2024届一轮复习新人教版 实验5　探究平抛运动的特点 课件（45张）

实验5探究平抛运动的特点梳理必备知识回归教材一、实验目的1.用实验与理论进行探究、分析,认识平抛运动的规律。2.用实验方法描绘出平抛物体的运动轨迹。3.根据平抛物体的运动轨迹确定其初速度。二、实验原理三、实验器材斜槽、竖直固定在铁架台上的木板、铅笔、白纸、图钉、小球、刻度尺、重垂线。四、实验步骤1.按实验原理图甲安装实验装置,使斜槽末端水平。2.以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。3.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,就用铅笔在该位置画上一点。用同样方法,在小球运动路线上描下若干点。4.将白纸从木板上取下,从O点开始连接画出的若干点描出一条平滑的曲线,如图乙所示。五、数据处理1.判断平抛运动的轨迹是不是抛物线(1)原理:若平抛运动的轨迹是抛物线,则当以抛出点为坐标原点建立直角坐标系后,轨迹上各点的坐标具有y=ax2的关系,且同一轨迹上a是一个特定的值。(2)实验方法。方法一:代入法用刻度尺测量几个点的x、y坐标,分别代入y=ax2中求出常数a,看计算得到的a值在误差范围内是否为一常数。方法二:图像法建立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y值的x2值,在y-x2坐标系中描点,连接各点看是否在一条直线上,并求出该直线的斜率即为a值。2.计算平抛运动的初速度(1)平抛轨迹完整(即含有抛出点)。六、误差分析1.斜槽末端没有调节成水平状态,导致初速度不水平。2.坐标原点不够精确。3.轨迹上的描点不准确等。七、注意事项1.固定斜槽时,要保证斜槽末端的切线水平,保证小球的初速度水平。2.固定木板时,木板必须处在竖直平面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行,固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直。3.小球每次从斜槽上的同一位置由静止释放,为此,可在斜槽上某一位置固定一个挡板。4.要在斜槽上适当高度释放小球,使它以适当的水平初速度抛出,其轨迹由木板左上角到达右下角,这样可以减小测量误差。5.坐标原点不是槽口的端点,应是小球出槽口时球心在木板上的投影点。6.计算小球的初速度时,应选距抛出点稍远一些的点为宜,以便于测量和计算。提升关键能力突破考点考点一基础性实验[例1][实验原理与操作](2022·天津河东区模拟)用如图所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出,落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低,钢球落在挡板上时,钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板,重新释放钢球,如此重复,白纸上将留下一系列痕迹点。(1)下列实验条件必须满足的有

。(多选)

A.斜槽轨道光滑B.斜槽轨道末端水平C.挡板高度等间距变化D.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球解析:(1)为了能画出平抛运动轨迹,首先保证钢球做的是平抛运动,所以斜槽轨道不一定要光滑,但斜槽轨道末端必须是水平的;同时要让钢球总是从同一位置无初速度释放,这样才能找到同一运动轨迹上的几个点,A错误,B、D正确。挡板只要能记录下钢球下落在不同高度时的不同的位置即可,不需要等间距变化,C错误。答案:(1)BD(2)为定量研究,建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系,取平抛运动的起始点为坐标原点,将钢球静置于Q点,钢球的

(选填“最上端”“最下端”或“球心”)对应白纸上的位置即为原点;在确定y轴时

(选填“需要”或“不需要”)y轴与铅垂线平行。

[例1][实验原理与操作](2022·天津河东区模拟)用如图所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出,落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低,钢球落在挡板上时,钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板,重新释放钢球,如此重复,白纸上将留下一系列痕迹点。答案:(2)球心需要解析:(2)钢球在运动中记录下的是其球心的位置,故抛出点也应是钢球静置于Q点时球心的位置,故应以钢球的球心对应白纸上的位置为坐标原点;钢球在竖直方向为自由落体运动,故y轴必须保证与铅垂线平行。(3)为了得到平抛物体的运动轨迹,同学们还提出了以下三种方案,其中可行的是

。(多选)

A.从细管水平喷出稳定的细水柱,拍摄照片,即可得到平抛运动轨迹B.用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置,平滑连接各位置,即可得到平抛运动轨迹C.将铅笔垂直于竖直的白纸板放置,笔尖紧靠白纸板,铅笔以一定初速度水平抛出,将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹[例1][实验原理与操作](2022·天津河东区模拟)用如图所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出,落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低,钢球落在挡板上时,钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板,重新释放钢球,如此重复,白纸上将留下一系列痕迹点。解析:(3)从细管水平喷出稳定的细水柱,拍摄照片,即可得到平抛运动轨迹;用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置,平滑连接各位置,即可得到平抛运动轨迹;将铅笔垂直于竖直的白纸板放置,笔尖紧靠白纸板,铅笔以一定初速度水平抛出,由于铅笔和白纸之间没有压力,故不会形成运动轨迹。且铅笔做的不一定是平抛运动,故选A、B。答案:(3)AB

