高中物理課件第04章曲線運(yùn)動(dòng)與萬有引力定律實(shí)驗(yàn)五探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)

高中物理課件實(shí)驗(yàn)五探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)第四章曲線運(yùn)動(dòng)與萬有引力定律夯實(shí)必備知識(shí)研透命題要點(diǎn)目錄CONTENTS//////////////提升素養(yǎng)能力///////一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.通過實(shí)驗(yàn)，探究平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向和水平方向的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。2.掌握描跡法、頻閃照相法等探究實(shí)驗(yàn)的常用方法。3.能設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)方案，通過數(shù)據(jù)分析描繪平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，并會(huì)計(jì)算物體的初速度。二、實(shí)驗(yàn)思路1.思路：把復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)分解為不同方向上兩個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的直線運(yùn)動(dòng)。2.平拋運(yùn)動(dòng)的分解方法：由于物體是沿著水平方向拋出的，在運(yùn)動(dòng)過程中只受到豎直向下的重力作用，可嘗試將平拋運(yùn)動(dòng)分解為水平方向的分運(yùn)動(dòng)和豎直方向的分運(yùn)動(dòng)。方案一利用頻閃照相法探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)1.實(shí)驗(yàn)步驟：圖1數(shù)碼相機(jī)每秒拍下小球做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)的十幾幀或幾十幀照片，將照片上不同時(shí)刻的小球的位置連成平滑曲線，便得到小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，由于相鄰兩幀照片間的時(shí)間間隔相等，只要測(cè)出相鄰兩幀照片上小球位置間的水平距離和豎直距離，就可判斷平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向和豎直方向的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。2.理論分析：(1)在豎直方向上，兩球運(yùn)動(dòng)經(jīng)過相等的時(shí)間，下落相同的高度，即在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)是相同的，都是__________運(yùn)動(dòng)。 (2)在水平方向上，平拋運(yùn)動(dòng)在通過相等的時(shí)間內(nèi)前進(jìn)的距離相同，即水平方向上的運(yùn)動(dòng)是__________運(yùn)動(dòng)。自由落體勻速直線方案二利用描跡法探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)1.探究平拋運(yùn)動(dòng)豎直分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)(1)實(shí)驗(yàn)按圖示2裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，小鋼球A、B位于相同高度處，用小錘擊打彈性金屬片，金屬片C受到小錘的擊打，向前推動(dòng)A，小鋼球A具有水平初速度，做平拋運(yùn)動(dòng)，同時(shí)松開小鋼球B，自由下落，做自由落體運(yùn)動(dòng)。圖2(2)分析：仔細(xì)觀察可知，不管兩個(gè)小鋼球距地面的高度為多大，或小錘擊打金屬片的力度多大(小錘擊打金屬片的力度越大，小鋼球A水平拋出的初速度越大)，兩小鋼球每次都同時(shí)落地，說明兩小鋼球在空中運(yùn)動(dòng)的______相等，即做平拋運(yùn)動(dòng)的物體在豎直方向上的分運(yùn)動(dòng)是__________運(yùn)動(dòng)。(3)結(jié)論：做平拋運(yùn)動(dòng)的物體在豎直方向上做__________運(yùn)動(dòng)。時(shí)間自由落體自由落體2.探究平拋運(yùn)動(dòng)水平分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn) (1)實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。斜槽M末端水平。鋼球在斜槽中從某一高度滾下，從末端飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)。在裝置中有一個(gè)水平放置的可上下調(diào)節(jié)的傾斜擋板N，鋼球飛出后，落到擋板上。實(shí)驗(yàn)前，先將一張白紙和復(fù)寫紙固定在裝置的背板上。鋼球落到傾斜的擋板上后，就會(huì)擠壓復(fù)寫紙，在白紙上留下印跡。上下調(diào)節(jié)擋板N，通過多次實(shí)驗(yàn)，在白紙上記錄鋼球所經(jīng)過的多個(gè)位置。最后，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(dòng)的軌跡。圖3(2)設(shè)法確定“相等的時(shí)間間隔”，看相等的時(shí)間內(nèi)水平分運(yùn)動(dòng)的位移，進(jìn)而確定水平分運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。(3)結(jié)論做平拋運(yùn)動(dòng)的物體在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)。命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)【真題示例1】

