第五章　3　實(shí)驗(yàn)探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)—2020-2021（新教材）人教版（2019）高中物理必修第二冊課件(共37張PPT)

1、3實(shí)驗(yàn):探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)學(xué)習(xí)目標(biāo)思維導(dǎo)圖1.知道平拋運(yùn)動的條件及相應(yīng)控制方法。2.知道常見的幾種獲取平拋運(yùn)動軌跡的方法。3.會根據(jù)平拋運(yùn)動的軌跡探究物體的速度和位移隨時間的變化關(guān)系。必備知識自我檢測一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.描繪平拋運(yùn)動的軌跡。2.探究物體做平拋運(yùn)動的特點(diǎn),即物體的速度或位移隨時間的變化關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)思路平拋運(yùn)動是曲線運(yùn)動,我們可以嘗試將它分解為水平方向的分運(yùn)動和豎直方向的分運(yùn)動。只要知道這兩個方向的位移或速度隨時間變化的關(guān)系,平拋運(yùn)動的特點(diǎn)就清楚了。三、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案一、利用頻閃照相或者錄制視頻的方法,記錄物體做平拋運(yùn)動時經(jīng)過相等時間所到達(dá)的位置。方案二、設(shè)法描繪物體做平拋運(yùn)動的軌跡,

2、先研究水平方向的運(yùn)動規(guī)律,再研究豎直方向的運(yùn)動規(guī)律。必備知識自我檢測1.在探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)中,為減小空氣阻力對小球運(yùn)動的影響,應(yīng)采用()A.實(shí)心小鐵球B.空心小鐵球C.實(shí)心小木球D.以上三種小球都可以解析:為減小空氣阻力對小球運(yùn)動的影響,阻力與球的重力相比越小,影響越小,故A選項(xiàng)正確。答案:A必備知識自我檢測2.安裝實(shí)驗(yàn)裝置的過程中,斜槽末端的切線必須是水平的,這樣做的目的是()A.保證小球飛出時,速度既不太大,也不太小B.保證小球飛出時,初速度方向水平C.保證小球在空中運(yùn)動的時間每次都相等D.保證小球運(yùn)動的軌跡是一條拋物線解析:平拋運(yùn)動初速度的大小不是由斜槽末端是否水平?jīng)Q定的,而是由小

3、球釋放點(diǎn)到斜槽水平端的豎直高度決定的,故A項(xiàng)不正確;研究平拋物體的運(yùn)動,旨在弄清物體在水平和豎直兩個方向上怎樣運(yùn)動,必須保證小球拋出時速度是水平的,并非要研究小球在空中運(yùn)動的時間,故B項(xiàng)正確,C項(xiàng)不正確;無論小球飛出的初速度是水平還是傾斜的,其運(yùn)動軌跡都是一條拋物線,故D項(xiàng)不正確。答案:B探究一探究二隨堂檢測實(shí)驗(yàn)操作情境導(dǎo)引為獲得物體做平拋運(yùn)動的軌跡,你能想到哪些方法?要點(diǎn)提示:利用數(shù)碼相機(jī)或平拋運(yùn)動演示儀等獲得物體做平拋運(yùn)動的軌跡。探究一探究二隨堂檢測知識歸納方案一描跡法1.按圖所示裝置組裝器材,小鋼球從斜槽上滾下,沖過水平槽飛出后做平拋運(yùn)動。每次都使小鋼球在斜槽上同一位置由靜止?jié)L下,小鋼球

