新教材2023高中物理第五章抛体运动5.3实验：探究平抛运动的特点课件新人教版必修第二册

第五章抛体运动3

实验：探究平抛运动的特点一、实验思路要探究平抛运动的特点,你认为如何设计实验?需要测量哪些物理量?需要什么实验器材?答案:平抛运动是曲线运动,速度和位移的方向都在时刻变化.我们应该想办法把运动物体的位置随时间变化的信息记录下来,然后将平抛运动分解为水平方向的分运动和竖直方向的分运动.方案一频闪照相法只要知道两个方向分运动的位移或速度随时间变化的信息,就可以探究出平抛运动的特点和规律.需要的实验器材:频闪照相机、斜槽、小钢球、刻度尺、铅笔、铁架台等.方案二先研究竖直方向的运动规律,再设法分析水平方向的运动规律需要的实验器材:平抛运动演示仪、小锤、斜槽、小钢球、方木板、图钉、刻度尺、铅垂线、铅笔、白纸、复写纸、铁架台等.二、进行实验方案一1.按右图所示安装实验装置,使斜槽末端水平(小球在斜槽末端恰好能静止),小钢球在斜槽中从某一高度由静止滚下,从末端飞出后做平抛运动.2.用频闪照相机或者录制视频的方法,记录做平抛运动的小球在不同时刻的位置,如图所示.3.在频闪照片上以抛出点O为原点,以水平方向为x轴方向、竖直方向为y轴方向建立直角坐标系.4.用刻度尺测量出小球在不同时刻的位置到O点的水平位移x1、x2、x3…和竖直位移y1、y2、y3…,并把测量数据填入表格中.5.若频闪周期为T,根据水平位移和竖直位移随时间变化的具体数据,分析小球水平方向分运动和竖直方向分运动的特点.方案二步骤1探究平抛运动竖直分运动的特点(1)如图所示,实验中用小锤击打弹性金属片后,A球沿水平方向抛出,做平抛运动;同时B球被释放,自由下落,做自由落体运动.观察两球的运动轨迹,比较它们落地时间的先后.(2)分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度,多次重复这个实验,记录实验现象.(3)根据实验现象分析平抛运动在竖直方向的分运动是什么运动.步骤2探究平抛运动水平分运动的特点(1)如图所示,将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上.(2)斜槽M末端水平,钢球在斜槽中从某一高度由静止滚下,从末端飞出后做平抛运动.(3)钢球飞出后,落到一个水平放置的可上下调节的倾斜挡板N上.钢球落到倾斜的挡板上后,就会挤压复写纸,在白纸上留下印迹.(4)上下调节挡板N,多次实验,在白纸上记录钢球所经过的多个位置.用平滑曲线把白纸上的印迹连接起来,得到钢球做平抛运动的轨迹.(5)根据步骤1得出的平抛运动在竖直方向上的分运动的规律,设法确定“相等的时间间隔”,再看相等的时间内水平分运动的位移,进而确定水平分运动的规律.三、数据记录方案一记录小钢球在不同时刻的位置时间T2T3T4T5T…x/cm

y/cm

方案二步骤1距地面的高度敲打金属片的力度A、B两球落地时间比较h1小

h2较大

h3大

步骤2用平滑曲线把白纸上的印迹连接起来,得到钢球做平抛运动的轨迹,如图所示.四、数据分析1.方案一中,根据照片猜想,小球在水平方向和竖直方向的分运动有何特点?怎样用数据检验你的猜想?答案:猜想:小球可能在水平方向做匀速直线运动,竖直方向做自由落体运动.验证:根据实验数据,计算相邻两点水平方向上的距离,若满足x1=x2-x1=x3-x2=x4-x3=…,则说明小球在水平方向上做匀速直线运动;计算连续相邻两点竖直方向上的距离,若满足1∶3∶5∶7∶…,且相邻两点竖直方向上的距离之差Δy=gT2,则说明小球在竖直方向做自由落体运动.2.方案二步骤1中,根据实验现象猜想,做平抛运动的A球在竖直方向上可能做什么运动?怎样验证你的猜想?答案:猜想:做平抛运动的A球在竖直方向上可能做自由落体运动.验证:根据记录数据,发现A、B两球始终同时落地,说明两球在竖直方向上运动形式相同,即平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动.3.方案二步骤2中,猜想平抛运动在水平方向上可能做什么运动?如何根据平抛运动的轨迹确定在水平方向分运动的规律?答案:猜想:因为平抛运动在水平方向上有初速度,但在水平方向上不受力,所以平抛运动在水平方向上的分运动可能是匀速直线运动.验证:根据步骤1,可知平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动,根据平抛运动的轨迹,在y轴上确定E、F、G、H点,使每相邻两点间距离满足OE∶EF∶FG∶GH=1∶3∶5∶7,如图所示,这样每相邻两点间的运动时间间隔相等,分别过E、F、G、H点作x轴的平行线并与轨迹相交,过交点分别作y轴的平行线交x轴于点A、B、C、D.测量O、A、B、C、D每相邻两点的距离,在误差允许范围内OA=AB=BC=CD,说明平抛运动在水平方向上的分运动是匀速直线运动.五、实验结论平抛运动可以分解为哪两个方向的分运动?这两个方向的分运动有什么特点?答案:平抛运动可以分解为水平方向的分运动和竖直方向的分运动.水平方向的分运动是匀速直线运动,竖直方向的分运动是自由落体运动.六、注意事项1.方案一和方案二步骤2中,必须调整斜槽末端的切线水平(将小球放在斜槽末端,若小球静止,则斜槽末端水平).2.方案二步骤2中,方木板必须处于竖直平面内,固定时要用铅垂线检查木板是否竖直.3.方案二步骤2中,小球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放.4.坐标原点不是槽口的端点,应是小球出槽口时球心在方木板上的投影点.5.方案二步骤2中,小球开始滚下的位置高度要适中,以小球做平抛运动的轨迹由白纸的左上角一直到达右下角为宜.命题角度1巩固强化——应该怎么做【典例1】(1)在研究平抛物体的运动规律的实验中,在安装实验装置的过程中,斜槽末端的切线必须是水平的,这样做的目的是

