y坐标与坐标与x坐标间的关系具坐标间的关系具有有y=ax2的形式的形式(a是一个常量是一个常量)，则轨迹是一条抛物线。，则轨迹是一条抛物线。3.测出轨迹上某点的测出轨迹上某点的坐标坐标x、y，据，据x=v0t、y=得初速度得初速度【实验原理实验原理】【实验器材实验器材】斜槽、小球、木板、白纸（坐标纸）、图钉、铅垂线、刻度尺、铅笔等。斜槽、小球、木板、白纸（坐标纸）、图钉、铅垂线、刻度尺、铅笔等。斜斜 槽槽小小 球球白白 纸纸 木木 板板铅垂线铅垂线铁铁架架台台1.调节斜槽末端水平：调节斜槽末端水平：可用可用平衡法平衡法调整斜槽末端水平调整斜槽末端水平:即将小球轻放在斜槽平直部分的末端附近，即将小球轻放在斜槽平直部分的末端附近，调整斜槽，若小球调整斜槽，若小球能在平直轨道上水平部分任意位置静止能在平直轨道上水平部分任意位置静止，就表明斜槽末端已，就表明斜槽末端已调水平。调水平。安装斜槽为什么这样要求？安装斜槽为什么这样要求？斜槽末端切线水平斜槽末端切线水平【实验步骤实验步骤】也可将小球放在斜槽末端，轻轻将其向两边各拨也可将小球放在斜槽末端，轻轻将其向两边各拨动一次，看其是否有明显的运动倾向。精细的检查方动一次，看其是否有明显的运动倾向。精细的检查方法是用水平仪调整。法是用水平仪调整。问问题题2.2.调整木板竖直：用悬挂在槽口的重垂线把木板调整到调整木板竖直：用悬挂在槽口的重垂线把木板调整到竖直方向竖直方向,即利用重垂线，即利用重垂线，调节木板，使其与重垂线平行，调节木板，使其与重垂线平行，这样就保证木板这样就保证木板平面与小球下落的竖直面平行且平面与小球下落的竖直面平行且靠近靠近,固定好木板固定好木板;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.安装白纸安装白纸(坐标纸坐标纸)和复写纸：再用小磁铁或图钉把白纸、复写纸固定在木板上。和复写纸：再用小磁铁或图钉把白纸、复写纸固定在木板上。【注意注意】不同的实验器材，第不同的实验器材，第2、3步可以互换顺序。步可以互换顺序。4.确定坐标轴：小球在斜槽末端时，小球球心在白纸上的投影为原点（把确定坐标轴：小球在斜槽末端时，小球球心在白纸上的投影为原点（把小球放在槽口处小球放在槽口处,用铅笔记下用铅笔记下小球在槽口时球心在木板上的水平投影点小球在槽口时球心在木板上的水平投影点O,O即即为坐标原点为坐标原点（不是槽口端点）（不是槽口端点）,再利用铅垂线在纸上画出通过再利用铅垂线在纸上画出通过O点的竖直点的竖直线线,即即y轴，用三角板画出水平方向的轴，用三角板画出水平方向的x轴）轴）Oy坐标原点（平抛起点）坐标原点（平抛起点）球心在坐标纸的投影球心在坐标纸的投影oyx5.确定小球的释放点：同一组实验应使小球在确定小球的释放点：同一组实验应使小球在同一位置同一位置释放；释放；选择一个小球在斜选择一个小球在斜槽上槽上合适的位置合适的位置由由静止释放静止释放,使小球运动轨迹使小球运动轨迹大致经过白纸的右下角大致经过白纸的右下角。6.描绘运动轨迹：挡板在描绘运动轨迹：挡板在不同高度不同高度时记录小球撞击点时记录小球撞击点（也可以用铅笔记录小球下落过程中的位置）（也可以用铅笔记录小球下落过程中的位置），用平，用平滑的曲线连接。滑的曲线连接。上下移动接球挡板，当球撞击接球挡上下移动接球挡板，当球撞击接球挡板时就会在坐标纸上印下相应的黑点，就记下了小球板时就会在坐标纸上印下相应的黑点，就记下了小球球心所对应的位置。球心所对应的位置。用同样的方法用同样的方法,从从同一位置同一位置释放小释放小球球,在小球运动路线上描下若干点在小球运动路线上描下若干点,然后将这些点用平滑然后将这些点用平滑曲线描绘出来曲线描绘出来.取下白纸，以取下白纸，以O点为原点画出竖直向下的点为原点画出竖直向下的y轴和水平向右的轴和水平向右的x轴，用平滑的曲轴，用平滑的曲线把这些位置连接起来即得小球做平抛运动的轨迹。线把这些位置连接起来即得小球做平抛运动的轨迹。在竖直方向由原点（抛出点）开始连续截取四段位移OE、OF、OG、OH分别为h、4h、9h、16h。在轨迹曲线上找到相对应的位置，并在水平方向上标出对应的点，并测量四段位移OA、AB、BC、CD的长度。【数据处理数据处理】结论：在误差允许范围内结论：在误差允许范围内,四段位移近似相等，四段位移近似相等，即即A AB=BC=CD=DEB=BC=CD=DEX4X3X2X1yh5h3h7hxO在在平平抛抛运运动动的的轨轨迹迹上上，在在竖竖直直方方向向由由原原点点（抛抛出出点点）开开始始连连续续截截取取四四段段竖竖直直位位移移为为h、3h、5h，它它们们对对应应的的四段水平位移相等。