4.3 实验5：探究平抛运动的特点 课件 -2027年高三物理一轮复习优质课件（全国通用）

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目 录 索 引
一、实验目的1.学会用实验的方法探究平抛运动的特点。2.掌握描迹法、频闪照相法等探究实验的常用方法。3.能设计不同的实验方案,并对方案进行可行性论证,根据学校现有条件,选择最优方案。4.能获取信息,通过数据分析描绘平抛运动的轨迹。
二、实验思路1.提出问题平抛运动是曲线运动,速度和位移的大小、方向时刻在发生变化。这个复杂的曲线运动有什么规律呢?能否分解为两个简单的直线运动?2.科学猜想由于物体是沿水平方向抛出的,在运动过程中只受重力作用。因此平抛运动可能是水平方向和竖直方向分运动的合成。那么只要研究出这两个分运动的特点,平抛运动的规律就清楚了。
三、进行实验方案一:利用频闪照相法探究平抛运动的特点数码相机每秒拍下小球做平抛运动时的十几帧或几十帧照片,将照片上不同时刻的小球的位置连成平滑曲线,便得到小球的运动轨迹,由于相邻两帧照片间的时间间隔相等,只要测出相邻两帧照片上小球位置间的水平距离和竖直距离,就很容易判断平抛运动在水平方向和竖直方向的运动特点。
方案二:利用描迹法探究平抛运动的特点1.实验器材小钢球、斜槽轨道、木板及竖直固定支架、坐标纸、图钉、重锤、铅笔、三角板、刻度尺等。
2.实验步骤 保证球抛出时速度方向水平 每次从同一高度由静止释放　实验装置如图所示。斜槽M末端水平。钢球在斜槽中从某一高度滚下,从末端飞出后做平抛运动。在装置中有一个水平放置的可上下调节的倾斜挡板N,钢球飞出后,落到挡板上。实验前,先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上。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。上下调节挡板N,通过多次实验,在白纸上记录钢球所经过的多个位置。最后,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。　　
方案三:用传感器和计算机描绘物体做平抛运动的轨迹见人教版必修第二册第12页拓展学习。
四、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轴上找出等距离的几个点A1、A2、A3……,把线段OA1的长度记为l,则OA2=2l,OA3=3l,由A1、A2、A3……向下作垂线,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坐标之间应该满足关系式y=ax2(a是待定常量),用刻度尺测量某点的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。
五、注意事项1.实验中必须使斜槽末端的切线水平(检验是否水平的方法是:将小球放在斜槽末端部分,看其是否能静止)。2.方木板必须处于竖直平面内,固定时要用铅垂线检查坐标纸竖线是否竖直。3.小球每次都必须从斜槽上同一位置由静止滚下。4.坐标原点不是槽口的端点,应是小球出槽口时球心在木板上的投影点。5.小球开始滚下的位置高度要适中,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。
考向一　实验原理与操作典题1 (2025广东深圳一模)用如下实验装置进行“探究平抛运动的特点”实验,步骤如下:(1)按照右图安装实验装置,调节斜槽末端水平,并将一张白纸和复写纸固定在背板上。斜槽末端下方用细线悬挂重锤的作用是　　　。A.判断背板是否竖直B.确定白纸上y轴的方向C.利用重锤的惯性来保证实验装置稳定
解析 (1)重锤的作用是确保坐标轴的y轴为竖直方向或沿重锤方向描下y轴为竖直方向,即必须保证背板竖直,故A、B正确;重锤的惯性无法保证实验装置稳定,故C错误。(2)让钢球静止在斜槽末端附近,用笔通过复写纸在白纸上描出球心投影点O1,描出槽口端点在白纸上的投影O2,描出过O2的竖直线与过O1水平线的交点O3,即竖直方向与水平方向的交点恰好是钢球抛出点在白纸上的投影点,实验白纸上平抛轨迹的初始位置应是O3。(4)上下调节挡板的位置,多次操作步骤(3),并保证钢球在斜槽上的释放点相同,这样才能保证每次平抛的初速度相同。