(4)伽利略曾研究过平抛运动,他推断:从同一炮台水平发射的炮弹,如果不受空气阻力,不论它们能射多远,在空中飞行的时间都一样。这实际上揭示了平抛物体

。

A.在水平方向上做匀速直线运动B.在竖直方向上做自由落体运动C.在下落过程中轨迹是抛物线[例1][实验原理与操作](2022·天津河东区模拟)用如图所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出,落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低,钢球落在挡板上时,钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板,重新释放钢球,如此重复,白纸上将留下一系列痕迹点。解析:(4)伽利略的推断说明了炮弹由同一高度下落时的等时性,故只能说明炮弹在竖直方向为自由落体运动,无法说明水平方向的运动,亦无法说明其轨迹的形状,故B正确。答案:(4)B(1)固定斜槽时,必须保证斜槽末端的切线水平。(2)小球平抛运动的起点不是斜槽末端,而是斜槽末端小球球心对应的位置。(3)同一实验过程中,小球在斜槽上释放的位置必须相同,以保证小球平抛的初速度相同。[例2][误差分析]在“探究平抛运动的特点”的实验中:(1)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

。

解析:(1)斜槽末端水平时小球在槽口处平衡,放在槽口能静止不动。答案:(1)将小球放置在槽口处轨道上,小球能保持静止[例2][误差分析]在“探究平抛运动的特点”的实验中:(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x轴和y轴,竖直线是用

来确定的。

解析:(2)用重垂线来确定竖直线最准确。答案:(2)重垂线[例2][误差分析]在“探究平抛运动的特点”的实验中:(3)某同学建立的直角坐标系如图所示,假设他在安装实验装置和进行其余操作时准确无误,只有一处失误,是

。

解析:(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。答案:(3)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[例2][误差分析]在“探究平抛运动的特点”的实验中:(4)该同学在轨迹上任取一点M,测得坐标为(x,y),则初速度的测量值为v0=

(已知重力加速度为g),测量值比真实值要

(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

[例3][数据处理](2021·全国乙卷,22)某同学利用图a所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄,频闪仪每隔0.05s发出一次闪光,某次拍摄后得到的照片如图b所示(图中未包括小球刚离开轨道的影像)。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板,纸板与小球轨迹所在平面平行,其上每个方格的边长为5cm。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图b中标出。完成下列填空:(结果均保留2位有效数字)(1)小球运动到图b中位置A时,其速度的水平分量大小为

m/s,竖直分量大小为

m/s。

答案:(1)1.0

2.0[例3][数据处理](2021·全国乙卷,22)某同学利用图a所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄,频闪仪每隔0.05s发出一次闪光,某次拍摄后得到的照片如图b所示(图中未包括小球刚离开轨道的影像)。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板,纸板与小球轨迹所在平面平行,其上每个方格的边长为5cm。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图b中标出。完成下列填空:(结果均保留2位有效数字)(2)根据图b中数据可得,当地重力加速度的大小为

m/s2。

答案:(2)9.7平抛运动处理数据要运用分解思想,竖直方向常用以下公式:(2)利用逐差法求加速度:Δh=aT2,Δh是竖直方向上两个连续相等的时间间隔内的位移差。考点二创新性实验[例4][实验设计创新]某同学设计了一个“探究平抛运动的特点”的实验。实验装置示意图如图甲所示,A是一块平面木板,在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽(如图甲中P0P0′、P1P1′、…),槽间距离均为d。把覆盖复写纸的白纸铺贴在硬板B上。实验时依次将B板插入A板的各插槽中,每次让小球从斜轨道的同一位置由静止释放。每打完一点后,把B板插入后一槽中并同时向纸面内侧平移距离d。实验得到的小球在白纸上打下的若干痕迹点如图乙所示。(1)实验前应对实验装置反复调节,直到

。每次让小球从同一位置由静止释放,是为了

。

解析:(1)对实验装置反复调节的目的是①使斜轨道末端切线水平,以保证小球离开轨道时做平抛运动;②使A板水平,保证B板总处于同一高度;③使插槽P0P0′垂直斜轨道并在斜轨道末端正下方,以保证B板在P0P0′时小球的痕迹为抛出点。每次让小球从同一位置由静止释放,是为了保证小球每次以相同初速度做平抛运动。答案:(1)斜轨道末端切线水平、A板水平、插槽P0P0′垂直斜轨道并在斜轨道末端正下方使小球每次做平抛运动的初速度都相同[例4][实验设计创新]某同学设计了一个“探究平抛运动的特点”的实验。实验装置示意图如图甲所示,A是一块平面木板,在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽(如图甲中P0P0′、P1P1′、…),槽间距离均为d。把覆盖复写纸的白纸铺贴在硬板B上。实验时依次将B板插入A板的各插槽中,每次让小球从斜轨道的同一位置由静止释放。每打完一点后,把B板插入后一槽中并同时向纸面内侧平移距离d。实验得到的小球在白纸上打下的若干痕迹点如图乙所示。(2)每次将B板向内侧平移距离d,是为了

