人教版高中物理新教材同步講義必修第二冊 第5章 3　實驗：探究平拋運動的特點（含解析）

3實驗：探究平拋運動的特點[學習目標]1.知道什么樣的運動是拋體運動.2.知道平拋運動的特點，會用運動分解的方法分析兩個分運動.3.會設計實驗探究平拋運動兩個分運動的特點，會描繪平拋運動的軌跡．一、拋體運動和平拋運動1．拋體運動：以一定的速度將物體拋出，在空氣阻力可以忽略的情況下，物體只受重力作用的運動．2．平拋運動：初速度沿水平方向的拋體運動．3．平拋運動的特點：(1)初速度沿水平方向；(2)只受重力作用．二、實驗：探究平拋運動的特點1．實驗思路(1)基本思路：根據運動的分解，把平拋運動分解為不同方向上兩個相對簡單的直線運動，分別研究物體在這兩個方向的運動特點．(2)平拋運動的分解：可以嘗試將平拋運動分解為水平方向的分運動和豎直方向的分運動．2．進行實驗方案一：頻閃照相(或錄制視頻)的方法(1)通過頻閃照相(或錄制視頻)，獲得小球做平拋運動時的頻閃照片(如圖所示)；(2)以拋出點為原點，建立直角坐標系；(3)通過頻閃照片描出小球經過相等時間間隔所到達的位置；(4)測量出T、2T、3T…時間內小球做平拋運動的水平位移和豎直位移，并填入表格；(5)分析數據得出小球水平分運動和豎直分運動的特點．拋出時間T2T3T4T5T水平位移豎直位移結論水平分運動特點豎直分運動特點方案二：分別研究水平和豎直方向分運動規(guī)律步驟1：探究平拋運動豎直分運動的特點(1)如圖所示，用小錘擊打彈性金屬片后，A球做平拋運動；同時B球被釋放，做自由落體運動．觀察兩球的運動軌跡，比較它們落地時間的先后．(2)分別改變小球距地面的高度和小錘擊打的力度(即改變A球的初速度)，發(fā)現(xiàn)兩球仍同時落地，說明平拋運動在豎直方向的分運動為自由落體運動．步驟2：探究平拋運動水平分運動的特點(1)裝置和實驗①如圖所示，安裝實驗裝置，使斜槽M末端水平，使固定的背板豎直，并將一張白紙和復寫紙固定在背板上，N為水平放置的可上下調節(jié)的傾斜擋板．②讓鋼球從斜槽上某一高度滾下，從末端飛出后做平拋運動，使鋼球的軌跡與背板平行．鋼球落到傾斜的擋板N上，擠壓復寫紙，在白紙上留下印跡．③上下調節(jié)擋板N，進行多次實驗，每次使鋼球從斜槽上同一(選填“同一”或“不同”)位置由靜止?jié)L下，在白紙上記錄鋼球所經過的多個位置．④以斜槽水平末端端口處鋼球球心在白紙上的投影點為坐標原點O，過O點畫出豎直的y軸和水平的x軸．⑤取下坐標紙，用平滑的曲線把這些印跡連接起來，得到鋼球做平拋運動的軌跡．⑥根據鋼球在豎直方向是自由落體運動的特點，在軌跡上取豎直位移為y、4y、9y…的點，即各點之間的時間間隔相等，測量這些點之間的水平位移，確定水平方向分運動的特點．⑦結論：平拋運動在相等時間內水平方向位移相等，平拋運動水平方向為勻速直線運動．(2)注意事項①實驗中必須調整斜槽末端水平，使小球做平拋運動(調節(jié)方法：將小球放在斜槽末端水平部分，若小球靜止，則斜槽末端水平)．②背板必須處于豎直面內，固定時要用鉛垂線檢查坐標紙豎線是否豎直．③小球每次必須從斜槽上同一位置由靜止釋放，這樣可以使小球每次的軌跡相同．④坐標原點不是槽口的端點，應是小球出槽口時小球球心在背板上的投影點．⑤小球開始滾下的位置高度要適中，以使小球做平拋運動的軌跡由坐標紙的左上角一直到達右下角為宜．例1某同學用如圖所示的實驗裝置做“探究平拋運動的特點”的實驗．(1)為了能較準確地描繪小球的運動軌跡，下列說法正確的是________.A．小球做平拋運動時應與木板摩擦，以便畫出運動軌跡B．本實驗不需要用天平測出小球的質量，也不需要配備鉛垂線C．為了保證小球沿水平方向飛出，應將斜槽軌道的末端調成水平D．