202X版新教材高中物理第五章拋體運(yùn)動(dòng)3實(shí)驗(yàn)探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)課件新人教版必修第二冊(cè)

1、3實(shí)驗(yàn):探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)必備知識(shí)自我檢測(cè)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.平拋運(yùn)動(dòng):以一定的速度將物體拋出,在空氣阻力可以忽略的情況下,物體只受重力的作用,這時(shí)的運(yùn)動(dòng)叫作拋體運(yùn)動(dòng)。如果初速度是沿水平方向,這樣的拋體運(yùn)動(dòng)就叫平拋運(yùn)動(dòng)。2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?探究物體做平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),即物體的速度或位移隨時(shí)間的變化關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)思路平拋運(yùn)動(dòng)是曲線運(yùn)動(dòng),我們可以嘗試將它分解為水平方向的分運(yùn)動(dòng)和豎直方向的分運(yùn)動(dòng)。只要知道這兩個(gè)方向的位移或速度隨時(shí)間變化的關(guān)系,平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)就清楚了。必備知識(shí)自我檢測(cè)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(dòng)時(shí)經(jīng)過(guò)相等時(shí)間所到達(dá)的位置。方案二、設(shè)法描繪物體做平拋運(yùn)動(dòng)的

2、軌跡,先研究水平方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,再研究豎直方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。必備知識(shí)自我檢測(cè)1.在探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)中,為減小空氣阻力對(duì)小球運(yùn)動(dòng)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(duì)小球運(yùn)動(dòng)的影響,阻力和球的重力相比越小,影響越小,故A選項(xiàng)正確。答案:A必備知識(shí)自我檢測(cè)2.安裝實(shí)驗(yàn)裝置的過(guò)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(shí),速度既不太大,也不太小B.保證小球飛出時(shí),初速度方向水平C.保證小球在空中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間每次都相等D.保證小球運(yùn)動(dòng)的軌跡是一條拋物線解析:平拋運(yùn)動(dòng)初速度的大小不是由斜槽末端是否水平?jīng)Q定的,而

3、是由小球釋放點(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(dòng),旨在弄清物體在水平和豎直兩個(gè)方向上怎樣運(yùn)動(dòng),必須保證小球拋出時(shí)速度是水平的,并非要研究小球在空中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間,故B項(xiàng)正確,C項(xiàng)不正確;無(wú)論小球飛出的初速度是水平還是傾斜的,其運(yùn)動(dòng)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(cè) 實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)操作情景導(dǎo)引為獲得物體做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡,你能想到哪些方法?要點(diǎn)提示:1.數(shù)碼相機(jī)2.平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀知識(shí)歸納方案一、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(dòng)軌跡的實(shí)驗(yàn)步驟1.讓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。2.用數(shù)碼相機(jī)的攝像功能,拍攝

4、小球從桌面飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)的幾張連續(xù)照片。3.利用Photoshop軟件將多個(gè)影像合成為同一幅照片。探究一探究二隨堂檢測(cè)注意事項(xiàng):1.保證相機(jī)靜止不動(dòng)。2.拍攝時(shí)光源用高效節(jié)能燈或更大功率的白熾燈。3.背景和小球之間的反差要大。方案二、利用平拋演示儀探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。步驟1.探究平拋運(yùn)動(dòng)豎直分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。1.把兩個(gè)等大的金屬小球放置在圖中裝置上。2.用小錘擊打彈性金屬片,觀察兩球的運(yùn)動(dòng)軌跡,確定它們落地時(shí)間的先后。3.分別改變小球距離地面的高度和小錘擊打的力度,多次重復(fù)實(shí)驗(yàn),確定它們落地時(shí)間的先后。4.若兩小球總是同時(shí)落地,則表明平拋運(yùn)動(dòng)的豎直分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)。探究一探究二隨堂檢測(cè)步驟2

5、.探究平拋運(yùn)動(dòng)水平分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。1.將一張白紙和復(fù)寫紙固定在裝置的背板上。2.按照?qǐng)D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)擋板N,重復(fù)步驟4,在白紙上記錄鋼球所經(jīng)過(guò)的多個(gè)位置。6.用平滑曲線把這些印跡連接起來(lái),就得到鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。7.以O(shè)點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),水平方向?yàn)閤軸、豎直方向?yàn)閥軸建立平面直角坐標(biāo)系。探究一探究二隨堂檢測(cè)8.在運(yùn)動(dòng)軌跡上取點(diǎn)A、B、C,在豎直方向上,滿足yOAyAByBC=135,若水平方向上,滿足xOA=