。

答案:(2)使记录纸上每两点之间的水平距离相等解析:(2)每次将B板向内侧平移距离d,是为了使记录纸上每两点间的水平距离相等。[例4][实验设计创新]某同学设计了一个“探究平抛运动的特点”的实验。实验装置示意图如图甲所示,A是一块平面木板,在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽(如图甲中P0P0′、P1P1′、…),槽间距离均为d。把覆盖复写纸的白纸铺贴在硬板B上。实验时依次将B板插入A板的各插槽中,每次让小球从斜轨道的同一位置由静止释放。每打完一点后,把B板插入后一槽中并同时向纸面内侧平移距离d。实验得到的小球在白纸上打下的若干痕迹点如图乙所示。(3)在图乙中绘出小球做平抛运动的轨迹。答案:(3)图见解析解析:(3)如图所示。[例5][数据处理创新]如图甲所示,AB是一可升降的竖直支架,支架顶端A处固定一弧形轨道,轨道末端水平。一条形木板的上端铰接于过A的水平转轴上,下端搁在水平地面上。将一小球从弧型轨道某一位置由静止释放,小球落在木板上的某处,测出小球平抛运动的水平射程x和此时木板与水平面的夹角θ,并算出tanθ。改变支架AB的高度,将小球从同一位置释放,重复实验,得到多组x和tanθ,记录的数据如下表:实验次数123456tanθ0.180.320.691.001.191.43x/m0.0350.0650.1400.1600.2400.290(1)在图乙的坐标中描点连线,做出x-tanθ的关系图像。答案:(1)图见解析解析:(1)描点连线,作出x-tanθ的关系图像如图所示。[例5][数据处理创新]如图甲所示,AB是一可升降的竖直支架,支架顶端A处固定一弧形轨道,轨道末端水平。一条形木板的上端铰接于过A的水平转轴上,下端搁在水平地面上。将一小球从弧型轨道某一位置由静止释放,小球落在木板上的某处,测出小球平抛运动的水平射程x和此时木板与水平面的夹角θ,并算出tanθ。改变支架AB的高度,将小球从同一位置释放,重复实验,得到多组x和tanθ,记录的数据如下表:实验次数123456tanθ0.180.320.691.001.191.43x/m0.0350.0650.1400.1600.2400.290(2)根据x-tanθ图像可知小球做平抛运动的初速度v0=

m/s;实验中发现θ超过60°后,小球将不会掉落在斜面上,则斜面的长度为

m。(重力加速度g取10m/s2,结果保留2位小数)

答案:(2)1.00

0.69[例5][数据处理创新]如图甲所示,AB是一可升降的竖直支架,支架顶端A处固定一弧形轨道,轨道末端水平。一条形木板的上端铰接于过A的水平转轴上,下端搁在水平地面上。将一小球从弧型轨道某一位置由静止释放,小球落在木板上的某处,测出小球平抛运动的水平射程x和此时木板与水平面的夹角θ,并算出tanθ。改变支架AB的高度,将小球从同一位置释放,重复实验,得到多组x和tanθ,记录的数据如下表:实验次数123456tanθ0.180.320.691.001.191.43x/m0.0350.0650.1400.1600.2400.290(3)实验中有一组数据出现明显错误,可能的原因是

。

答案:(3)小球释放位置与其他次实验不同(低于其他次实验)[例6][获得径迹方法创新]某同学利用数码照相机的连续拍摄功能来研究平抛运动。一小球做平抛运动时,照相机拍得的其中三张连续照片如图所示,A、B、C三点分别为小球在三张照片上的位置,图中背景方格的边长均为5cm,g取10m/s2,则:(1)拍摄相邻两张照片的时间间隔为

s。

答案:(1)0.1[例6][获得径迹方法创新]某同学利用数码照相机的连续拍摄功能来研究平抛运动。一小球做平抛运动时,照相机拍得的其中三张连续照片如图所示,A、B、C三点分别为小球在三张照片上的位置,图中背景方格的边长均为5cm,g取10m/s2,则:(2)小球运动的水平分速度为

m/s。

答案:(2)1.5[