人教版 (2019)必修 第二册3 实验：探究平抛运动的特点评课课件ppt

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实验目的1.学会用实验的方法描绘平抛运动的轨迹。2.会根据实验结果分析平抛运动在水平方向和竖直方向的分运动的特点。3.掌握描迹法、频闪照相法等探究实验的常用方法。
实验原理1.以一定的速度将物体抛出,在空气阻力可以忽略的情况下,物体只受重力的作用,这时的运动叫作抛体运动。如果初速度是沿水平方向的,这样的抛体运动就叫作平抛运动。2.用描迹法(或频闪照相法)得到物体平抛运动的轨迹。
实验器材斜槽、小球、方木板、铁架台、坐标纸、图钉、铅垂线、三角板、铅笔、刻度尺、频闪照相机。实验步骤(一)用频闪照相的方法获得小球平抛运动轨迹。1.安装斜槽轨道,使其末端保持水平。2.将小球从斜槽上适当位置由静止释放,用频闪照相机记录下小球在不同时刻的位置,用平滑的曲线将小球各位置图像的中心连接起来就得到小球平抛运动的轨迹。
(二) 探究平抛运动的特点。1.探究平抛运动竖直分运动的特点。(1)如图所示,用小锤击打弹性金属片后,A球沿水平方向抛出,做平抛运动;同时B球被释放,自由下落,做自由落体运动。观察两球的运动轨迹,比较两球落地时间的先后。
(2)分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度,从而改变小球下落时间和A球平抛的初速度,多次重复实验,记录实验现象。(3)结论:两球总是同时落地,说明平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动。
2.探究平抛运动水平分运动的特点。(1)在如图所示的装置中,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。(2)将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上。(3)在装置中有一个水平放置的可上下调节的倾斜挡板N,钢球飞出落到倾斜的挡板上后,就会挤压复写纸,在白纸上留下印迹。
(4)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。(5)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。
数据处理(一)用频闪照相机记录的平抛运动轨迹。1.以左边第一个小球的中心为原点,沿水平向右和竖直向下的方向建立直角坐标系。
(二)判断平抛运动的轨迹是否为抛物线。在x轴上作出等距离的几个点A1,A2,A3,…,向下作垂线,垂线与抛体轨迹的交点记为M1,M2,M3,…,用刻度尺测量各点的坐标(x,y)。
1.代数计算法:将某点(如A3点)的坐标(x,y)代入y=ax2求出常数a,再将其他点的坐标代入此关系式看看等式是否成立,若等式对各点的坐标都近似成立,则说明所描绘得出的曲线为抛物线。2.图像法:建立y-x2坐标系,根据所测量的各个点的x坐标值计算出对应的x2值,在坐标系中描点,连接各点看是否在一条直线上,若大致在一条直线上,则说明平抛运动的轨迹是抛物线。
误差分析1.安装斜槽时,其末端切线不水平,导致小球离开斜槽后不做平抛运动。2.建立坐标系时,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。3.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。4.确定小球运动的位置时不准确,会导致误差。5.量取轨迹上各点坐标时不准确,会导致误差。
注意事项1.斜槽安装:实验中必须调整斜槽末端的切线水平,将小球放在斜槽末端水平部分,将其向两边各轻轻拨动一次,若没有明显的运动倾向,斜槽末端的切线就水平了。2.背板固定:背板必须处于竖直平面内,固定时要用铅垂线检查是否竖直。
3.小球释放:(1)小球每次必须从斜槽上同一位置滚下。(2)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白纸的左上角一直到达右下角为宜。4.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木板上的投影点。
热点1 实验原理与操作