考向二　数据处理和误差分析典题2 [一题多变](2026贵州贵阳一模)某实验小组用如图所示的装置探究平抛运动。将坐标纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直硬板上。小钢球沿斜槽轨道PQ滚下后从Q点飞出,落在水平挡板MN上。小钢球落在挡板上时,小钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。上下移动挡板,重新释放小钢球,如此重复,坐标纸上将留下一系列痕迹点。
(1)为了完成该实验,下列操作中不必要的是　　　　。A.斜槽必须尽可能光滑B.必须保持斜槽末端水平C.必须用铅垂线检查硬板和坐标纸上的竖线是否竖直D.小钢球每次必须从斜槽上同一位置自由滚下E.挡板MN每次上下移动的距离必须相等(2)通过规范的实验操作,实验小组得到一条平抛运动的轨迹,如图所示,A、B、C是轨迹上的三点。已知坐标纸中小方格的边长为L,当地重力加速度为g。①可以判断右图中A点　　 　　(选填“一定是”“可能是”或“一定不是”)抛出点。②可以求得小钢球平抛的初速度大小为　　　　。(用L和g表示) 
考点二　实验的改进与创新
考向一　实验思路的创新典题3 (2025贵州毕节三模)某学习小组设计了一个探究平抛运动特点的实验装置,在平抛点O的正前方放一粘有米尺的竖直毛玻璃。将小球从O点正对毛玻璃水平抛出,用光源照射小球,毛玻璃上会出现小球的投影。在毛玻璃正右边,用频闪相机记录小球在毛玻璃上影子的位置。如图甲所示,在O点左侧用与初速度平行的光照射,得到如图乙所示的照片;如图丙所示,将一个点光源放在O点照射,重新实验,得到如图丁所示的照片。已知频闪相机的闪光周期为0.04 s,O点到毛玻璃的距离d=2.0 m,两次实验小球抛出时的初速度相等。根据上述实验完成下列问题:
(1)由图乙的数据得,小球的加速度大小为　　　　 m/s2,表明小球在竖直方向上做初速度为零的匀加速直线运动。(结果保留3位有效数字) (2)由图丁可知,丙中小球在毛玻璃上的影子做　　　　　(选填“匀速直线”或“匀加速直线”)运动,影子的速度大小为　　　　 m/s。(3)小球平抛的初速度大小为　　　　 m/s。(结果保留3位有效数字) 
考向二　实验器材的创新典题4 (2026湖北名校联考高三检测)下图为用二维运动传感器研究平抛运动的实验装置图。将发射器A从倾斜轨道上某位置由静止释放后,A沿轨道下滑,并从轨道末端水平向左抛出,A在运动过程中每隔0.02 s向周围空间发射一次红外线、超声波脉冲,接收器B上的两个红外线、超声波传感器B1、B2接收脉冲,并通过计算机记录脉冲到达传感器的时间。
(1)在实验室条件下,　　　　　　(选填“需要”或“不需要”)考虑红外线从A到B的传播时间。(2)A某次脉冲发出后,B接收到红外线脉冲的时刻为t0,B1、B2接收到超声波脉冲的时刻分别为t1、t2,则由这三个数据可以计算出A在　　　　时刻到B1、B2的直线距离分别为s1=　　　　、s2=　　　　(已知超声波在空气中传播的速度为v);由于B1、B2的间距已知,由几何知识即可确定A在该时刻的位置。
(3)本实验有如下操作步骤,则实验操作的顺序应为　　　　　。A.将发射器A放置在轨道的水平部分的末端B.将发射器A从轨道的倾斜部分上某位置由静止释放C.在计算机软件中点击“零点设置”按钮,进行坐标调零——即设置A此时的位置坐标为(0,0)D.在计算机软件中点击“开始记录”按钮,开始采集发射器A位置随时间变化的信息
(4)(多选)某次实验得到的A抛出后不同时刻的水平、竖直位置坐标如下表,点击计算机软件中的“二次拟合”按钮,绘制得到A做平抛运动时的X-Y关系图像如图乙所示,则　　　　。
A.应让所有数据点都落在拟合曲线上B.该图像为发射器A做平抛运动的实际轨迹C.由图示数据可计算A做平抛运动的加速度D.由图示数据可计算A做平抛运动的初速度
解析 (1)光速太大,实验装置尺度太小,故不需要考虑光的传播时间。(2)不考虑红外线传播时间,故B接收到红外线的时刻t0就是A发出红外线的时刻;超声波从t0时刻发出到t1、t2时刻被B接收,超声波传播的距离分别为v(t1-t0),v(t2-t0)。(3)为了保证做平抛运动,将发射器A放置在轨道的水平部分的末端,开始释放A记录位置数据前,需要先确定抛出点的位置并进行坐标调零,将A放在轨道末端进行定位调零,释放A之前就应该打开“开始记录”按钮,否则,B有可能记录不到完整的平抛运动位置数据,再将发射器A从轨道的倾斜部分上某位置由静止释放,故实验步骤排序为ACDB。
(4)应该让数据均匀分布在曲线的两边,得出拟合的平抛运动的曲线,该曲线不是发射器的运动轨迹,只是通过各个点拟合出来的运动曲线,故A、B错误;题干说明了A发出脉冲的时间间隔为0.02 s,故可由X坐标随时间变化规律确定A的平抛初速度,由Y坐标随时间变化规律确定A的平抛加速度——即自由落体加速度,故C、D正确。