四段水平位移相等。说明说明：平抛运动可分解为：平抛运动可分解为水平方向水平方向的匀的匀速直线运动和速直线运动和竖直方向竖直方向的自由落体运动。的自由落体运动。1.判断平抛运动的轨迹是否为判断平抛运动的轨迹是否为抛物线抛物线(2)图像法图像法:建立建立y-x2坐标系坐标系,根据所测量的根据所测量的各个点的各个点的x坐标值计算出对应的坐标值计算出对应的x2值值,在坐在坐标系中描点标系中描点,连接各点看是否在一条直线连接各点看是否在一条直线上上,若大致在一条直线上若大致在一条直线上,则说明平抛运动则说明平抛运动的轨迹是抛物线。的轨迹是抛物线。(1)代数计算法代数计算法:将各点将各点(如如M2点点)的坐标的坐标(x,y)代入代入y=ax2求出常数求出常数a,看计算得到的看计算得到的a值在误差允许的范围内是否是一个常数值在误差允许的范围内是否是一个常数。原原点点为为抛抛出出点点2.计算计算平抛运动的初速度平抛运动的初速度v0 xyxyOxyx1x2y1y2原原点点不不是是抛抛出出点点1.安装斜槽时安装斜槽时,其末端切线不水平其末端切线不水平,导致小球离开斜槽后不做平抛运动。导致小球离开斜槽后不做平抛运动。2.建立坐标系时建立坐标系时,坐标原点的位置确定不准确坐标原点的位置确定不准确,导致轨迹上各点的坐标不准确。导致轨迹上各点的坐标不准确。3.小球每次自由滚下时起始位置不完全相同小球每次自由滚下时起始位置不完全相同,导致轨迹出现误差。导致轨迹出现误差。4.确定小球运动的位置时不准确确定小球运动的位置时不准确,会导致误差。会导致误差。5.量取轨迹上各点坐标时不准确量取轨迹上各点坐标时不准确,会导致误差。会导致误差。【误差分析误差分析】1.实验中必须调整斜槽末端的实验中必须调整斜槽末端的切线水平切线水平,以使小球离开斜槽后做平抛运动。以使小球离开斜槽后做平抛运动。2.方木板必须处于方木板必须处于竖直竖直平面内平面内,并使小球的运动并使小球的运动靠近坐标纸但不接触靠近坐标纸但不接触。3.小球每次必须从斜槽上小球每次必须从斜槽上同一位置同一位置无初速度无初速度滚下。以保证重复实验时，小球做平滚下。以保证重复实验时，小球做平抛运动的初速度相等。抛运动的初速度相等。【注意事项注意事项】4.坐标原点不是槽口的端点坐标原点不是槽口的端点,应是小球出槽口时球心在木应是小球出槽口时球心在木板上的投影点。板上的投影点。5.小球开始滚下的位置高度要适中小球开始滚下的位置高度要适中,一般以使小球平抛运一般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。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在轨迹上选取离坐标原点O点较远的一些点来计算初速点较远的一些点来计算初速度。这样可以减小相对误差。度。这样可以减小相对误差。归纳总结归纳总结1.1.条件：条件：初速度沿水平方向初速度沿水平方向 只受重力作用只受重力作用2.2.运动性质：运动性质：匀变速曲线运动（匀变速曲线运动（a=ga=g）3.3.受力特点：受力特点：平抛运动平抛运动水平方向：水平方向：不受力不受力竖直方向：竖直方向：仅受重力仅受重力4.4.研究方法研究方法:运动的合成与分解运动的合成与分解实验实验目的目的1.用实验的方法描出平抛运动的轨迹，并判断其轨迹是否为用实验的方法描出平抛运动的轨迹，并判断其轨迹是否为抛物线抛物线；2.根据平抛运动的轨迹求其根据平抛运动的轨迹求其初速度初速度。课堂小结课堂小结1.利用利用追踪法追踪法逐点描出小球运动的轨迹。逐点描出小球运动的轨迹。2.建立建立坐标系坐标系，如果轨迹上各点的，如果轨迹上各点的y坐标与坐标与x坐标间的关系具坐标间的关系具有有y=ax2的形式的形式(a是一个常量是一个常量)，则轨迹是一条抛物线。，则轨迹是一条抛物线。3.测出轨迹上某点的测出轨迹上某点的坐标坐标x、y，据，据x=v0t、y=得初速度得初速度实验实验原理原理探究平抛运动的特点平抛：平抛：物体以一定的初速度沿水平方向抛出，只受重力作用的曲线运动。物体以一定的初速度沿水平方向抛出，只受重力作用的曲线运动。典例分析031判断下列说法的正误。（1）做抛体运动的物体只受重力，所以加速度保持不变。()（2）水平抛出的物体，做变加速曲线运动。()（3）平抛运动的初速度越大，物体下落得越快。()（4）做平抛运动的物体，下落时间越长速度越大。()正确错误错误错误2如图所示，在探究平抛运动规律的实验中，用小锤打击弹性金属片，A球沿水平方向抛出，同时B球由静止开始下落，可观察到两小球同时落地。