(2021·全國乙卷，22)某同學(xué)利用圖4(a)所示裝置研究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)時(shí)該同學(xué)使用頻閃儀和照相機(jī)對(duì)做平拋運(yùn)動(dòng)的小球進(jìn)行拍攝，頻閃儀每隔0.05s發(fā)出一次閃光，某次拍攝后得到的照片如圖(b)所示(圖中未包括小球剛離開軌道的影像)。圖中的背景是放在豎直平面內(nèi)的帶有方格的紙板，紙板與小球軌跡所在平面平行，其上每個(gè)方格的邊長(zhǎng)為5cm。該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的小球影像的高度差已經(jīng)在圖(b)中標(biāo)出。圖4完成下列填空：(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)(1)小球運(yùn)動(dòng)到圖(b)中位置A時(shí)，其速度的水平分量大小為________m/s，豎直分量大小為________m/s；(2)根據(jù)圖(b)中數(shù)據(jù)可得，當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊拇笮開_______m/s2。(2)在豎直方向上，根據(jù)Δy＝gT2，解得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却鸢?/p>

(1)1.0

2.0

(2)9.7題干【真題示例2】

(2019·浙江4月選考)采用如圖5所示的實(shí)驗(yàn)裝置做“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)。(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)需要下列哪個(gè)器材________；A.彈簧秤B.重垂線C.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(2)(多選)做實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓小球多次沿同一軌道運(yùn)動(dòng)，通過描點(diǎn)法畫出小球平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。下列的一些操作要求，正確的是________；A.每次必須由同一位置靜止釋放小球B.每次必需嚴(yán)格地等距離下降記錄小球位置C.小球運(yùn)動(dòng)時(shí)不應(yīng)與木板上的白紙相接觸D.記錄的點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些圖5(3)若用頻閃攝影方法來驗(yàn)證小球在平拋過程中水平方向是勻速運(yùn)動(dòng)，記錄下如圖6所示的頻閃照片。在測(cè)得x1、x2、x3、x4后，需要驗(yàn)證的關(guān)系是____________。已知頻閃周期為T，用下列計(jì)算式求得的水平速度，誤差較小的是________。圖6解析

(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)需要重垂線來確定豎直方向，故選B。(2)為保證每次小球運(yùn)動(dòng)的初速度相同，每次必須由同一位置靜止釋放小球，A正確；實(shí)驗(yàn)中，不必嚴(yán)格地等距離下降記錄小球位置，B錯(cuò)誤；為保證小球在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)只受到重力，小球運(yùn)動(dòng)時(shí)不應(yīng)與木板上的白紙相接觸，C正確；為使描得的軌跡精準(zhǔn)些，誤差小些，記錄的點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些，D正確。答案(1)B

(2)ACD(3)x4－x3＝x3－x2＝x2－x1＝x1

D題干【針對(duì)訓(xùn)練1】

用如圖7所示裝置研究平拋運(yùn)動(dòng)，將白紙和復(fù)寫紙對(duì)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(shí)，鋼球側(cè)面會(huì)在白紙上擠壓出一個(gè)痕跡點(diǎn)。移動(dòng)擋板，重新釋放鋼球。如此重復(fù)，白紙上將留下一系列痕跡點(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圖7(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。①取平拋運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)。將鋼球靜置于Q點(diǎn)，鋼球的________(選填“最上端”“最下端”或者“球心”)對(duì)應(yīng)白紙上的位置即為原點(diǎn)；在確定y軸時(shí)________(選填“需要”或“不需要”)y軸與重垂線平行。圖8(3)為了得到平拋物體的運(yùn)動(dòng)軌跡，同學(xué)們還提出了以下三種方案，其中可行的是______。A.用細(xì)管水平噴出穩(wěn)定的細(xì)水柱，拍攝照片，即可得到平拋運(yùn)動(dòng)軌跡B.用頻閃照相在同一底片上記錄平拋小球在不同時(shí)刻的位置，平滑連接各位置，即可得到平拋運(yùn)動(dòng)軌跡C.將鉛筆垂直于豎直的白紙板放置。筆尖緊靠白紙板，鉛筆以一定初速度水平拋出，將會(huì)在白紙上留下筆尖的平拋運(yùn)動(dòng)軌跡解析

