2020版高考物理人教版山东一轮复习课件：实验5 探究平抛运动的特点(共34张PPT).ppt

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1、实验5探究平抛运动的特点,-2-,一、实验目的1.用实验与理论进行探究、分析,认识平抛运动的规律;2.用实验方法描出平抛物体的运动轨迹;3.根据平抛运动的轨迹确定平抛物体的初速度。二、实验方案方案1:描迹探究法因为物体在不同方向上的分运动具有同时性,只要研究物体在两个方向上的位移关系弄清物体的运动轨迹,适当引进时间参数,便可以由一个方向的运动推知另一个方向的运动。(1)描出平抛物体运动的轨迹。(2)研究水平运动和竖直运动的相互关系,印证猜想是否正确。,-3-,方案2:对比实验法对比实验法即将平抛运动和自由落体同时进行对比。(1)创设一个情景,让物体做平抛运动的同时,另一个物体以相同的初速度在水

2、平面上做匀速直线运动,并且使两个物体运动的初始位置在同一竖直线上。若两个物体在运动过程始终在同一条竖直线上,或者平抛运动的物体恰好和匀速直线运动的物体相遇,便可以说明平抛运动的物体在水平方向的运动和匀速直线运动一样,是匀速直线运动,否则便不是。(2)创设一个情景,让物体做平抛运动的同时,另一个物体从同一位置做自由落体运动。若两个物体的运动过程始终在同一条水平线上,或者平抛运动的物体恰好和自由落体运动的物体同时落地,便可以说明平抛运动的物体在竖直方向的运动和自由落体运动一样,是自由落体运动,否则便不是。,-4-,三、实验步骤1.安装调整斜槽:用图钉把白纸钉在竖直板上,在木板的左上角固定斜槽,可用

3、平衡法调整斜槽,即将小球轻放在斜槽平直部分的末端处,能使小球在平直轨道上的任意位置静止,就表明已调好。2.调整木板:用悬挂在槽口的重垂线把木板调整到竖直方向,并使木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钉在木板的白纸上,固定木板,使在重复实验的过程中,木板与斜槽的相对位置保持不变。3.确定坐标系:把小球放在槽口处,用铅笔记下球在槽口时球心在图板上的水平投影点O,O点即为坐标原点(O点不是槽口的端点)。用铅笔记录在白纸上。用重垂线确定Y轴。,-5-,4.描绘运动轨迹:在木板的平面上用手按住卡片,使卡片上有孔的一面保持水平,调整卡片的位置,使从槽上滚下的小球正好穿过卡片的孔,而不擦碰

4、孔的边缘,然后用铅笔在卡片的缺口上点个黑点,这就在白纸上记下了小球穿过孔时球心所对应的位置。保证小球每次从斜槽上一固定位置无初速释放,用同样的方法,可找出小球平抛轨迹上的一系列位置。取下白纸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。,-6-,5.计算初速度,如图所示,以O点为原点画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴,并在曲线上选取A、B、C、D、E、F六个不同的点,用刻度尺和三角板测出它们的坐标x和y,用公式x=v0t和y= gt2计算出小球的初速度v0,最后计算出v0的平均值。,-7-,-8-,四、注意事项1.实验中必须保持通过斜槽末端点的切线水平,方木板必须处在竖直面内且与小球

5、运动轨迹所在的竖直平面平行,并使小球的运动靠近图板但不接触。2.小球必须每次从斜槽上同一位置滚下,即在斜槽上固定一个挡板(不要用手放)。3.坐标原点(小球做平抛运动的起点)不是槽口的端点,应是小球在槽口时,球的球心在图板上的水平投影点,即端点上r(小球半径)处。4.要在斜轨上适当的高度释放小球,使它以适当的水平初速度抛出,其轨道由图板左上角到达右下角,这样可以减小测量误差。5.要在平抛轨道上选取距O点远些的点来计算球的初速度,这样可使结果的误差较小。,-9-,五、数据处理1.判断平抛运动的轨迹是不是抛物线如图所示,在x轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3,把线段OA1的长度记为l,则OA2=

6、2l,OA3=3l,由A1、A2、A3、向下作垂线,其与轨迹交点分别记为M1、M2、M3、若轨迹是一条抛物线,则各点的y坐标和x坐标之间应该具有y=ax2的关系(a是待定常量),用刻度尺和三角板分别测量某点的x、y两个坐标值代入y=ax2求出a。再测量其他几个点的x、y坐标值,代入y=ax2,若在误差范围内都满足这个关系式,则这条曲线是一条抛物线。,-10-,2.计算平抛物体的初速度(1)在轨迹曲线上任取几点(如A、B、C、D)。(2)用刻度尺和三角板分别测出所取点的坐标x和y。,-11-,3.判断O点是否是抛出点的方法(1)如图所示,在轨迹上取A、B、C三点,使A、B、C三点的水平坐标满足x

