2018-2019学年高考物理 主题三 牛顿力学的局限性和相对论初步 实验 研究平抛运动课件 粤教版

1、实验：研究平抛运动实验：研究平抛运动 一、实验目的一、实验目的 1.用实验的方法描出平抛运动的轨迹。用实验的方法描出平抛运动的轨迹。 2.判断平抛运动的轨迹是否为抛物线。判断平抛运动的轨迹是否为抛物线。 3.根据平抛运动的轨迹求其初速度。根据平抛运动的轨迹求其初速度。 二、实验原理二、实验原理 1.利用追踪法逐点描出小球运动的轨迹。利用追踪法逐点描出小球运动的轨迹。 2.建立坐标系，如果轨迹上各点的建立坐标系，如果轨迹上各点的y坐标与坐标与x坐标间的关系具有坐标间的关系具有yax2的形式的形式(a是一个是一个 常量常量)，则轨迹是一条抛物线。，则轨迹是一条抛物线。 三、实验器材三、实验器材 斜

2、槽、小球、方木板、铁架台、坐标纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺。斜槽、小球、方木板、铁架台、坐标纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺。 四、实验步骤四、实验步骤(以描迹法为例以描迹法为例) 1.安装调整安装调整 (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。平。 图图1 (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。如图小球的运动轨迹所在平面平行且靠近。如

3、图1所示。所示。 2.建坐标系建坐标系：把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口：把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口(轨道末端轨道末端)时球心所在木板时球心所在木板 上的投影点上的投影点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，轴， 画出水平向右的画出水平向右的x轴。轴。 3.确定小球位置确定小球位置 (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 做平抛运动的小球经过的某一位置。做平抛运动的小球经过的某一位置。 (2)

4、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。过的位置，并在坐标纸上记下该点。 (3)用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置。用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置。 4.描点得轨迹描点得轨迹：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：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。小球平抛运动轨迹。 五、数据处理五、数据处理 1.判断平抛运动的轨迹是否为抛物线判断平抛运动的轨迹是否为抛物线：在：在x轴上作出等距离的几个

5、点轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3向下向下 作垂线，垂线与抛体轨迹的交点记为作垂线，垂线与抛体轨迹的交点记为M1、M2、M3用刻度尺测量各点的坐标用刻度尺测量各点的坐标(x，y)。 (1)代数计算法：将某点代数计算法：将某点(如如M3点点)的坐标的坐标(x，y)代入代入yax2求出常数求出常数a，再将其他点的，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都近似成立，则说明所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都近似成立，则说明所 描绘得出的曲线为抛物线。描绘得出的曲线为抛物线。 (2)图象法：建立图象法：建立yx2坐标系，根据所测量的各个点的坐标系，

6、根据所测量的各个点的x坐标值计算出对应的坐标值计算出对应的x2值，值， 在坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，若大致在一条直线上，则说明平在坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，若大致在一条直线上，则说明平 抛运动的轨迹是抛物线。抛运动的轨迹是抛物线。 六、误差分析六、误差分析 1.安装斜槽时，其末端切线不水平，导致小球离开斜槽后不做平抛运动产生误差。安装斜槽时，其末端切线不水平，导致小球离开斜槽后不做平抛运动产生误差。 2.建立坐标系时，坐标原点的位置确定不准确，导致轨迹上各点的坐标不准确产生误建立坐标系时，坐标原点的位置确定不准确，导致轨迹上各点的坐标不准确产生误 差。差。 3.

7、小球每次自由滚下时的起始位置不完全相同，导致轨迹出现误差。小球每次自由滚下时的起始位置不完全相同，导致轨迹出现误差。 4.确定小球运动的位置时，出现误差。确定小球运动的位置时，出现误差。 5.量取轨迹上各点的坐标时，出现误差。量取轨迹上各点的坐标时，出现误差。 七、注意事项七、注意事项 1.斜槽安装斜槽安装：实验中必须调整斜槽末端切线水平，将小球放在斜槽末端水平部分，若：实验中必须调整斜槽末端切线水平，将小球放在斜槽末端水平部分，若 能使小球在平直轨道上的任意位置静止，斜槽末端的切线就水平了。能使小球在平直轨道上的任意位置静止，斜槽末端的切线就水平了。 2.方木板固定方木板固定：方木板必须处于

8、竖直平面内，固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否：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。竖直。 3.小球释放小球释放 (1)小球每次必须从斜槽上同一位置滚下。小球每次必须从斜槽上同一位置滚下。 (2)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。直到达右下角为宜。 4.坐标原点坐标原点：坐标原点不是槽口的端点，而是小球出槽口时球心在木板上的投影点。：坐标原点不是槽口的端点，而是小球出槽口时球心在木板上的投影点。 5.初速度的计算初速度的计算：在轨迹上选取