4、在空中做平拋運(yùn)動的軌跡就是一定的,設(shè)法用鉛筆描出小鋼球經(jīng)過的位置。通過多次實(shí)驗(yàn),在豎直白紙上記錄小鋼球所經(jīng)過的多個位置,用平滑曲線連起來就得到小鋼球做平拋運(yùn)動的軌跡。探究一探究二隨堂檢測2.實(shí)驗(yàn)步驟(1)將一張白紙和復(fù)寫紙固定在裝置的背板上。(2)按照圖示安裝實(shí)驗(yàn)裝置,使斜槽末端水平。(3)把水平槽末端上小球球心位置記錄在白紙上。(4)使小球從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下,上下調(diào)節(jié)裝置中的傾斜擋板N,使鋼球落到上面,鋼球擠壓復(fù)寫紙,在白紙上留下印跡。(5)上下調(diào)節(jié)傾斜擋板N,重復(fù)步驟4,在白紙上記錄鋼球所經(jīng)過的多個位置。(6)用平滑曲線把這些印跡連接起來,就得到鋼球做平拋運(yùn)動的軌跡。探究一探究二隨

5、堂檢測3.注意事項(xiàng)(1)斜槽安裝:實(shí)驗(yàn)中必須調(diào)整斜槽末端切線水平,將小球放在斜槽末端水平部分,若能使小球靜止,斜槽末端的切線就水平了。(2)放木板固定:方木板必須處于豎直面內(nèi),檢查坐標(biāo)紙豎線是否豎直。(3)小球釋放:小球每次必須從斜槽上同一位置由靜止釋放。小球開始滾下的位置高度要適中,以使小球平拋運(yùn)動的軌跡由坐標(biāo)紙的左上角一直到達(dá)右下角為宜。(4)坐標(biāo)原點(diǎn):坐標(biāo)原點(diǎn)不是槽口的端點(diǎn),而是小球出槽口時球心在木板上的投影,為保證實(shí)驗(yàn)精度,必須保證背板處于豎直平面內(nèi),使平拋軌道的平面靠近背板。探究一探究二隨堂檢測方案二利用頻閃照相的方法1.實(shí)驗(yàn)步驟(1)固定相機(jī),利用相機(jī)的連拍功能,使其每隔一定時間拍

6、一張照片。(2)使小球從水平桌面上飛出,在小球后面放置帶方格的黑板做背景。(3)利用軟件將多張照片合成同一幅照片。2.注意事項(xiàng)(1)確保相機(jī)靜止不動。(2)背景和小球之間的反差要大。(3)確保拍攝照片清晰。探究一探究二隨堂檢測實(shí)例引導(dǎo)例1如圖所示,在探究平拋運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)中,可以描繪出小球平拋運(yùn)動的軌跡,實(shí)驗(yàn)簡要步驟如下:A.讓小球多次由釋放,在一張印有小方格的紙上記下小球經(jīng)過的一系列位置,如圖中a、b、c、d所示。探究一探究二隨堂檢測B.按圖安裝好器材,注意,記下平拋初位置O點(diǎn)和過O點(diǎn)的水平線與豎直線。C.取下方格紙,以O(shè)為原點(diǎn),以水平線為x軸,豎直線為y軸建立坐標(biāo)系,用平滑曲線畫出小球平拋運(yùn)動

7、的軌跡。(1)完成上述步驟,將答案填在橫線上。(2)上述實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是。探究一探究二隨堂檢測解析:該實(shí)驗(yàn)需讓小球重復(fù)同一個平拋運(yùn)動軌跡多次,才能記錄出小球的一系列位置,故必須讓小球每次由同一位置靜止釋放。斜槽末端切線水平,小球才會做平拋運(yùn)動。答案:(1)同一位置靜止斜槽末端切線水平(2)BAC探究一探究二隨堂檢測變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練1用如圖所示裝置研究平拋運(yùn)動。將白紙和復(fù)寫紙對齊重疊并固定在豎直的硬板上。鋼球沿斜槽軌道PQ滑下后從Q點(diǎn)飛出,落在水平擋板MN上。由于擋板靠近硬板一側(cè)較低,鋼球落在擋板上時,鋼球側(cè)面會在白紙上擠壓出一個痕跡點(diǎn)。移動擋板,重新釋放鋼球,如此重復(fù),白紙上將留下一系列痕