7、OA=xAB=xBC,则说明从O到A、A到B、B到C的时间相等,过A、B、C三点作水平线和y轴相交,得出A、B、C三点的纵坐标值yA、yB、yC。(2)如果有yAyByC=149或yOAyAByBC=135,则说明O点为平抛运动的初始点;若不满足上述比例关系,则说明O点不是平抛运动的起点。,-12-,六、误差分析1.安装斜槽时,其末端切线不平而产生误差。2.建立坐标系时,以斜槽末端端口位置为坐标原点,实际上应以球的球心在图板上的水平投影点为坐标原点。3.数据测量时,测量不准确而产生误差。4.确定小球位置不准确而产生误差。,-13-,命题点一,命题点二,命题点三,实验操作及注意事项典例1在“探究

8、平抛物体运动特点”实验中,某同学在建立直角坐标系时,有一处失误。设他在安装实验装置和进行其余的操作时准确无误。(1)观察如图,可知,他失误之处是。(2)他根据记录建立坐标系,运用教材实验原理测得的平抛初速度值与其真实值相比。(选填“偏大”“相等”或“偏小”)。,-14-,命题点一,命题点二,命题点三,答案 (1)将坐标原点取在槽口处(2)偏大解析 (1)坐标系原点应建在正飞离斜槽槽口的小球重心处,即在槽口正上方r(r为小球半径)处。而该同学却错误地将坐标原点取在槽口处。(2)如图所示,正确的坐标系横轴应建立在x处,原点应在O处。在轨迹上取点P,其坐标值真实值为(x,y),测量值为(x,y),其

9、中yy,x=x当套用课本实验原理而又错取坐标原点时,该同学得到的测量值偏大。,-15-,命题点一,命题点二,命题点三,无论将坐标原点是取在飞离槽口的球心处,还是将原点取在槽口处,只要认清平抛运动在水平方向、竖直方向的运动性质,就可这样处理:如图所示。,-16-,命题点一,命题点二,命题点三,实验数据处理和分析典例2在“探究平抛物体运动的特点”的实验中,某同学记录了运动轨迹上三点A、B、C,如图所示,以A为坐标原点,建立坐标系,各点坐标值已在图中标出,g取10 m/s2。求:(1)小球平抛初速度大小;(2)小球做平抛运动的初始位置坐标。,-17-,命题点一,命题点二,命题点三,答案 (1)1.0

10、 m/s(2)(-10 cm,-5 cm)解析 (1)由A、B、C三点横坐标知,小球从A点运动到B点和从B点运动到C点时间相等,设该时间为T,小球在竖直方向做自由落体运动,由y=gT2得,-18-,命题点一,命题点二,命题点三,-19-,命题点一,命题点二,命题点三,思维点拨平抛运动中,在水平方向上,相同时间通过的水平分位移相等,竖直方向上,从抛出时刻开始算起,连续相等时间间隔的位移比为y1y2y3=135。连续相等时间间隔的位移差为一常数即y=gT2。利用平抛物体两分运动的这些特点,就可以求解已知平抛物体运动轨迹而确定初速度及抛出点坐标。,-20-,命题点一,命题点二,命题点三,实验创新典例

11、3某同学设计了一个探究平抛运动的实验。实验装置示意图如图所示,A是一块平面木板,在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽(图中P0P0、P1P1),槽间距离均为d。把覆盖复写纸的白纸铺贴在硬板B上。实验时依次将B板插入A板的各插槽中,每次让小球从斜轨的同一位置由静止释放。每打完一点后,把B板插入后一槽中并同时向纸面内侧平移距离d。实验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点,如图所示。,-21-,命题点一,命题点二,命题点三,(1)实验前应对实验装置反复调节,直到。每次让小球从同一位置由静止释放,是为了。(2)每次将B板向内侧平移距离d,是为了。(3)在图中绘出小球做平抛运动的轨迹。,-22-,命题点一,命

12、题点二,命题点三,答案 (1)斜槽末端水平保持小球水平抛出的初速度相同(2)保持相邻痕迹点的水平距离大小相同(3)解析 平抛运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。实验前应对实验装置反复调节,直到斜槽末端水平,每次让小球从同一位置由静止释放,是为了保持小球水平抛出的初速度相同。每次将B板向内侧平移距离d,是为了保持相邻痕迹点的水平距离大小相同。,-23-,1.(多选)在做“研究平抛物体运动”实验中,应采取下列哪些措施减小实验误差()A.斜槽轨道末端切线必须水平B.斜槽轨道必须光滑C.每次要平衡摩擦力D.小球每次应从斜槽同一高度释放,答案,解析,-24-,2.(多选)一个学生