(1)因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)是研究平拋運(yùn)動(dòng)，只需要每次實(shí)驗(yàn)都能保證鋼球做相同的平拋運(yùn)動(dòng)，即每次實(shí)驗(yàn)都要保證鋼球從同一高度無初速度釋放并水平拋出，沒必要要求斜槽軌道光滑。因此A錯(cuò)誤，B、D正確；擋板高度可以不等間距變化，故C錯(cuò)誤。(2)①因?yàn)殇撉蜃銎綊佭\(yùn)動(dòng)的軌跡是其球心的軌跡，故將鋼球靜置于Q點(diǎn)，鋼球的球心對(duì)應(yīng)白紙上的位置即為坐標(biāo)原點(diǎn)(平拋運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn))；在確定y軸時(shí)需要y軸與重垂線平行。②由于平拋的豎直分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)，故相鄰相等時(shí)間內(nèi)豎直方向上位移之比為1∶3∶5…。故兩相鄰相等時(shí)間內(nèi)豎直方向上的位移之比越來越大。(3)將鉛筆垂直于豎直的白紙板放置，筆尖緊靠白紙板，鉛筆以一定初速度水平拋出，由于鉛筆受摩擦力作用，且不一定能始終保證鉛筆水平，鉛筆將不能始終保持垂直白紙板運(yùn)動(dòng)，將發(fā)生傾斜，故不會(huì)在白紙上留下筆尖的平拋運(yùn)動(dòng)軌跡，故C不可行，A、B可行。命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新【真題示例3】

(2020·天津卷，9)某實(shí)驗(yàn)小組利用圖9所示裝置測(cè)定平拋運(yùn)動(dòng)的初速度。把白紙和復(fù)寫紙疊放一起固定在豎直木板上，在桌面上固定一個(gè)斜面，斜面的底邊ab與桌子邊緣及木板均平行。每次改變木板和桌邊之間的距離，讓鋼球從斜面頂端同一位置滾下，通過碰撞復(fù)寫紙，在白紙上記錄鋼球的落點(diǎn)。圖9(1)為了正確完成實(shí)驗(yàn)，以下做法必要的是________。A.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)保持桌面水平B.每次應(yīng)使鋼球從靜止開始釋放C.使斜面的底邊ab與桌邊重合D.選擇對(duì)鋼球摩擦力盡可能小的斜面(2)實(shí)驗(yàn)小組每次將木板向遠(yuǎn)離桌子的方向移動(dòng)0.2m，在白紙上記錄了鋼球的4個(gè)落點(diǎn)，相鄰兩點(diǎn)之間的距離依次為15.0cm、25.0cm、35.0cm，示意圖如圖10。重力加速度g＝10m/s2，鋼球平拋的初速度為________m/s。(3)圖9裝置中，木板上懸掛一條鉛垂線，其作用是________________________。圖10解析

(1)為了使鋼球離開桌面做平拋運(yùn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)保持桌面水平，A項(xiàng)正確；為了使鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度相同，每次應(yīng)使鋼球從同一位置由靜止釋放，B項(xiàng)正確；實(shí)驗(yàn)與斜面是否光滑無關(guān)，D項(xiàng)錯(cuò)誤；若ab邊與桌邊重合，則鋼球在空中做的不是平拋運(yùn)動(dòng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤。(3)木板上懸掛鉛垂線是為了調(diào)整木板使其處于豎直狀態(tài)。答案

(1)AB

(2)2

(3)方便將木板調(diào)整到豎直平面題干【針對(duì)訓(xùn)練2】

(2021·山東日照市第二次模擬)(1)下列三個(gè)裝置圖都可以用來探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。 ①用圖11甲裝置實(shí)驗(yàn)時(shí)，要獲得鋼球的平拋軌跡，每次一定要將鋼球從斜槽上________(填“同一位置”或“不同位置”)由靜止釋放； ②用圖乙裝置實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了獲得穩(wěn)定的細(xì)水柱以顯示平拋軌跡，豎直管上端A一定要________(填“高于”或“低于”)水面；圖11(2)某同學(xué)用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到如圖丙所示的平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的一部分，重力加速度g＝10m/s2，由圖中信息可求得小球平拋的初速度大小為v0＝______m/s(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)，小球平拋起點(diǎn)的位置坐標(biāo)為(________cm，________cm)。答案