6、xAB=xBC,則表明平拋運(yùn)動(dòng)的水平分運(yùn)動(dòng)為勻速直線運(yùn)動(dòng)。探究一探究二隨堂檢測(cè)實(shí)例引導(dǎo)例1如圖所示,在探究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中,可以描繪出小球平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡,實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)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(guò)的一系列位置,如圖中a、b、c、d所示。B.按圖安裝好器材,注意,記下平拋初位置O點(diǎn)和過(guò)O點(diǎn)的水平線與豎直線。探究一探究二隨堂檢測(cè)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(dòng)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。解析:該實(shí)驗(yàn)需讓小球重復(fù)同一個(gè)平拋運(yùn)動(dòng)軌跡多次,才能記錄出小球的一系列

7、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(huì)做平拋運(yùn)動(dòng)。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(cè)變式訓(xùn)練1在探究平拋物體的運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中:(1)為使小球水平拋出,必須調(diào)整斜槽,使其末端的切線成水平方向,檢查方法是 。(2)小球的位置必須及時(shí)記錄在白紙上,然后從這一點(diǎn)畫水平線和豎直線作為x軸和y軸。(3)某同學(xué)建立的直角坐標(biāo)系如圖所示,設(shè)他在安裝實(shí)驗(yàn)裝置和其他操作時(shí)準(zhǔn)確無(wú)誤,只有一處失誤,即是 。探究一探究二隨堂檢測(cè)解析:(1)斜槽末端水平時(shí)小球處處平衡,放在槽口能靜止不動(dòng)。(2)應(yīng)記錄小球拋出點(diǎn)的位置。(3)描繪小球的運(yùn)動(dòng)軌跡的起始位置時(shí)應(yīng)

8、描繪球心的位置,因此坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)在平拋起點(diǎn)的球心位置,即坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)該是小球在槽口時(shí)球心在白紙上的水平投影點(diǎn)。答案:(1)將小球放置在槽口處軌道上,小球能保持靜止(2)拋出點(diǎn)(3)坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)該是小球在槽口時(shí)球心在白紙上的水平投影點(diǎn)探究一探究二隨堂檢測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)情景導(dǎo)引如果用數(shù)碼相機(jī)已經(jīng)描繪了平拋物體的運(yùn)動(dòng)軌跡,但沒有記錄拋出點(diǎn),僅記錄了豎直方向,能否計(jì)算出平拋運(yùn)動(dòng)的加速度?要點(diǎn)提示:可以計(jì)算出平拋運(yùn)動(dòng)的加速度。方法是在軌跡上取三個(gè)點(diǎn),讓相鄰兩點(diǎn)間的水平距離都是x,測(cè)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。

9、探究一探究二隨堂檢測(cè)知識(shí)歸納一、利用頻閃照片探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律1.判斷平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是不是拋物線原理:若平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是拋物線,則當(dāng)以拋出點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系后,軌跡上各點(diǎn)的坐標(biāo)具有y=ax2的關(guān)系,且同一軌跡上a是一個(gè)特定的值。驗(yàn)證方法方法一:代入法用刻度尺測(cè)量幾個(gè)點(diǎn)的x、y坐標(biāo),分別代入y=ax2中求出常數(shù)a,看計(jì)算得到的a值在誤差范圍內(nèi)是否為一常數(shù)。方法二:圖象法建立y-x2坐標(biāo)系,根據(jù)所測(cè)量的各個(gè)點(diǎn)的x、y坐標(biāo)值分別計(jì)算出對(duì)應(yīng)y值的x2值,在y-x2坐標(biāo)系中描點(diǎn),連接各點(diǎn)看是否在一條直線上,并求出該直線的斜率即為a值。探究一探究二隨堂檢測(cè)2.探究水平和豎直分運(yùn)動(dòng)的規(guī)律(1)以小球

10、的第一張照片位置中心為原點(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、D,過(guò)A、B、C、D點(diǎn)分別作x、y軸的垂線,在x、y軸上測(cè)量OA、AB、BC、CD之間的距離,記為xOA、yOA等。(3)在誤差允許的范圍內(nèi),若xOA=xAB=xBC=xCD,則表明平拋運(yùn)動(dòng)的水平分運(yùn)動(dòng)為勻速直線運(yùn)動(dòng)。(4)在誤差允許的范圍內(nèi),若yCD-yBC=yBC-yAB=yAB-yOA,根據(jù)(yCD+yBC)-(yAB+yOA)=4aT2,T為頻閃周期,可得加速度a;若a=g(重力加速度),則表明平拋運(yùn)動(dòng)的豎直分運(yùn)動(dòng)為自由落體運(yùn)動(dòng)。探究一探究二隨堂檢測(cè)二、利用斜槽描