9、离坐标原点：在轨迹上选取离坐标原点O较远的一些点来计算初速度。较远的一些点来计算初速度。 八、其他方案八、其他方案 1.喷水法喷水法 如图如图2所示，倒置的饮料瓶内装着水，瓶塞内插着两根两端开所示，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，且水平端加接一根更细的硬口的细管，其中一根弯成水平，且水平端加接一根更细的硬 管作为喷嘴。水从喷嘴中射出，在空中形成弯曲的细水柱，管作为喷嘴。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，可在装置一侧竖直放置一玻璃板，它显示了平抛运动的轨迹，可在装置一侧竖直放置一玻璃板， 将平抛运动的轨迹描在玻璃板上。将平抛

10、运动的轨迹描在玻璃板上。 图图2 2.频闪照相法频闪照相法 用数码照相机可记录下平抛运动的轨迹，如图用数码照相机可记录下平抛运动的轨迹，如图3所示。由于相邻两帧照片间的时间所示。由于相邻两帧照片间的时间 间隔是相等的，只要测量相邻两照片上小球的水平位移，就可以判断平抛运动水平间隔是相等的，只要测量相邻两照片上小球的水平位移，就可以判断平抛运动水平 方向上的运动特点。方向上的运动特点。 图图3 实验操作及原理实验操作及原理 试题案例试题案例 例例1 (2018郑州高一检测郑州高一检测)在在“研究平抛物体的运动研究平抛物体的运动”的实验中：的实验中： (1)为使小球水平抛出，必须调整斜槽，使其末端

11、的切线成水平方向，检查方法是为使小球水平抛出，必须调整斜槽，使其末端的切线成水平方向，检查方法是 _ _。 (2)小球抛出点的位置必须及时记录在白纸上，然后从这一点画水平线和竖直线作为小球抛出点的位置必须及时记录在白纸上，然后从这一点画水平线和竖直线作为 x轴和轴和y轴，竖直线是用轴，竖直线是用_来确定的。来确定的。 (3)某同学建立的直角坐标系如图某同学建立的直角坐标系如图4所示，设他在安装实验装置和其余操作时准确无所示，设他在安装实验装置和其余操作时准确无 误，只有一处失误，即是误，只有一处失误，即是_。 (4)该同学在轨迹上任取一点该同学在轨迹上任取一点M，测得坐标为，测得坐标为(x，y

12、)，则初速度的测量值为，则初速度的测量值为 _，测量值比真实值要，测量值比真实值要_(填填“偏大偏大”“”“偏小偏小”或或“不不 变变”)。 图图4 解析解析(1)水平时小球处于平衡，放在槽口能静止不动。水平时小球处于平衡，放在槽口能静止不动。 (2)用重锤线来确定竖直线最准确。用重锤线来确定竖直线最准确。 (3)描绘小球的运动轨迹时应是描绘球心的位置，因此坐标原点应在平抛起点的球描绘小球的运动轨迹时应是描绘球心的位置，因此坐标原点应在平抛起点的球 心位置，即坐标原点应该是小球在槽口时球心在白纸上的水平投影点。心位置，即坐标原点应该是小球在槽口时球心在白纸上的水平投影点。 针对训练针对训练1

13、(1)在做在做“研究平抛运动研究平抛运动”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉 之外，下列器材中还需要的有之外，下列器材中还需要的有_。 A.游标卡尺游标卡尺B.秒表秒表C.坐标纸坐标纸D.天平天平E.弹簧测力计弹簧测力计F.重垂线重垂线 (2)(多选多选)实验中，下列说法正确的是实验中，下列说法正确的是() A.应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滑下应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滑下 B.斜槽轨道必须光滑斜槽轨道必须光滑 C.要使描出的轨迹更好地反映真实运动，记录的点应适当多一些要使描出的轨迹更好地反映真实运动，记录的点应适当多一些 D.斜槽轨

14、道末端切线可以不水平斜槽轨道末端切线可以不水平 (3)(多选多选)引起实验结果偏差较大的原因可能是引起实验结果偏差较大的原因可能是() A.安装斜槽时，斜槽末端切线方向不水平安装斜槽时，斜槽末端切线方向不水平 B.确定确定Oy轴时，没有用重垂线轴时，没有用重垂线 C.斜槽不是绝对光滑的，有一定摩擦斜槽不是绝对光滑的，有一定摩擦 D.空气阻力对小球运动有较大影响空气阻力对小球运动有较大影响 解析解析(1)实验中需要在坐标纸上记录小球的位置，描绘小球的运动轨迹，需要利实验中需要在坐标纸上记录小球的位置，描绘小球的运动轨迹，需要利 用重垂线确定坐标轴的用重垂线确定坐标轴的y轴。故轴。故C、F是需要的