典例剖析【例1】 在研究平抛物体的运动的实验中: (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方向,检查方法是　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)小球抛出点的位置必须及时记录在白纸上,然后从这一点画水平线和竖直线作为x轴和y轴,竖直线是用　　　　来确定的。
(3)某同学建立的直角坐标系如图所示,假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  　。(4)该同学在轨迹上任取一点M,测得坐标为(x,y),则初速度的测量值为　　　　　,测量值比真实值　　　　　(选填“偏大”或“偏小”)。 
答案:(1)将小球放置在槽口处轨道上,小球能保持静止(2)铅垂线(3)坐标原点应该是小球在槽口时球心在白纸上的水平投影点
解析:(1)水平时小球处处平衡,放在槽口能静止不动。(2)用铅垂线来确定竖直线最准确。(3)描绘小球的运动轨迹时应是描绘球心的位置,因此坐标原点应在平抛起点的球心位置,即坐标原点应该是小球在槽口时球心在白纸上的水平投影点。
学以致用1.两个同学根据不同的实验条件,进行了探究平抛运动特点的实验:
(1)小明同学采用如图甲所示的装置。用小锤击打弹性金属片,使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。多次改变装置离地面的高度,两球仍然同时落地,这说明  　。 
(2)小松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,其中轨道N的末端与光滑的水平板相切,两轨道上端分别装有电磁铁C、D;调节电磁铁C、D在各自轨道上的高度相等,从而保证小铁球P、Q在轨道末端射出的水平初速度v0相等。现将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上,然后同时切断电源,使两小球同时以相同的初速度v0分别从轨道M、N的末端射出。实验可观察到的现象是　　　　　　　　。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,这说明　  　。 
答案:(1)做平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动(2)P球击中Q球　做平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动解析:(1)通过对照实验,说明两球具有等时性,由此说明做平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动。(2)两球在水平轨道上相遇,则水平方向运动情况相同,说明做平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动。
热点2 实验数据处理和误差分析
B.按实验原理图安装好器材,注意　　　　　　　　,记下平抛初位置O点和过O点的竖直线。 C.取下白纸,以O为原点,以竖直线为y轴建立坐标系,用平滑曲线画平抛运动物体的运动轨迹。(1)完成上述步骤,将正确的答案填在横线上。(2)上述实验步骤的合理顺序是　 。 (3)已知图中小方格的边长l=1.25 cm,则小球平抛的初速度为v0=　　　　(用l、g表示),其值是　　　　。(g取9.8 m/s2) (4)b点的速度vb=　　　　(用l、g表示)。 
答案:(1)同一位置静止　斜槽末端切线水平(2)B、A、C
解析:(1)这种方法,需让小球重复同一个平抛运动多次,才能记录下小球的一系列位置,故必须让小球每次由同一位置静止释放。斜槽末端切线水平,小球才会做平抛运动。
学以致用2.在研究平抛运动的实验中,为了确定小球不同时刻在空中所处的位置,实验时用了如图所示的装置。先将斜槽轨道的末端调整至水平,在一块平整的木板表面钉上白纸和复写纸。将该木板竖直立于水平地面上,使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,小球撞到木板并在白纸上留下痕迹A;将木板向远离槽口方向平移距离x,再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,小球撞在木板上得到痕迹B;又将木板再向远离槽口方向平移距离x,小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,再得到痕迹C。若测得木板每次移动距离x=10.00 cm,A、B间距离y1=5.02 cm, B、C间距离y2=14.82 cm,请回答下列问题。(g取9.8 m/s2)