以小球在斜槽末端時球心在方格紙上的投影點作為所建坐標系的原點O(2)在此實驗中，每次都要讓小球從斜槽上的同一位置由靜止?jié)L下，但小球與斜槽間有摩擦力，這個摩擦力________(選填“會”或“不會”)使實驗的誤差增大．答案(1)CD(2)不會解析(1)小球做平拋運動時，不應使其與木板摩擦，以免影響運動的軌跡，故A錯誤；本實驗不需要用天平測出小球的質量，但需要配備鉛垂線，以便確定豎直方向，故B錯誤；為了保證小球沿水平方向飛出，應將斜槽軌道的末端調成水平，故C正確；小球從斜槽上某位置由靜止?jié)L下，離開斜槽末端后做平拋運動，應以小球在斜槽末端時球心在方格紙上的投影點作為所建坐標系的原點O，故D正確．(2)只要讓小球每次均從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下，小球到達斜槽末端時速度就相同，可知小球與斜槽間的摩擦力不會增大實驗誤差．針對訓練如圖是實驗室內研究平拋運動的裝置．該實驗中，讓小球多次從斜槽上由靜止?jié)L下，在白紙上依次記下小球的位置，同學甲和同學乙得到的記錄紙分別如圖甲、乙所示，從圖中明顯看出甲的實驗錯誤是______________，乙的實驗錯誤是_________________________．答案斜槽末端不水平每次由靜止釋放小球的位置不同解析用平滑曲線描繪出小球的運動軌跡，題圖甲中小球的初速度明顯不沿水平方向，故可推知斜槽末端不水平．題圖乙中描繪的點零亂，難以形成一條平滑曲線，可推知初速度不是每次都相同，即每次由靜止釋放小球的位置不同．例2(2021·杭州市北斗聯(lián)盟期中)兩個同學根據不同的實驗條件，進行了“探究平拋運動的特點”的實驗：(1)甲同學采用如圖甲所示的裝置，擊打金屬片把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A球被彈出時的速度，兩球仍然同時落地，這說明________________．(2)乙同學采用如圖乙所示的裝置，兩個相同的弧形光滑軌道M、N，N的末端與光滑的水平板相切，兩小鐵球P、Q能以相同的初速度同時分別從軌道下端水平射出．實驗可觀察到的現(xiàn)象應是______．僅僅改變弧形軌道M的高度，重復上述實驗，仍能觀察到相同的現(xiàn)象，這說明________________．答案(1)平拋運動在豎直方向上是自由落體運動(2)P球落地時剛好和Q球相遇平拋運動在水平方向上是勻速直線運動解析(1)在擊打金屬片時，金屬片把A球沿水平方向彈出，A球做平拋運動，同時B球被松開，做自由落體運動，兩球同時落地，說明A球與B球在豎直方向的運動規(guī)律相同，即說明平拋運動在豎直方向上是自由落體運動．(2)兩小鐵球P、Q能以相同的初速度同時分別從軌道下端水平射出，小球P做平拋運動，小球Q沿水平方向做勻速直線運動，可以看到P球落地時剛好和Q球相遇；當改變弧形軌道M的高度時，兩小球仍能相遇，說明平拋運動在水平方向的運動規(guī)律與勻速直線運動規(guī)律相同，即說明平拋運動在水平方向上是勻速直線運動．例3用頻閃照相法探究平拋運動的特點，如圖所示，記錄了物體在不同時刻的位置，已知頻閃周期一定，如果把平拋運動分解為水平運動和豎直運動，觀察圖片可知：(1)物體在水平方向上做________運動，在豎直方向上做_______運動，并說明理由：_________.(2)圖中a點________(選填“是”或“不是”)拋出點，請說明理由：_____________.答案(1)勻速直線勻加速直線理由見解析(2)不是理由見解析解析(1)記錄物體位置的a、b、c、d相鄰兩點間的水平距離均相等，為兩個小格，即水平方向上在相同時間內發(fā)生的位移相等，故物體在水平方向上做勻速直線運動；相鄰兩點間