高一物理培优人教版必修2课件 第五章第三节《实验研究平抛运动》

欢迎进入物理课堂 第三节实验 研究平抛运动 学习目标 1 学会描绘平抛运动轨迹的方法 2 根据运动轨迹求平抛物体的初速度 重点难点 1 描绘小球做平抛运动的轨迹 2 结合两个方向上的分运动 对实验数据进行处理 易错问题 误认为斜槽末端为抛出点 一 实验目的1 用描迹法描出平抛物体的运动轨迹 2 根据运动轨迹求出平抛物体的初速度 基础知识梳理 二 实验原理物体的平抛运动可以看作是两个分运动的合成 一个是水平方向的匀速直线运动 其速度等于平抛物体运动的初速度 另一个是竖直方向的自由落体运动 利用有孔的卡片确定做平抛运动的小球运动时经过的若干不同位置 然后描出运动轨迹 建立坐标系 测出曲线上任一点的坐标x和y 利用公式和 就可求出小球的水平分速度 即平抛物体的初速度 三 实验器材斜槽 白纸 图钉 方木板 小球 刻度尺 重锤 细线 三角板 铅笔 铁架台 四 实验步骤1 安装调整斜槽将白纸用图钉钉在竖直的木板的左上角 如图5 3 1所示 用平衡法调整斜槽末端水平 直到将小球轻放在斜槽的平直部分的末端 能使小球在平直轨道上的任意位置静止即可 调整木板 确定坐标原点 图5 3 12 用悬挂在槽口的重垂线把木板调整到竖直方向 并使木板平面与小球运动轨迹所在平面平行靠近 把小球放在槽口处 用铅笔记下小球在槽口时球心在木板上的水平投影点O 用铅笔在纸上把这个点记下来 O点即为坐标原点 再利用重垂线画出通过O点的竖直线 3 描点 使小球由斜槽某一位置无初速度滚下 离开水平槽后做平抛运动 先用眼睛粗略确定小球的运动轨迹 然后使小球从同一位置无初速度滚下 把笔尖放在粗略确定的位置处 如果小球运动中碰到笔尖 用铅笔在该位置记下这一点 用同样方法 在小球运动路线上描下若干点 4 描绘平抛运动的轨迹 取下白纸 将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的轨迹 核心要点突破 一 研究平抛运动时的注意事项和误差分析1 注意事项 1 实验中必须调整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水平部分 将其向两边各轻轻拨动一次 看其是否有明显的运动倾向 2 方木板必须处于竖直平面内 固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直 3 小球每次必须从斜槽上同一位置由静止滚下 4 坐标原点即小球平抛的起点不是槽口的端点 应是小球在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 2 误差分析 1 安装斜槽时 其末端不水平 2 小球做平抛运动受空气阻力影响 宜用密度大的金属小球 3 小球每次滚下的初位置不尽相同 4 建立坐标系时 可能误将斜槽末端端口作为坐标原点 二 数据处理1 判断平抛运动的轨迹是不是抛物线如图5 3 2所示 在x轴上作出等距离的几个点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 其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坐标之间应该具有y ax2的关系 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 2 计算平抛物体的初速度 1 在轨迹曲线上任取几点 如A B C D 2 用刻度尺和三角板分别测出所取点的坐标x和y 3 根据平抛运动水平方向上是匀速直线运动 x v0t 及竖直方向上是自由落体运动 分别计算出小球的初速度v0 最后计算小球的初速度v0的平均值 图5 3 2 特别提醒1 计算初速度时 要在平抛运动轨迹上选取距O点远些的点 以使结果更准确 2 利用以上方法确定v0时 要以坐标原点为出发点 特别提醒 三 研究平抛运动的其他方法1 对比实验法实验装置如图5 3 3所示 1 研究水平方向上的分运动的性质 图5 3 3 把两个小铁珠分别吸在电磁铁C D上 切断电源 使两个小铁珠以相同的初速度分别从轨道A B同时射出 同步改变电磁铁C D与轨道出口水平线之间的高度 多次重复以上步骤 我们看到两个小铁珠每次都发生相碰 