15、。是需要的。 (2)使小球从斜槽上同一位置滚下，才能保证每次的轨迹相同，使小球从斜槽上同一位置滚下，才能保证每次的轨迹相同，A正确；斜槽没必要正确；斜槽没必要 必须光滑，只要能使小球飞出的初速度相同即可，必须光滑，只要能使小球飞出的初速度相同即可，B错误；实验中记录的点越多，错误；实验中记录的点越多， 轨迹越精确，轨迹越精确，C正确；斜槽末端必须水平，才能保证小球离开斜槽后做平抛运动，正确；斜槽末端必须水平，才能保证小球离开斜槽后做平抛运动， D错误。错误。 (3)小球从斜槽末端飞出时，斜槽切线不水平，小球从斜槽末端飞出时，斜槽切线不水平，y轴方向不沿竖直方向，空气阻力对轴方向不沿竖直方向，空

16、气阻力对 小球运动有较大影响，都会影响小球的运动轨迹或计数点的坐标值，从而引起较大小球运动有较大影响，都会影响小球的运动轨迹或计数点的坐标值，从而引起较大 的实验误差，而斜槽不绝对光滑只会影响小球平抛的初速度大小，不会影响实验结的实验误差，而斜槽不绝对光滑只会影响小球平抛的初速度大小，不会影响实验结 果偏差大小，故果偏差大小，故A、B、D正确。正确。 答案答案(1)C、F(2)AC(3)ABD 实验数据处理实验数据处理 试题案例试题案例 例例2 如图如图5所示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所示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 均为均为5

17、 cm，如果，如果g取取10 m/s2，那么：，那么： 图图5 (1)照相机的闪光频率是照相机的闪光频率是_Hz； (2)小球运动中水平分速度的大小是小球运动中水平分速度的大小是_m/s； (3)小球经过小球经过B点时的速度大小是点时的速度大小是_m/s。 答案答案(1)10(2)1.5(3)2.5 针对训练针对训练2 某同学在做某同学在做“研究平抛物体的运动研究平抛物体的运动”的实验时得到了如图的实验时得到了如图6所示的物体运所示的物体运 动轨迹，动轨迹，a、b、c三点的位置在运动轨迹上已经标出，则：三点的位置在运动轨迹上已经标出，则： 图图6 (1)小球平抛运动的初速度小球平抛运动的初速度

18、v0_(g取取10 m/s2)。 (2)开始做平抛运动的位置坐标开始做平抛运动的位置坐标x_，y_。 答案答案(1)2 m/s(2)10 cm1.25 cm 实验创新设计实验创新设计 试题案例试题案例 例例3 如图如图7所示，研究平抛运动规律的实验装置放置在所示，研究平抛运动规律的实验装置放置在 水平桌面上，利用光电门传感器和碰撞传感器可测得水平桌面上，利用光电门传感器和碰撞传感器可测得 小球的水平初速度和飞行时间，底板上的标尺可以测小球的水平初速度和飞行时间，底板上的标尺可以测 得水平位移。保持水平槽口距底板高度得水平位移。保持水平槽口距底板高度h0.420 m不不 变。改变小球在斜槽导轨上

19、下滑的起始位置，测出小变。改变小球在斜槽导轨上下滑的起始位置，测出小 球做平抛运动的初速度球做平抛运动的初速度v0、飞行时间、飞行时间t和水平位移和水平位移d， 记录在表中。记录在表中。 图图7 (1)由表中数据可知，在由表中数据可知，在h一定时，小球水平位移一定时，小球水平位移d与其初速度与其初速度v0成成_关系，关系， 与与_无关。无关。 v0(m/s)0.7411.0341.3181.584 t(ms)292.7293.0292.8292.9 d(cm)21.730.338.646.4 (3)另一位同学分析并纠正了上述偏差后，另做了这个实验，竟发现测量值另一位同学分析并纠正了上述偏差后，另做了这个实验，竟发现测量值t依然大依然大 于自己得到的理论值于自己得到的理论值t理 理，但二者之差在 ，但二者之差在37 ms之间，且初速度越大差值越小。对之间，且初速度越大差值越小。对 实验装置的安装进行检查，确认斜槽槽口与底座均水平，则导致偏差的原因是实验装置的安装进行检查，确认斜槽槽