8、跡點(diǎn)。(1)下列實(shí)驗(yàn)條件必須滿足的有。A.斜槽軌道光滑B.斜槽軌道末端水平C.擋板高度等間距變化D.每次從斜槽上相同的位置無初速度釋放鋼球(2)為定量研究,建立以水平方向?yàn)閤軸、豎直方向?yàn)閥軸的坐標(biāo)系。取平拋運(yùn)動的起始點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),將鋼球放置于Q點(diǎn),鋼球的(選填“最上端”“最下端”或“球心”)對應(yīng)白紙上的位置即為原點(diǎn)。探究一探究二隨堂檢測解析:(1)實(shí)驗(yàn)中斜槽軌道沒必要光滑,因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)是研究平拋運(yùn)動,只需要每次實(shí)驗(yàn)都能保證小球做相同的平拋運(yùn)動,即每次實(shí)驗(yàn)都要保證小球初速度水平且相同,因此選項(xiàng)A錯誤,選項(xiàng)B、D正確。擋板高度可以不等間距變化,故選項(xiàng)C錯誤。(2)因?yàn)殇撉騻?cè)面在白紙上擠壓出的痕跡點(diǎn)

9、與球心等高,故將鋼球放置于Q點(diǎn),鋼球的球心對應(yīng)白紙上的位置即為坐標(biāo)原點(diǎn)(平拋運(yùn)動的起始點(diǎn))。答案:(1)BD(2)球心探究一探究二隨堂檢測實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)誤差分析情境導(dǎo)引如果用數(shù)碼相機(jī)頻閃照相的方法已經(jīng)描繪了平拋物體的運(yùn)動軌跡,但沒有記錄拋出點(diǎn),僅記錄了豎直方向,能否計算出平拋運(yùn)動的加速度?要點(diǎn)提示:可以計算出平拋運(yùn)動的加速度。方法是在軌跡上取相鄰的三個點(diǎn),測量相鄰兩點(diǎn)間的豎直距離分別為y1和y2,根據(jù)y2-y1=aT2,T為頻閃周期,可得加速度a。探究一探究二隨堂檢測知識歸納一、探究平拋運(yùn)動中水平和豎直分運(yùn)動的規(guī)律1.利用軌跡法(以數(shù)碼相機(jī)的頻閃照片為例)(1)以小球第一張照片位置中心為坐

10、標(biāo)原點(diǎn)O,水平方向?yàn)閤軸、豎直方向?yàn)閥軸建立平面直角坐標(biāo)系。(2)小球其他照片位置中心依次為A、B、C,過A、B、C分別向x軸和y軸作垂線,交x軸于xA、xB、xC,交y軸于yA、yB、yC,在x軸和y軸上分別測量OxA、xAxB、xBxC和OyA、yAyB、yByC之間的距離。探究一探究二隨堂檢測(3)在誤差允許范圍內(nèi),若OxA=xAxB=xBxC,則說明平拋運(yùn)動水平分運(yùn)動為勻速直線運(yùn)動。(4)在誤差允許范圍內(nèi),若yBC-yAB=yAB-yOA=,根據(jù)yBC-yAB=yAB-yOA=aT2,T為頻閃周期,可得加速度a,若a=g(g為重力加速度),則表明平拋運(yùn)動的豎直分運(yùn)動為自由落體運(yùn)動。探究

11、一探究二隨堂檢測2.利用平拋運(yùn)動演示儀(1)探究豎直方向運(yùn)動規(guī)律,如圖所示。用小錘擊打彈性金屬片后,A球沿水平方向拋出,做平拋運(yùn)動;同時B球被釋放,做自由落體運(yùn)動。比較它們落地時間的先后;分別改變小球距地面的高度和小錘擊打的力度,多次重復(fù)這個實(shí)驗(yàn)。如果每次兩個小球均同時落地,則說明平拋運(yùn)動豎直方向是自由落體運(yùn)動。探究一探究二隨堂檢測(2)探究水平方向運(yùn)動規(guī)律,如圖所示。將兩小球同時由同一高度沿相同軌道運(yùn)動,B球運(yùn)動到光滑水平面上做勻速直線運(yùn)動,A球做平拋運(yùn)動,觀察的運(yùn)動軌跡,比較兩球能否相碰;分別改變開始釋放時小球的高度,多次重復(fù)這個實(shí)驗(yàn),如果每次都相碰,說明平拋運(yùn)動水平方向是勻速直線運(yùn)動。探

