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2014-2015学年高一物理复习课件第5章第3节《实验研究平抛运动》(人教版必修二)_图文

成才之路 ·物理
人教版 ·必修2
路漫漫其修远兮 吾将上下而求索

第五章
曲线运动
1.1.1 集合的概念

第五章 第三节 实验:研究平抛运动
1.1.1 集合的概念

1 学习目标定位 2 课堂情景切入 3 知识自主梳理

4 重点难点突破 5 考点题型设计 7 课后强化作业

学习目标定位

*

会分析平抛运动的性质

**

掌握探究平抛运动的实验思路及方法

课堂情景切入

做平抛运动的物体在运动中每时每刻都有 不同的位置,如何确定物体在不同时刻的位置 坐标?怎样描绘物体的运动轨迹呢?让我们通 过实验来探究这个问题。

知识自主梳理

描迹法描绘平抛运动的轨迹
利用实验室的斜面小槽等器材装配下图所 示的装置。钢球从斜槽上滚下平,抛通过水平槽飞 出后做____同__一_位_运置 动。每次都使钢球从斜槽上 ________轨_迹__由静止释放,钢球每次在空中做平 抛运动的________就相同。设法用铅笔描出小 球平经滑过的曲的线位置。通过多次实验,在竖直白纸上 记录钢球所经过的多个位置,用_____________ 将各点连起来,从而得到钢球做平抛运动的轨 迹。

用细水流显示平抛运动的轨迹
如图所示,倒置的饮料瓶内装着 水,瓶塞内插着两根两端开口的水细平管, 其中一根弯成_____,且加上一个很 细的喷嘴。
水从喷嘴平中抛射运动出,在空中形成弯 曲的细水柱,它显示了__________的 轨迹。将它描在背后的纸上,或用相 机拍摄下来进行分析处理。

用频闪照相拍摄平抛运动的轨迹
用数码照相机可记录平抛运动的轨迹,如 图所示。由于相邻两帧相照等片间的时间间隔是 _______的水平,只要测量相邻两照片上小球的 _______位移,就很容易判断平抛运动水平方向 上的运动特点。

重点难点突破

用描迹法研究平抛运动
1.实验目的 (1)描出平抛运动的轨迹,并验证轨迹是一 条抛物线。
(2)根据平抛运动的轨迹求其初速度。

2.实验原理

(1)用描迹法画出小球平抛运动的轨迹。

(2)建立坐标系,测出轨迹上某点的坐标 x、y,据 x=v0t,

y=12gt2 得初速度 v0=x·

g 2y

3.实验器材

斜槽(附金属小球)、木板及竖直固定的支架、白纸、图钉、

刻度尺、三角板、重锤、铅笔。

4.实验步骤 (1)安装调平 ①将带有斜槽轨道的木板固定在实验桌上,其末端伸出桌 面外,轨道末端切线水平。 ②用图钉将坐标纸固定于竖直木板的左上角,把木板调整 到竖直位置,使板面与小球的运动轨迹所在平面平行且靠近。 如图所示。

(2)建坐标系
把小球放在槽口处,用铅笔记下小球在槽 口(轨道末端)时球心所在木板上的投影点O,O 点即为坐标原点,用重垂线画出过坐标原点的 竖直线作为y轴,画出水平向右的x轴。
(3)确定小球位置:
①将小球从斜槽上某一位置由静止滑下, 小球从轨道末端射出,先用眼睛粗略确定做平 抛运动的小球在某一x值处的y值。
②让小球由同一位置自由滚下,在粗略确 定的位置附近用铅笔较准确地描出小球通过的 位置,并在坐标纸上记下该点。

(4)描点得轨迹
取下坐标纸,将坐标纸上记下的一系列点 用平滑曲线连起来,即得到小球平抛运动轨迹。

5.数据处理 (1)计算初速度 ①在平抛小球运动轨迹上选取 A、B、C、D、E 五个点, 测出它们的 x、y 坐标值,记到表格内。 ②把测到的坐标值依次代入公式 y=12gt2 和 x=v0t,求出小 球平抛的初速度,并计算其平均值。

