高考物理【一轮复习】讲义24　第四章　实验探究课五　探究平抛运动的特点课件PPT

这是一份高考物理【一轮复习】讲义24　第四章　实验探究课五　探究平抛运动的特点课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了实验储备·一览清，方案一，方案二，实验类型·全突破，见解析图，飞行时间t，见解析，实验对点训练五，ABD，自由落体等内容，欢迎下载使用。
[学习目标]　1．知道平抛运动的轨迹是抛物线，会熟练操作器材，会在实验中描绘其轨迹。2．会通过描绘的平抛运动轨迹计算物体的初速度。
类型1　教材原型实验[典例1]　(2024·河北卷)图1为探究平抛运动特点的装置，其斜槽位置固定且末端水平，固定坐标纸的背板处于竖直面内，钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出，落在倾斜的挡板上挤压复写纸，在坐标纸上留下印迹。某同学利用此装置通过多次释放钢球，得到了如图2所示的印迹，坐标纸的y轴对应竖直方向，坐标原点对应平抛起点。
(1)每次由静止释放钢球时，钢球在斜槽上的高度________(选填“相同”或“不同”)。(2)在坐标纸中描绘出钢球做平抛运动的轨迹。(3)根据轨迹，求得钢球做平抛运动的初速度大小为_____________________ m/s(当地重力加速度g为9.8 m/s2，结果保留两位有效数字)。
0.72(0.67～0.77均可)
[解析]　(1)探究平抛运动特点的实验中，要使钢球到达斜槽末端的速度相同，则每次由静止释放钢球时，钢球在斜槽上的高度相同。(2)用平滑曲线连接坐标纸上的点，即为钢球做平抛运动的轨迹，作图时应使尽可能多的点在图线上，不在图线上的点均匀分布在图线两侧，如图所示。
[典例2]　(2022·福建卷)某实验小组利用图(a)所示装置验证小球平抛运动的特点。实验时，先将斜槽固定在贴有复写纸和白纸的木板边缘，调节槽口水平并使木板竖直；把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口时球心在木板上的水平投影点O，建立xOy坐标系。然后从斜槽上固定的位置释放小球，小球落到挡板上并在白纸上留下印迹。上下调节挡板进行多次实验。实验结束后，测量各印迹中心点O1、O2、O3 、 …的坐标，并填入表格中，计算对应的x2值。
(1)根据上表数据，在图(b)给出的坐标纸上补上O4数据点，并绘制“y-x2”图线。(2)由y-x2图线可知，小球下落的高度y与水平距离的平方x2成________(选填“线性”或“非线性”)关系，由此判断小球下落的轨迹是抛物线。(3)由y-x2图线求得斜率k，小球平抛运动的初速度表达式为v0＝_________(用斜率k和重力加速度g表示)。
(4)该实验得到的y-x2图线常不经过原点，可能的原因是______________________________。
水平射出点未与O点重合
[解析]　(1)根据题表数据在坐标纸上描出O4数据点，并绘制“y-x2”图线，如图所示。
(4)y-x2图线是一条直线，但常不经过原点，说明实验中测量的y值偏大或偏小一个定值，这是小球的水平射出点未与O点重合，位于坐标原点O上方或下方所造成的。
类型2　拓展创新实验[典例3]　如图所示，研究平抛运动规律的实验装置放置在水平桌面上，利用光电门传感器和碰撞传感器可测得小球的水平初速度和飞行时间，底板上的标尺可以测得水平位移。保持水平槽口距底板的高度h＝0.420 m不变，改变小球在斜槽轨道上下滑的起始位置，测出小球做平抛运动的初速度v0、飞行时间t和水平位移d，记录在表中。
(1)由表中数据可知，在h一定时，小球水平位移d与其初速度v0成________关系，与____________无关。
计算时重力加速度取值(10 m/s2)大于实际值
(3)另一位同学分析并纠正了上述偏差后，另做了这个实验，竟发现测量值t′依然大于自己得到的理论值t理′，二者之差在3～7 ms之间，且初速度越大差值越小。对实验装置的安装进行检查，确认斜槽槽口与底座均水平，则导致偏差的原因是___________。
[解析]　(1)由题表中数据可知，h一定时，小球的水平位移d与初速度v0成正比关系，与飞行时间t无关。(2)该同学计算时重力加速度取的是10 m/s2，一般情况下应取9.8 m/s2，从而导致约3 ms的偏差。(3)光电门传感器置于槽口的内侧，传感器的中心距水平槽口(小球开始做平抛运动的位置)还有一段很小的距离，故从小球经过传感器到小球到达抛出点还有一段很短的时间，而且速度越大该时间越短，从而使测量值大于理论值。
创新点解读　(1)利用光电门传感器和碰撞传感器可测得小球的水平初速度和飞行时间。(2)利用底板上的标尺可以测得水平位移。
[典例4]　在探究平抛运动规律的实验中，利用一管口直径略大于小球直径的直管来确定平抛小球的落点及速度方向(只有当小球速度方向沿直管方向时才能飞入管中)，重力加速度为g。
(1)实验一：如图(a)所示，一倾角为θ的斜面AB，A点为斜面最低点，直管保持与斜面垂直，管口与斜面在同一平面内，平抛运动实验轨道抛出口位于A点正上方某处。为让小球能够落入直管，可以根据需要沿斜面移动直管。某次平抛运动中，直管移动至P点时小球恰好可以落入其中，测量出P点至A点的距离为L，根据以上数据可以计算出此次平抛运动在空中飞行的时间t＝________，初速度v0＝__________。(用L、g、θ表示)