11、繪平拋運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)的注意事項(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)方木板固定:方木板必須處于豎直平面內(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?jié)L下。小球開始滾下的位置高度要適中,以使小球平拋運(yùn)動(dòng)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(shí)球心在木板上的投影點(diǎn)。探究一探究二隨堂檢測(cè)實(shí)例引導(dǎo)例2圖甲是探究平拋運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)裝置圖。探究一探究二隨堂檢測(cè)(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/

12、s2,則此小球做平拋運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)L=5cm,通過(guò)實(shí)驗(yàn),記錄了小球在運(yùn)動(dòng)途中的三個(gè)位置,如圖丙所示,則該小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度為m/s,B點(diǎn)的豎直分速度為m/s。(g取10m/s2)探究一探究二隨堂檢測(cè)答案:(1)1.6(2)1.52探究一探究二隨堂檢測(cè)變式訓(xùn)練2某同學(xué)在做平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)得到了如圖所示的運(yùn)動(dòng)軌跡,a、b、c三點(diǎn)的位置在運(yùn)動(dòng)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(cè)解析:(1)由平拋運(yùn)動(dòng)公式,在x軸方向上xab=v0T,在豎直方向上

13、hbc-hab=gT2,代入數(shù)據(jù)解得T=0.1s,v0=2m/s。答案:(1)2(2)-10-1.25探究一探究二隨堂檢測(cè)1.(多選)數(shù)碼相機(jī)大多具有攝像功能,每秒鐘拍攝大約15幀照片,一同學(xué)用它拍攝小球從水平面飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)的幾張連續(xù)照片,下列處理正確的是()A.只要測(cè)出相鄰三照片上小球的距離,就能判斷平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)B.只要測(cè)出相鄰三照片上小球的水平距離,就能判斷平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)C.只要測(cè)出相鄰三照片上小球的豎直距離,就能判斷平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)D.只要測(cè)出相鄰三照片上小球的豎直距離,就能判斷平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)解析:連續(xù)照片之間的時(shí)間間隔已知道,因此只需

14、測(cè)量?jī)蓚€(gè)方向上的對(duì)應(yīng)距離,即可研究?jī)蓚€(gè)分運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。答案:BD探究一探究二隨堂檢測(cè)2.三個(gè)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(dòng)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(shí)B球被松開,自由下落,觀察到兩球同時(shí)落地,改變小錘打擊的力度,即改變A球被彈出時(shí)的速度,兩球仍然同時(shí)落地,這說(shuō)明。探究一探究二隨堂檢測(cè)(2)b同學(xué)采用如圖乙所示的裝置。兩個(gè)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

15、v0相等。現(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(shí)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(shuō)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(dòng)”的照片。圖中每個(gè)小方格的邊長(zhǎng)為10cm,則由圖可求得該小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度大小為m/s。(g取10m/s2)探究一探究二隨堂檢測(cè)解析:(1)在打擊金屬片時(shí),兩小球同時(shí)分別做平拋運(yùn)動(dòng)與自由落體運(yùn)動(dòng),結(jié)果同時(shí)落地,則說(shuō)明平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向的分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)。(2)讓兩小球同時(shí)從相同的弧形軌道上的相同高度

16、滾下,從而使兩小球同時(shí)滾離軌道并具有相同的速度。小球P做平拋運(yùn)動(dòng),小球Q做勻速直線運(yùn)動(dòng),兩小球相遇則說(shuō)明平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向的分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)。(3)平拋運(yùn)動(dòng)可看成豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)與水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)。在豎直方向上,由答案:(1)平拋運(yùn)動(dòng)的豎直分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)(2)平拋運(yùn)動(dòng)的水平分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)(3)2探究一探究二隨堂檢測(cè)3.某物理實(shí)驗(yàn)小組利用如圖所示裝置測(cè)量小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度。在地面上沿拋出的速度方向水平放置一把刻度尺,讓懸掛在拋出點(diǎn)處的重錘的投影落在刻度尺的零刻度線上,則利用小球在刻度尺上的落點(diǎn)位置,就可以直觀地得到小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度。下列各圖表示四位同學(xué)在刻度尺旁邊分別制作出的速度標(biāo)尺(圖中P點(diǎn)為重錘的投影位置),其中可能正確的是()探究一探究二隨堂檢測(cè)答案:A探究一探究二隨堂檢測(cè)4.某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)探究平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖甲所示。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(shí)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(shí)向紙面內(nèi)側(cè)平移距離d。實(shí)驗(yàn)得到小球在