(2)验证轨迹是抛物线
抛物线的数学表达式为y=ax2,将某点(如B 点)的坐标x、y代入上式求出常数a,再将其他 点的坐标代入此关系式看看等式是否成立,若 等式对各点的坐标近似都成立,则说明所描绘 得出的曲线为抛物线。

6.误差分析 (1)斜槽末端没有调水平,小球离开斜槽后 不做平抛运动。
(2)确定小球运动的位置时不准确。 (3)量取轨迹上各点坐标时不准确。

7.注意事项 (1)实验中必须保持斜槽末端水平。 (2)要用重垂线检查木板、坐标纸上的竖直 线是否竖直。
(3)小球必须每次从斜槽上相同的位置自由 滚下。
(4)实验时,眼睛应平视运动小球,并较准 确地确定小球通过的位置。
(5)要在斜槽上较大的高度释放小球,使其 以较大的水平速度运动,从而减小相对误差。
(6)要用平滑的曲线画出轨迹,舍弃个别偏

考点题型设计

对实验原理及操作过程的考查
在探究平抛运动的规律时,可以选用下列各种 装置图,以下操作合理的是( )

A.选用装置1研究平抛物体竖直分运动, 应该用眼睛看A、B两球是否同时落地
B.选用装置2要获得稳定的细水柱所显示 的平抛轨迹,竖直管上端一定要低于水面
C.选用装置3要获得钢球的平抛轨迹,每 次不一定要从斜槽上同一位置由静止释放
D.除上述装置外,也能用数码照相机拍摄 钢球做平抛运动时每秒15帧的录像获得平抛轨 迹

解析:小球下落的速度很快,运动时间很
短,用眼睛很难准确判断出小球落地的先后顺 序,应听声音,选项A不合理;竖直管的上端 应低于水面,这是因为竖直管与空气相通,管
上端处的压强始终等于大气压,不受瓶内水面
高低的影响,因此可以得到稳定的细水柱,选 项B正确;只有每次从同一高度由静止释放钢 球,钢球做平抛运动的初速度才相同,选项C 错误;获得每秒15帧的录像就等同于做平抛运 动实验时描方格图的方法,同样可以探究平抛 运动的规律,选项D正确。

(安徽师大附中2013~2014学年高一下学期 期中)在“研究平抛物体运动”的实验中,可以 描绘平抛物体运动轨迹和求物体的平抛初速度。 实验简要步骤如下:
A.让小球多次从________位置上滚下,记 下小球穿过卡片孔的一系列位置。
B.安装好器材,注意斜槽末端水平和平板 竖直,记下斜槽末端O点和过O点的竖直线,检 测斜槽末端水平的方法是 ________________________________________

C.测出曲线上某点的坐标x、y,用v0= ________算出该小球的平抛初速度,实验需要 对多个点求v0的值,然后求它们的平均值。
D.取下白纸,以O为原点,以竖直线为轴 建立坐标系,用平滑曲线画平抛轨迹。
上述实验的合理顺序是________(只排列序 号即答可案):同一 将小球放到槽口末端任一位置均不滚动
g x 2y BADC

实验数据处理方法
在研究平抛运动的实验中,用一张印有小方格 的纸记录轨迹,小方格的边长 L=1.25cm,若小球在平抛运动 途中的几个位置如图中 a、b、c、d 所示,则

(1)写出小球平抛运动的初速度的计算式(用L、 g表示),其值是多少?
(2)a点是平抛小球抛出点的位置吗?如果不 是,那么抛出点的位置怎样确定?

解析:(1)平抛运动的竖直分运动是自由落体运动,即初速 度为 0 的匀加速直线运动。水平分运动是匀速直线运动。由水 平方向 ab = bc = cd 知,相邻两点间的时间间隔相等,设为 T, 竖直方向相邻两点间的位移之差相等,Δy=L。由 Δy=gT 2 得 L=gT 2,时间 T 内,水平位移为 x=2L,
所以 v0=Tx= 2LL/g=2 gL, 代入数据得 v0=0.7m/s。

(2)由于 ab、bc、cd 间竖直位移之比不满足 1∶3∶5 的关 系,所以 a 点不是抛出点.设小球运动到 b 点时竖直方向上的 分速度为 vyb,则有 vyb=32LT=3 2gL=0.525m/s,小球从抛出点 运动到 b 点所用时间为 tb=vgyb,