(2)实验二：如图(b)所示，一半径为R的四分之一圆弧面AB，圆心为O，OA竖直，直管保持沿圆弧面的半径方向，管口在圆弧面内，直管可以根据需要沿圆弧面移动。平抛运动实验轨道抛出口位于OA线上并可以上下移动，抛出口至O点的距离为h。
创新点解读　(1)利用平抛与斜面结合、平抛与曲面结合的方式取代描迹法。(2)利用分解思想结合几何关系分析求解相关物理量。
1．某同学利用图(a)所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄，频闪仪每隔0.05 s发出一次闪光，某次拍摄后得到的照片如图(b)所示(图中未包括小球刚离开轨道的影像)。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面平行，其上每个方格的边长为5 cm。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图(b)中标出。
完成下列填空：(结果均保留两位有效数字)(1)小球运动到图(b)中位置A时，其速度的水平分量大小为______ m/s，竖直分量大小为______ m/s。(2)根据图(b)中数据可得，当地重力加速度的大小为________ m/s2。
2．(2025·浙江金华开学检测)如图甲所示，借助该装置用数码相机的连拍功能探究平抛运动的特点，连拍间隔时间相等。图乙是正确操作后得到的连拍照片。
(1)关于该实验，下列做法正确的是________。A．斜槽的末端必须调成水平状态B．斜槽必须光滑C．记录同一条运动轨迹时，小球可以从不同位置释放
[解析]　(1)为了确保小球飞出斜槽后做平抛运动，实验中斜槽的末端必须调成水平状态，故A正确；因小球每一次均从斜槽同一位置由静止释放，小球克服阻力做功相同，小球飞出的速度大小相同，斜槽光滑与否对实验没有影响，故B错误；为了确保小球飞出斜槽的速度大小一定，小球每一次均应从斜槽上同一位置由静止释放，故C错误。
3．(2023·北京卷)用频闪照相记录平抛小球在不同时刻的位置，探究平抛运动的特点。(1)关于实验，下列做法正确的是________。A．选择体积小、质量大的小球B．借助重垂线确定竖直方向C．先抛出小球，再打开频闪仪D．水平抛出小球
(2)图1所示的实验中，A球沿水平方向抛出，同时B球自由落下，借助频闪仪拍摄上述运动过程。图2为某次实验的频闪照片。在误差允许范围内，根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同，可判断A球竖直方向做__________运动；根据_____________________________，可判断A球水平方向做匀速直线运动。
相同时间内水平方向的位移相同
(3)某同学使小球从高度为0.8 m的桌面水平飞出，用频闪照相拍摄小球的平抛运动(每秒频闪25次)，最多可以得到小球在空中运动的________个位置。
(4)某同学实验时忘了标记重垂线方向。为解决此问题，他在频闪照片中，以某位置为坐标原点，沿任意两个相互垂直的方向作为x轴和y轴正方向，建立直角坐标系xOy，并测量出另外两个位置的坐标值(x1，y1)、(x2，y2)，如图3所示。根据平抛运动规律，利用运动的合成与分解的方法，可得重垂线方向与y轴间夹角的正切值为________。
[解析]　(1)选择体积小、质量大的小球，可以减小实验过程中的相对误差，故A正确；为了准确地画出坐标系，应借助重垂线确定竖直方向，故B正确；实验时，为了得到更多的数据，应该先打开频闪仪，再抛出小球，故C错误；平抛运动的初速度方向与重力方向垂直，所以实验时应水平抛出小球，故D正确。
(4)设重垂线与y轴间的夹角为θ，根据重垂线方向作出x′轴、y′轴，如图所示：利用运动的合成与分解，沿x轴方向的加速度为g sin θ，沿y轴方向的加速度为g cs θ。根据Δx＝aT2得(x2－x1)－x1＝－g sin θT2
4．(2025·贵州铜仁思南中学月考)小明学完平抛运动后，尝试利用平抛运动的知识测量家里的弹射器射出弹丸的速度。小明准备了白纸、刻度尺、复写纸、支架等材料。实验时，先将白纸和复写纸固定在墙上，并用支架将弹射器固定好，装置如图甲所示。接着压缩弹射器朝墙壁发射弹丸，弹丸通过碰撞复写纸，在白纸上留下落点位置。随后将弹射器沿垂直于墙面方向远离墙壁移动，每次移动的距离为0.2 m。通过几次重复实验，挑了一张有4个连续落点痕迹的白纸，如图乙所示。已知重力加速度g＝10 m/s2。
(1)下列实验步骤必要的是________。A．在安装时，必须确保弹射器水平放置B．为了减小实验误差，应选用体积小\密度大的弹丸C．每次必须将弹簧压缩至相同位置释放弹丸D．第一次实验时，需要测量弹射器开口到墙壁的距离(2)根据测量的数据，可知弹丸离开弹射器的速度大小为________ m/s，弹丸打到C点时的速度大小为________ m/s(结果均保留两位有效数字)。
[解析]　(1)要保证每次弹丸都做平抛运动，则必须确保弹射器水平放置，故A正确；为了减小实验误差，应选用体积小、密度大的弹丸，故B正确；为保证弹丸的初速度相同，每次必须将弹簧压缩至相同位置释放弹丸，故C正确；第一次实验时，不需要测量弹射器开口到墙壁的距离，故D错误。