13、在“研究平抛物体运动”的实验中描出了如图所示的几个实验点,其中偏差较大的实验点B产生的原因可能是()A.小球滚下的高度较其他各次高B.小球滚下的高度较其他各次低C.小球在运动中遇到其他各次没有遇到的阻碍D.小球开始滚下时,实验者已给它一个初速度,答案,解析,-25-,3.图甲是“探究平抛运动的特点”的实验装置图,通过描点画出平抛小球的运动轨迹。(1)(多选)以下是实验过程中的一些做法,其中合理的有。A.安装斜槽轨道,使其末端保持水平B.每次小球释放的初始位置可以任意选择C.每次小球应从同一高度由静止释放D.为描出小球的运动轨迹,描绘的点可以用折线连接,甲,(2)实验得到平抛小球的运动轨迹,在轨

14、迹上取一些点,以平抛起点O为坐标原点,测量它们的水平坐标x和竖直坐标y,图乙中y-x2图象能说明平抛小球运动轨迹为抛物线的是。,-26-,(3)图丙是某同学根据实验画出的平抛小球的运动轨迹,O为平抛的起点,在轨迹上任取两点A、B,测得A、B两点纵坐标y1=5.0 cm,y2=45.0 cm,A、B两点水平间距x=40.0 cm。则平抛小球的初速度v0为 m/s。,-27-,答案 (1)AC(2)c(3)2.0解析 (1)安装斜槽轨道时,必须使其末端保持水平,保证小球离开轨道后水平飞出。为了描下轨迹上的多个点,实验需重复多次,但每次小球平抛的初速度必须相同,所以每次小球应从同一高度由静止释放。描

15、绘轨迹时,应该用平滑的曲线把描的点连接起来。选项A、C正确。(2)若轨迹为抛物线,则轨迹方程为y=kx2,即y与x2成正比,选项c正确。(3)设从O运动到A、B两点所用时间分别为tA、tB,-28-,4.在探究平抛物体运动的实验中,用一张印有小方格的纸记录轨迹,如图所示。已知小方格的边长为l=1.25 cm,小球在平抛运动途中的几个位置为图中的a、b、c、d所示,g取9.8 m/s2,则(1)小球平抛的初速度的计算式为v0=(用l、g表示),其值是。(2)小球在b点速率大小为。,-29-,解析 (由方格纸上读出有关水平和竖直两个方向的运动信息,进行求解。解此题关键在于对所给图的分析:在竖直方向

16、从a点起,各点间的位移是123,所以a点不是平抛的起点。)解法一:设ab的时间为t,在水平方向因为匀速运动,则有 设在a点其竖直分速度为vy,a和b的高度差为y1,b和c之间为y2;c与d之间为y3,则有:,-30-,-31-,(2)小球由abc时间间隔相同,b为中间时刻,在竖直方向上的分运动b点也是分运动的中间时刻,那么它的y方向分速度大小等于平均速度大小。,-32-,5.(2019海淀区高三年级第一学期期中)如图是研究平抛运动的实验装置示意图,桌面上的小球经压缩状态的弹簧弹开后,飞出桌面做平抛运动。撞到带有白纸和复写纸的竖直长木板上,并留下痕迹A。重复实验,木板依次后退水平距离相同,都为x

17、,小球撞在木板上,留下痕迹B、C,测量A、B、C点到同一点O的距离y1、y2、y3,其中O点与小球抛出时圆心位置等高。,-33-,(1)(多选)关于此实验,以下说法正确的是。A.重复实验时,必须将弹簧压缩到同一位置,再释放小球B.桌面必须保证严格水平C.桌面必须尽量光滑,多次重复实验D.一定会有y1y2y3=149(2)利用题目中所给数据,可得到平抛运动的初速度为v0=(已知当地重力加速度为g)。,-34-,解析 (1)重复实验时,必须将弹簧压缩到同一位置,再释放小球,以保证每次弹出的初速度都相同,选项A正确;桌面必须保证严格水平,以保证小球做平抛运动,选项B正确;桌面光滑与否与实验精度无关,只要弹出时速度相同即可,选项C错误;由于竖直板的初始位移与抛出点的距离不一定是x,则O、A、B、C四点的时间间隔不一定相同,则不一定会有y1y2y3=149,选项D错误;故选A、B。,