则抛出点到 b 点的水平位移为 xb=v0tb=v0gvyb=0.7×9.08.525m =0.0375m=3.75cm, 抛出点到 b 点的竖直位移, yb=v22ygb=20×.5295.82 m≈0.0141m=1.41cm.
答案:(1)v0=2 gL 0.7m/s (2)见解析

点评:平抛运动初速度的求解方法 (1)已知抛出点时初速度的求解常用公式 x=v0t, y=12gt2,得 v0=x 2gy。 (2)未知抛出点时初速度的求解常用公式 Δy=gT 2 和 x= v0T。

(昆明一中2013~2014学年高一下学期期中) 某实验小组同学在“研究平抛物体的运动”实
验中,只画出了如图所示的曲线,于是他在曲 线上取水平距离Δx相等的三点A、B、C,量得 Δx=0.2m。又量出它们之间的竖直距离分别为 h1=0.1m,h2=0.2m,(g=10m/s2)利用这些数 据,可求得:

(1)物体抛出时的初速度为________m/s; (2)物体经过B时竖直分速度为________m/s; (3)抛出点在A点上方高度为________m处。 答案:2 1.5 0.0125

解析:(1)由 Δh=gT 2,得 T=0.1s v0=ΔTx=2m/s (2)vBy=h12+Th2=1.5m/s (3)y0=yB-h1=v22Bgy-h1=0.0125m。

对实验原理的理解和迁移应用
某科学兴趣小组利用下列装置验证小球平抛运 动规律,设计方案如图(甲)所示,用轻质细线拴接一小球,在 悬点 O 正下方有水平放置的炽热的电热丝 P,当悬线摆至电热 丝处时能轻易被烧断;MN 为水平木板,已知悬线长为 L,悬 点到木板的距离 OO′=h(h>L)。

(1)电热丝P必须放在悬点正下方的理由是: ________ ______________________。
(2)将小球向左拉起后自由释放,最后小球 落到木板上的C点,O′C=s,则小球做平抛运动 的初速度v0=________。
(3)在其他条件不变的情况下,若改变释放 小球时悬线与竖直方向的夹角θ,小球落点与O′ 点的水平距离s将随之改变,经多次实验,以s2 为纵坐标、cosθ为横坐标,得到如图(乙)所示图 象。则当θ=30°时,s为________m。

解析:(1)电热丝 P 放在悬点正下方,是因为当小球摆到最 低点时,速度 v0 为水平方向,此时悬线刚好被烧断,以保证小 球做平抛运动。
(2)由 s=v0t,h-L=12gt2, 解得 v0=s 2?h-g L?。 (3)由 s2—cosθ 图象可知 s2=2-2cosθ,当 θ=30°时,代入 上式得 s=0.52m。

答案:(1)保证小球沿水平方向抛出
g (2)s 2?h-L? (3)0.52
点评:本题是平抛运动规律的应用问题, 属实验原理的迁移应用,考查知识的迁移能力, 是高考命题的趋势。

试根据平抛运动原理设计“测量弹射器弹
丸出射初速度”的实验方案,提供的实验器材 为弹射器(含弹丸,如图所示)、铁架台(带有夹 具)、米尺。

(1)画出实验示意图;
(2)在安装弹射器时应注意________;
(3)实验中需要测量的量(并在示意图中用字 母标出)为________;
(4)由于弹射器每次射出的弹丸初速度不可 能完全相等,在实验中应采取的方法是 __________________________________ ________________________________________;
(5)计算公式为 ____________________________。

答案:(1)如下图 (2)保持弹射器水平 (3)弹丸从弹出到

落地水平位移为 x,下落高度 y (4)多次实验,求平均值 (5)v0

=x

g 2y

解析:根据研究平抛运动的实验原理及平抛运动的规律,

可以使弹丸做平抛运动,通过测量下落高度求出时间,再测出

水平位移求出其平抛的初速度。y=12gt2,t= 2gy,而 x=v0t,

所以 v0=xt =x

g 2y

课后强化作业
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