因此可以得出两个小铁珠在水平方向的运动是相同的 即平抛运动在水平方向上的分运动是匀速直线运动 2 研究竖直方向上的分运动的性质 把两个小铁珠分别吸在电磁铁C E上 切断电磁铁C的电源 使一只小铁珠从轨道A射出 并在射出时碰撞开关S 使电磁铁E断电释放它吸着的小铁珠 调整它的位置 让电磁铁E从N向M移动 多次重复以上步骤 我们看到两个小铁珠每次都发生相碰 因此可以得出两个小铁珠在竖直方向的运动是相同的 即平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动 2 喷水法图5 3 4如图5 3 4 倒置的饮料瓶内装着水 瓶塞内插着两根两端开口的细管 其中一根弯成水平 加上一个很细的喷嘴 水从喷嘴中射出 在空中形成弯曲的细水柱 它显示了平抛运动的轨迹 将它描在背后的纸上 进行分析处理 3 频闪照相法频闪照相是指每隔一定时间对同一物体进行一次照相 并将其位置呈现在同一张底片上的技术 它可以精确描述物体的运动情况 如图5 3 5所示 图5 3 5 1 通过对同一时刻两小球位置的对比可知 在任一个相同时间内下落的位移是相等的 即平抛运动的竖直分运动是自由落体运动 2 测量相邻像间的水平距离 结果发现任意两个相邻的像间水平距离相等 说明平抛运动在水平方向的分运动是匀速直线运动 课堂互动讲练 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 一定要注意木板是否竖直B 安装有斜槽的木板时 要注意小球不和木板发生摩擦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 分析平抛运动的规律 解析 做本实验必须使斜槽末端切线水平 使木板竖直 以确保小球水平飞出和正确画出坐标轴 小球每次从斜槽上同一位置由静止开始滚下 可保证小球初速度不变 答案 ABCD 点评 1 应保持斜槽末端的切线水平 钉有坐标纸的木板竖直 并使小球的运动靠近坐标纸但不接触 2 小球每次必须从斜槽上同一位置由静止滚下 在斜槽上释放小球的高度应适当 使小球以合适的水平初速度抛出 其轨迹在坐标纸的左上角到右下角间分布 从而减小测量误差 2010年北京育才中学高一检测 为一小球做平抛运动的闪光照相照片的一部分 图中背景方格的边长均为5cm 如果取g 10m s2 那么 图5 3 6 1 闪光频率是 Hz 2 小球运动中水平分速度的大小是 m s 3 小球经过B点的速度大小是 m s 解析 平抛运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动 A B C三点水平间隔相等 故相邻各点的时间间隔相等 设为T 在竖直方向 h gT2 即 5 3 0 05m gT2 解得T 0 1s 故闪光频率 水平方向上有3 0 05m v0T 故水平分速度 竖直方向上B点速度为AC段竖直方向的平均速度 v0与vBy合成得B点速度大小为 点评 遇到根据平抛轨迹或平抛物体闪光照片计算初速度时 要注意上方的点不一定是抛出点 解决方法是在竖直方向列出 y aT2和水平方向列出 x v0T求解 答案 1 10 2 1 5 3 2 5 2010年启东中学高一检测 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法 提供的实验器材 弹射器 含弹丸 见示意图5 3 7 铁架台 带有夹具 米尺 图5 3 7 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为 并在示意图中用字母标出 4 由于弹射器每次射出的弹丸初速度不可能完全相等 在实验中采取的方法是 5 计算公式 解析 1 实验示意图如图5 3 8所示 2 弹射器必须保持水平 以保证弹丸初速度沿水平方向 3 应测出弹丸下降的高度y和水平位移x 如图5 3 8所示 4 在不改变高度y的条件下进行多次实验测量水平位移x 得出水平位移x的平均值 以减小误差 图5 3 8 5 因为 所以 又 故 答案 见解析 点评 根据平抛运动的规律及各分运动间的等时性和独立性的特点 可以重新设计实验以达到探究平抛运动规律的目的 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全