12、究一探究二隨堂檢測二、利用斜槽描繪平拋運(yùn)動軌跡時的誤差1.安裝斜槽時,其末端不水平。2.鋼球做平拋運(yùn)動時受空氣阻力影響。3.鋼球每次滾下的初位置不相同。4.建立坐標(biāo)系時,誤將斜槽口在背板上的投影點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)。探究一探究二隨堂檢測實(shí)例引導(dǎo)例2圖甲是探究平拋運(yùn)動特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)裝置圖。探究一探究二隨堂檢測(1)圖乙是正確實(shí)驗(yàn)取得的數(shù)據(jù),其中O為拋出點(diǎn),若已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.8m/s2,則此小球做平拋運(yùn)動的初速度為m/s。(2)在另一次實(shí)驗(yàn)中將白紙換成方格紙,每小格的邊長L=5cm,通過實(shí)驗(yàn),記錄了小球在運(yùn)動途中的三個位置,如圖丙所示,則該小球做平拋運(yùn)動的初速度為m/s,B點(diǎn)的豎直分速度為m/s。(

13、g取10m/s2)探究一探究二隨堂檢測答案:(1)1.6(2)1.52探究一探究二隨堂檢測變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練2某同學(xué)在做平拋運(yùn)動實(shí)驗(yàn)時得到了如圖所示的運(yùn)動軌跡,a、b、c三點(diǎn)的位置在運(yùn)動軌跡上已標(biāo)出。(g取10m/s2)則(1)小球平拋的初速度為m/s。(2)小球拋出點(diǎn)的位置坐標(biāo)x=cm,y=cm。探究一探究二隨堂檢測答案:(1)2(2)-10-1.25探究一探究二隨堂檢測1.三個同學(xué)根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)條件,進(jìn)行了“探究平拋運(yùn)動規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)。(1)a同學(xué)采用如圖甲所示的裝置。用小錘打擊彈性金屬片,金屬片把A球沿水平方向彈出,同時B球被松開,自由下落,觀察到兩球同時落地,改變小錘打擊的力度,即改變A球

14、被彈出時的速度,兩球仍然同時落地,這說明。探究一探究二隨堂檢測(2)b同學(xué)采用如圖乙所示的裝置。兩個相同的弧形軌道M、N分別用于發(fā)射小鐵球P、Q,其中N的末端與光滑的水平板相切,兩軌道上端分別裝有電磁鐵C、D。調(diào)節(jié)電磁鐵C、D的高度,使AC=BD,從而保證小鐵球P、Q在軌道出口處的水平初速度v0相等?，F(xiàn)將小鐵球P、Q分別吸在電磁鐵C、D上,然后切斷電源,使兩小鐵球能以相同的初速度v0同時分別從軌道M、N的下端射出。實(shí)驗(yàn)可觀察到P、Q兩球相碰。僅僅改變弧形軌道M、N的高度,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),仍能觀察到相同的現(xiàn)象,這說明。(3)c同學(xué)采用頻閃照相的方法拍攝到如圖丙所示的“小球做平拋運(yùn)動”的照片。圖中每