实验中B球做_（选填“自由落体”或“匀速直线”）运动；改变装置距地面的高度和打击的力度，多次实验，都能观察到两小球同时落地，说明A球在竖直方向的分运动是_（选填“自由落体”或“匀速直线”）运动。自由落体自由落体3如图所示，是两个研究平抛运动的演示实验装置，对于这两个演示实验的认识。（1）甲图中，两球同时落地，说明平抛小球_（2）乙图中，两球恰能相遇，说明_甲图中，两球同时落地，说明平抛小球在竖直方向上做自由落体运动乙图中，两球恰能相遇，说明平抛小球在水平方向上做匀速运动4关于物体运动情况的描述，以下说法不正确的是（）A当物体做曲线运动时，所受的合外力一定不为零B平抛运动是加速度不变的运动C匀变速运动一定是直线运动D当物体速度为零时，加速度可能不为零C5跳台滑雪主要分为4个阶段，助滑阶段、起跳阶段、飞行阶段和落地阶段在飞行阶段，运动员会采取一种身体向前倾，同时滑雪板向前分开呈“V”字型的经典姿势，如图所示这种姿势能够加大运动员与下方空气接触的面积，并且还可以让身体和雪板与水平方向呈最为理想的夹角，就像飞机起飞一样，从而获得较大的空气托举力关于运动员在飞行阶段采用“V”字型姿势，下列说法正确的是（）A可以增加水平方向的飞行速度B可以增加竖直方向的加速度C可以增加运动员的机械能D可以获得更长的飞行时间【详解】运动员在飞行阶段采用“V”字型姿势是为了增加身体与下方空气的接触面积，从而增加空气对身体的“托举力”，根据牛顿第二定律可知，运动员在竖直方向做加速运动的加速度将减小，从而增加了在空中飞行的时间。故选D。检测041如图所示，在向左匀速行驶的火车窗口，释放一物体，由站在地面上的人来看，该物体的运动轨迹是（）ABCDA2两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）甲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；让A、B球恢复初始状态，用较大的力敲击弹性金属片，即改变A球被弹出时的速度，实验可观察到的现象应是_。上述现象说明平抛运动的竖直分运动是_。两球同时落地自由落体运动（2）乙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的末端与可看作光滑的水平板相切，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ACBD从而保证小铁球P、Q在轨道出口处的水平初速度相等，现将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小铁球能以相同的初速度同时分别从轨道M、N的下端射出，实验可观察到的现象应是_，仅仅改变弧形轨道M的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，上述现象说明平抛运动的水平分运动是_。两球相碰匀速运动3小明同学用如图所示的装置进行实验，用小锤击打弹性金属片，A球沿水平方向飞出，同时B球自由落下。多次改变小球距地面的高度和打击的力度，均可观察到两球同时落地，则该实验说明A球（）A在水平方向上做匀速直线运动B在水平方向上做匀变速直线运动C在竖直方向上做匀速直线运动D在竖直方向上做自由落体运动D4如图所示，在研究平抛运动时，小球A沿轨道滑下，离开轨道末端（末端水平）时撞开轻质接触式开关S，被电磁铁吸住的小球B同时自由下落，改变整个装置的高度H做同样的实验，发现位于同一高度的A、B两球总是同时落地，该实验现象说明了A球在离开轨道后（）A不能说明水平方向的分运动是匀速直线运动B能说明水平方向的分运动是匀速直线运动C能说明竖直方向的分运动是自由落体运动D不能说明竖直方向的分运动是自由落体运动AC5飞行员驾驶飞机沿水平直线匀速飞行，投弹轰炸一地面目标，他想看看投弹是否准确，下列说法中正确的（）A不计空气阻力时，飞行员应竖直向下观察，方可看见目标爆炸情况B不计空气阻力时，飞行员应向后下方观察，方可看见目标爆炸情况C空气阻力不能忽略时，飞行员应向前下方观察，方可看见目标爆炸情况D空气阻力不能忽略时，飞行员应向后下方观察，方可看见目标爆炸情况AD6平抛运动的规律可以用如图所示的实验形象描述。小球从坐标原点O水平抛出，做平抛运动。两束光分别沿着与坐标轴平行的方向照射小球，在两个坐标轴上留下了小球的两个影子。两个影子的位移x、y和速度、描述了物体在x、y方向上的运动，若从小球自O点抛出开始计时，下列图像中正确的是：（）AB CD【答案】AD