(1)①同一位置②低于

(2)2.0－20－5解析

(1)①用圖甲裝置實(shí)驗(yàn)時(shí)，要獲得鋼球的平拋軌跡，每次一定要將鋼球從斜槽上同一位置由靜止釋放；②用圖乙裝置實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了獲得穩(wěn)定的細(xì)水柱以顯示平拋軌跡，豎直管上端A一定要低于水面，這樣在管口處的壓強(qiáng)是恒定不變的，則水流速度不變。(2)根據(jù)Δh＝gT2因豎直方向兩段相等時(shí)間的位移之比為15∶25＝3∶5，根據(jù)初速度為零的勻變速直線運(yùn)動(dòng)相鄰相等時(shí)間的位移之比為1∶3∶5…，可知從拋出點(diǎn)開始的第一段相等時(shí)間的豎直位移為5cm，則拋出點(diǎn)的坐標(biāo)為(－20cm，－5cm)。1.(2021·江蘇南通市調(diào)研)用如圖12所示的裝置研究平拋運(yùn)動(dòng)。將白紙和復(fù)寫紙對(duì)齊重疊并固定在硬板上。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(shí)，鋼球側(cè)面會(huì)在白紙上擠壓出一個(gè)痕跡點(diǎn)，如圖13所示的白紙上建立以拋出點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)、水平方向?yàn)閤軸、豎直方向?yàn)閥軸的坐標(biāo)系。圖12圖13(1)為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差盡可能小，下列說法正確的是________。A.斜槽軌道必須光滑B.必須調(diào)節(jié)斜槽，保證末端水平，且讓小球出射方向與硬板平行C.必須調(diào)節(jié)硬板，保證硬板在豎直平面內(nèi)D.軌道末端的Q點(diǎn)即為坐標(biāo)原點(diǎn)，也就是平拋運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)(2)在圖13中實(shí)驗(yàn)記錄到的點(diǎn)有一個(gè)位置明顯發(fā)生偏差，其產(chǎn)生的原因可能是：該次實(shí)驗(yàn)時(shí)，小球在斜槽上釋放的位置與其他幾次相比偏________(選填“高”或“低”)。(3)根據(jù)圖13記錄的點(diǎn)可求得鋼球平拋的初速度大小為______m/s(已知g＝10m/s2)。答案(1)BC

(2)低(3)1解析

(1)研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)必須滿足每次從斜槽上相同的位置無初速度釋放鋼球，這樣是為了到達(dá)Q點(diǎn)時(shí)鋼球能獲得同樣的平拋運(yùn)動(dòng)的水平初速度，與斜槽是否光滑無關(guān)，故A錯(cuò)誤；研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)還應(yīng)滿足初速度方向?yàn)樗椒较?，所以必須調(diào)節(jié)斜槽，保證末端水平，且讓小球出射方向與硬板平行，故B正確；為了保證小球能在豎直平面內(nèi)做平拋運(yùn)動(dòng)，還必須調(diào)節(jié)硬板，保證硬板在豎直平面內(nèi)，故C正確；建立直角坐標(biāo)系時(shí)，要取小球剛開始做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)的重心位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，也就是距離軌道末端的Q點(diǎn)上方一個(gè)小球半徑的長(zhǎng)度作為平拋運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，故D錯(cuò)誤。(2)在題圖中實(shí)驗(yàn)記錄到的點(diǎn)有一個(gè)位置明顯發(fā)生偏差，其產(chǎn)生的原因可能是該次實(shí)驗(yàn)時(shí)，小球在斜槽上釋放的位置與其他幾次相比偏低，導(dǎo)致其做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度偏小。x＝0.20m＝v0t聯(lián)立上式解得v0＝1m/s。2.(2021·湖北武漢市質(zhì)檢)用如圖14甲所示裝置研究平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。將白紙和復(fù)寫紙對(duì)齊重疊并固定在豎直的木板上。鋼球沿斜槽軌道PQ滑下后從Q點(diǎn)飛出，落在豎直擋板MN上。由于豎直擋板與豎直木板的夾角略小于90°，鋼球落在擋板上時(shí)，鋼球側(cè)面會(huì)在白紙上擠壓出一個(gè)痕跡點(diǎn)。每次將豎直擋板向右平移相同的距離L，從斜槽上同一位置由靜止釋放鋼球，如此重復(fù)，白紙上將留下一系列痕跡點(diǎn)。圖14(1)實(shí)驗(yàn)前需要檢查斜槽末端是否水平，正確的檢查方法是___