15、個小方格的邊長為10cm,則由圖可求得該小球做平拋運(yùn)動的初速度大小為m/s。(g取10m/s2)探究一探究二隨堂檢測解析:(1)在打擊金屬片時,兩小球同時分別做平拋運(yùn)動與自由落體運(yùn)動,結(jié)果同時落地,則說明平拋運(yùn)動在豎直方向的分運(yùn)動是自由落體運(yùn)動。(2)讓兩小球同時從相同的弧形軌道上的相同高度滾下,從而使兩小球同時滾離軌道并具有相同的速度。小球P做平拋運(yùn)動,小球Q做勻速直線運(yùn)動,兩小球相遇則說明平拋運(yùn)動在水平方向的分運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動。(3)平拋運(yùn)動可看成豎直方向的自由落體運(yùn)動與水平方向的勻速直線運(yùn)動的合運(yùn)動。在豎直方向上,由答案:(1)平拋運(yùn)動的豎直分運(yùn)動是自由落體運(yùn)動(2)平拋運(yùn)動的水平分運(yùn)

16、動是勻速直線運(yùn)動(3)2探究一探究二隨堂檢測2.(2020湖北荊州期末)圖甲是“研究物體平拋運(yùn)動”的實(shí)驗(yàn)裝置圖,通過描點(diǎn)畫出平拋小球的運(yùn)動軌跡。圖乙是某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)畫出的平拋小球的運(yùn)動軌跡,O為平拋的起點(diǎn),在軌跡上任取三點(diǎn)A、B、C,測得A、B兩點(diǎn)豎直坐標(biāo)y1為5.0cm,y2為45.0cm,A、B兩點(diǎn)水平間距x為40.0cm,則平拋小球的初速度v0為m/s,若C點(diǎn)的豎直坐標(biāo)y3為60.0cm,則小球在C點(diǎn)的速度vC為m/s(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字,g取10m/s2)。探究一探究二隨堂檢測答案:2.04.0探究一探究二隨堂檢測3.某同學(xué)設(shè)計了一個探究平拋運(yùn)動規(guī)律的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖甲所示。

17、A是一塊平面木板,在其上等間隔地開鑿出一組平行的插槽(圖中P0P0、P1P1、),槽間距離均為d。把覆蓋復(fù)寫紙的白紙鋪貼在硬板B上。實(shí)驗(yàn)時依次將B板插入A板的各插槽中,每次讓小球從斜軌的同一位置由靜止釋放。每打完一點(diǎn)后,把B板插入后一槽中并同時向紙面內(nèi)側(cè)平移距離d。實(shí)驗(yàn)得到小球在白紙上打下的若干痕跡點(diǎn),如圖乙所示。探究一探究二隨堂檢測(1)實(shí)驗(yàn)前應(yīng)對實(shí)驗(yàn)裝置反復(fù)調(diào)節(jié),直到 。每次讓小球從同一位置由靜止釋放,是為了 。(2)每次將B板向內(nèi)側(cè)平移距離d,是為了 。(3)在圖中繪出小球做平拋運(yùn)動的軌跡。解析:平拋運(yùn)動可分解為水平方向的勻速直線運(yùn)動和豎直方向的自由落體運(yùn)動。實(shí)驗(yàn)前應(yīng)對實(shí)驗(yàn)裝置反復(fù)調(diào)節(jié),直到斜槽末端水平、A板水平且其上插槽與斜槽中心軸線垂直、B板豎直;每次讓小球從同一位置由靜止釋放,是為了保持小球每次水平拋出的初速度相同;每次將B板向紙面內(nèi)側(cè)平移距離d,是為了保持相鄰痕跡點(diǎn)的水平距離大小相同。探究一探究二隨堂檢測答案:(1)斜槽末端水平、A板水平且其上插槽與斜槽中心軸線垂直、B板豎直保持小球每次平拋時初速度相同(2)保持相鄰痕跡點(diǎn)的水平距離大小相同(合理即可)(3)如圖所示探究一探究二隨堂檢測4.(2020湖北部分重點(diǎn)高中期末)如圖所示,研究平拋運(yùn)動規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置放置在水平桌面上,利用光電門傳感器和碰撞傳感器可測得小球的水平初速度