高中物理 5.3 实验：研究平抛运动课件 新人教版必修2 (2).ppt

3 实验 研究平抛运动 1 能够描出平抛运动物体的轨迹 2 能够判断平抛运动的轨迹是否为抛物线 3 能够求出平抛运动物体的初速度 一 二 三 四 一 二 三 四 二 探究平抛运动规律的两种方法1 对比实验法实验装置如图所示 实验器材 斜槽 坐标纸 图钉 木板及竖直固定支架 铅笔 金属小球和刻度尺 一 二 三 四 1 研究水平方向上的分运动的性质 把两个金属小球分别吸在电磁铁c d上 切断电源 使两个小球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 我们看到两个小球每次都发生相碰 因此可以得出两个小球在水平方向的运动情况相同的结论 即平抛运动在水平方向上的分运动是匀速直线运动 一 二 三 四 2 研究竖直方向上的分运动的性质 把两个小球分别吸在电磁铁c e上 切断电磁铁c的电源 使一个小球从轨道a射出 并在射出时撞开碰撞开关s 使电磁铁e断电释放它吸着的小球 让电磁铁e从n向m移动 调整它的位置 多次重复以上步骤 我们看到两个小球每次都发生相碰 因此可以得出两个小球在竖直方向的运动情况相同的结论 即平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动 一 二 三 四 2 轨迹研究法描出平抛运动的轨迹 建立起水平 竖直方向的直角坐标系 通过对平抛运动轨迹的研究 找出平抛运动的规律 例如 假定物体在水平方向做匀速直线运动 确定运动时间相等的一些点的坐标 研究物体在竖直方向运动的位移随时间的变化规律 证实或验证你的猜测 一 二 三 四 1 如图所示 在平抛运动轨迹的水平坐标轴x轴上 从原点o开始向右取几个间距相等的点a b c 再在轨迹上找到它们的对应点a b c 则物体从其中一个位置运动到下一个位置所用时间都是相等的 2 过a b c作水平线与y轴分别交于a b c 则这些点就是每经过相等时间 物体在竖直方向的位移 3 测量oa a b b c 的长度 探究竖直方向是否为匀变速直线运动 一 二 三 四 三 如何获得平抛运动的轨迹1 描迹法 1 实验装置如图所示 2 实验器材 斜槽轨道 小球 木板 白纸 图钉 铅垂线 刻度尺 三角板 铅笔等 一 二 三 四 3 实验步骤 按如图所示安装实验装置 使小球放在斜槽末端点恰能静止 水平槽末端端口上小球球心位置为坐标原点o 过o点画出竖直的y轴和水平的x轴 使小球从斜槽上同一位置由静止滚下 把笔尖放在小球可能经过的位置上 如果小球运动中碰到笔尖 用铅笔在该位置画上一点 用同样的方法 在小球运动路线上描下若干点 将白纸从木板上取下 从o点开始通过画出的若干点描出一条平滑的曲线 一 二 三 四 4 实验中应注意的事项 保证斜槽末端的切线水平 木板竖直且与小球下落的轨迹平面平行 并使小球运动时靠近木板 但不接触 小球每次都从斜槽上同一位置滚下 小球做平抛运动的起点不是槽口的端点 应是小球在槽口时球的重心在木板的水平投影点 小球从斜槽上开始滚下的位置要适当 以便使小球运动的轨迹由木板的左上角到右下角 一 二 三 四 2 喷水法如图所示 倒置的饮料瓶内装有水 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 将它描在后面的纸上 进行分析处理 一 二 三 四 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 如图所示 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 测量平抛运动中相邻位置间的水平距离 结果发现任意两个相邻的位置间水平距离相等 说明平抛运动在水平方向的分运动是匀速直线运动 一 二 四 三 四 判断曲线是否是抛物线的方法1 代数计算法 将所测量的各个点的x y坐标分别代入y ax2 看计算得到的a值在误差允许的范围内是否是一个常数 2 图象法 建立y x2坐标系 根据所测量的各个点的x y坐标值分别计算出对应的y值和x2值 在y x2坐标系中描点 连接各点看是否在一条直线上 一 二 三 一 注意事项1 保证斜槽末端点的切线水平 木板竖直且与小球下落的平面平行 并使小球运动时靠近木板 但不接触 2 小球每次都从斜槽上同一位置由静止滚下 