答案:(1)保证小球每次做平抛运动的初速度相同　
规律总结 平抛运动的水平分运动为匀速直线运动,竖直分运动为自由落体运动,当轨迹上几个连续相邻点迹的水平距离相等时,这几个连续相邻点迹间的时间间隔也相等。
热点3 实验探究拓展
典例剖析【例3】 某同学设计了一个研究平抛运动的实验。实验装置示意图如图甲所示,A是一块水平放置的木板,在其上等间隔地凿出一组平行的插槽(图甲中P0P0'、P1P1'……),槽间距离均为d。把覆盖复写纸的方格纸铺贴在板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。实验得到小球在方格纸上打下的若干痕迹点,如图乙所示。
(1)实验前必须调节斜槽末端　　　　,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)设小方格的边长为l,小球在实验中记录的几个位置如图乙中的a、b、c、d所示,则小球平抛初速度的计算式为v0=　　　(用l、g表示)。 
答案:(1)水平　使小球每次平抛的初速度相同(2)等效替代小球平抛的水平距离d
解析:(1)实验前必须调节斜槽末端,使其水平。每次让小球从同一位置由静止释放,是为了保持小球每次到达斜槽末端平抛的初速度相同。(2)每次将B板向内侧平移距离d,是为了等效替代小球平抛的水平距离d。
方法总结 实验创新的角度
学以致用3.某同学设计了一个探究平抛运动的家庭实验装置,如图甲所示,在水平桌面上放置一个斜面,每次都让钢球从斜面上的同一位置滚下,滚过桌边后钢球便做平抛运动。在钢球抛出后经过的地方水平放置一块木板(还有一个用来调节木板高度的支架,图中未画),木板上放一张白纸,白纸上有复写纸,这样便能记录钢球在白纸上的落点,进而可以测出平抛的水平距离。
(1)为了方便测出钢球做平抛运动的水平距离,需要在桌子边缘加上某一器材,请写出该器材名称　　　　　　。 (2)已知平抛运动在竖直方向上的运动规律与自由落体运动相同,在此前提下,利用下面的方法就可以探究钢球水平分速度的特点,请把步骤③补充完整。①调节木板高度,使木板上表面与桌面的距离为某一确定值y,如图乙所示。让小球从斜面上某一位置无初速度释放,测出水平距离x1;
②调节木板的高度,使木板上表面与桌面的距离为某一确定值4y,让小球从斜面上同一位置无初速度释放,测出水平距离x2;③若x1、x2满足　　　　关系,则说明小球在水平方向上做匀速直线运动。 答案:(1)铅垂线　(2)x2=2x1
解析:(1)实验中小球离开桌子后做平抛运动,竖直方向做自由落体运动,因此为了方便测出钢球做平抛运动的水平距离,需要在桌子边缘加上铅垂线。
1.(多选)在做研究平抛运动实验时,下列说法正确的是(　　)A.安装有斜槽的木板时,一定要注意检查斜槽末端切线是否水平B.安装有斜槽的木板时,只要注意小球不与木板发生摩擦即可C.每次实验都要把小球从同一位置由静止释放D.实验的目的是描出小球的运动轨迹,计算平抛运动的初速度答案:ACD
解析:平抛运动的初速度为水平的,所以安装有斜槽的木板时,一定要注意检查斜槽末端切线是否水平,选项A正确;因为小球的运动轨迹在竖直平面内,安装有斜槽的木板时,一定要保证木板竖直,以防小球在平抛过程中与木板发生碰撞而改变小球平抛运动的轨迹,选项B错误;要保证每次平抛时小球的轨迹不变,必须每次实验都要把小球从同一位置由静止释放,选项C正确;实验的目的是描出小球的运动轨迹,计算平抛运动的初速度,选项D正确。
2.一个同学在研究平抛物体的运动实验中,只画出了如图所示的一部分曲线,于是他在曲线上取水平距离相等的三点A、B、C,量得水平距离x=0.2 m。又量出它们之间的竖直距离分别为h1=0.1 m,h2=0.2 m。(g取10 m/s2)(1)物体抛出时的初速度为　　　　 m/s。 (2)物体经过B点时竖直分速度为　　　　 m/s。 (3)抛出点在A点上方,抛出点到A点的竖直高度为　　　 m。 
答案:(1)2　(2)1.5　(3)0.012 5 解析:(1)在竖直方向上,由Δy=gT2得h2-h1=gT2,解得时间间隔T=0.1 s。在水平方向上,由x=v0T,解得初速度v0=2 m/s。(2)B点是从A到C过程中中间时刻所在位置,则竖直方向上AC段的平均速度即为B点的竖直分速度,
3.图甲是研究平抛运动的实验装置图,图乙是实验后在白纸上作的图。(1)固定斜槽轨道时应注意 　 。 (2)实验过程中需经过多次释放小球才能描绘出小球平抛运动的轨迹,实验中应注意 　 。 (3)计算小球平抛初速度的公式v0=　　　　,根据图乙给出的数据,可计算出v0=　　　 m/s。(g取9.8 m/s2)