3 小球做平抛运动的起点不是槽口的端点 应是小球在槽口时 球的重心在木板上的水平投影点 4 小球在斜槽上开始滚下的位置要适当 以便使小球运动的轨迹由木板的左上角到右下角 5 要选取距o点远些的点来计算小球的初速度 这样可减小误差 一 二 三 二 实验误差的来源和分析1 安装斜槽时 其末端切线不水平 2 建立坐标系时 以斜槽末端端口位置为坐标原点 实际上应是末端端口上的小球球心位置为坐标原点 3 小球每次自由滚下的位置不完全相同 4 数据测量时 测量不准确而产生误差 一 二 三 类型一 类型二 类型三 例题1 在做 研究平抛运动 的实验时 让小球多次沿同一轨道运动 通过描点法画小球做平抛运动的轨迹 为了能较准确地描绘运动轨迹 下面列出了一些操作要求 将你认为正确的选项前面的字母填在横线上 a 通过调节使斜槽的末端保持水平b 每次释放小球的位置必须不同c 每次必须由静止释放小球d 记录小球位置用的木条 或凹槽 每次必须严格地等距离下降e 小球运动时不应与木板上的白纸 或方格纸 相接触f 将球的位置记录在纸上后 取下纸 用刻度尺将点连成折线 类型一 类型二 类型三 解析 通过调节使斜槽末端保持水平 是为了保证小球做平抛运动 故a正确 因为要画同一运动的轨迹 每次释放小球的位置必须相同 且由静止释放 以保证获得相同的初速度 故b错误 c正确 记录小球经过不同高度的位置时 每次不必严格地等距离下降 故d错误 做平抛运动的物体在同一竖直面内运动 固定白纸的木板必须调节成竖直 小球运动时不应与木板上的白纸相接触 以免有阻力的影响 故e正确 将球经过不同高度的位置记录在纸上后 取下纸 用平滑的曲线把各点连接起来 故f错误 答案 ace题后反思实验中注意以下几点 1 必须调整斜槽末端的切线水平 2 木板必须处于竖直面内 3 小球每次必须从斜槽上同一位置滚下 4 坐标原点是小球出槽口时球心在平板上的水平投影点 类型一 类型二 类型三 例题2 在 研究平抛运动 的实验中 某同学记录了运动轨迹上三点a b c 如图所示 以a为坐标原点建立坐标系 各点坐标值已在图中标出 求 g取10m s2 1 小球平抛初速度的大小 2 小球做平抛运动的初始位置坐标 点拨 平抛运动的物体在水平方向做匀速直线运动 在竖直方向做自由落体运动 类型一 类型二 类型三 解析 1 小球在ab段 bc段水平位移相等 而小球在水平方向做匀速运动 因此小球在这两段的运动时间tab tbc t 小球在竖直方向做匀加速运动 由 y at2得 0 25 0 15 m 10m s2 t2 t 0 1s小球在水平方向上做匀速运动 有 类型一 类型二 类型三 类型一 类型二 类型三 类型一 类型二 类型三 例题3 为了探究平抛运动的物体在竖直方向的运动规律 某同学设计了下面一个实验 如图所示 od为一竖直木板 小球从斜槽上挡板处由静止开始运动 离开o点后做平抛运动 右侧用一束平行光照射小球 小球在运动过程中 便在木板上留下影子 如图是用频闪照相机拍摄的小球在运动过程中的位置以及在木板上留下的影子的位置 如图中a b c d等点 现测得各点到o点的距离分别为5 0cm 19 8cm 44 0cm 78 6cm 试根据影子的运动情况讨论物体在竖直方向上的运动情况 已知照相机的闪光频率为10hz 类型一 类型二 类型三 点拨 小球运动过程中在木板上留下的影子反映了小球在竖直方向的运动情况 根据在竖直方向相等时间里影子的位移 结合运动学规律进行分析 解析 照相机的闪光周期t 0 1s 影子在连续相等时间内的位移分别为x1 5cm x2 14 8cm x3 24 2cm x4 34 6cm 根据逐差法可求得影子运动的加速度 x3 x1 2a1t2x4 x2 2a2t2加速度等于重力加速度 可见小球在竖直方向的运动为自由落体运动 答案 见解析 类型一 类型二 类型三 题后反思本题的巧妙之处为打破了常规的探究方法 利用影子的运动反映小球在竖直方向上的运动情况 分析出了影子的运动规律 即可得知平抛运动物体在竖直方向的运动规律 类型一 类型二 类型三 触类旁通在例题3中 如果将平行光改为竖直方向 小球在运动过程中会在地面上留下影子 如图所示 用照相机测得的影子的位置如图中的a b c d e等点 现测得各点到a点之间的距离分别为19 6cm 39 8cm 60 2cm 79 6cm 试根据影子的运动