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A.保证小球飞出时,速度既不太大,也不太小B.保证小球飞出时初速度水平C.保证小球在空中运动的时间每次都相等D.保证小球运动的轨迹是一条抛物线(2)为了探究平抛运动的规律,将小球A和B置于同一高度(见图甲),在小球A做平抛运动的同时由静止释放小球B,同学M直接观察两小球是否同时落地.同学N拍摄频闪照片进行测量、分析,如图乙所示.改变高度和击打的力度多次实验.下列说法正确的是

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甲乙A.只有同学M能探究平抛运动在水平方向上的分运动是匀速运动B.两位同学都能探究平抛运动在水平方向上的分运动是匀速运动C.只有同学M能探究平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动D.两位同学都能探究平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动解析:(1)研究平抛运动的实验要保证小球能够水平飞出,只有水平飞出时小球才做平抛运动,故选项A、C、D错误,选项B正确.(2)在实验中,改变高度和击打的力度多次实验,同学M发现两球同时落地,说明平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动.但是不能得出水平方向上的运动规律.同学N通过频闪照片,发现做自由落体运动的小球与做平抛运动的小球任何一个时刻都在同一水平线上,所以平抛运动在竖直方向上的运动规律与自由落体运动的相同,所以平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动.频闪照片显示小球在相等时间内的水平位移相等,所以平抛运动在水平方向的分运动是匀速直线运动.故选项D正确,选项A、B、C错误.答案:(1)B

(2)D【典例2】(2021·全国乙卷)某同学利用图甲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乙所示(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乙中标出.甲

乙完成下列问题.(结果均保留两位有效数字)(1)小球运动到图乙中位置A时,其速度的水平分量大小为

m/s,竖直分量大小为

m/s.

(2)根据图乙中数据可得,当地重力加速度的大小为

m/s2.

答案:

(1)1.0

2.0

(2)9.7命题角度2拓展迁移——还能怎么做教材中方案二探究平抛运动竖直分运动和水平分运动的特点分两个步骤进行,可以设计一个实验同时探究这两个方向的运动,使实验操作更加便捷.【典例3】(多选)如图所示,两个相同的弧形轨道M、N(轨道末端切线水平),分别用于发射小铁球P、Q,两轨道上部分别装有电磁铁C、D,电磁铁E装在与轨道M最低点等高处的某一水平位置,水平地面光滑.调C、D高度,使AC=BD,将完全相同的小铁球P、Q、R分别吸在电磁铁C、D、E上,然后同时切断C、D的电源,P、Q从弧形轨道滚下,当小球P运动到轨道末端时切断E的电源,小球R开始下落,改变弧形轨道M的高度以及电磁铁E的位置,再进行调整,经过多次实验发现,P、Q、R三球总是同时在水平面相撞.下列说法正确的是(

)A.实验说明小铁球P离开轨道做平抛运动的竖直方向的分运动是自由落体运动B.实验说明小铁球P离开轨道做平抛运动的水平方向的分运动是匀速直线运动C.若实验时发现小铁球P、R在空中相撞而不能同时击中小铁球Q,为了使三球同时相撞,可以适当将电磁铁E向右移动一些D.若实验时发现小铁球P、R在空中相撞而不能同时击中小铁球Q,为了使三球同时相撞,可以适当将电磁铁E向左移动一些解析:小铁球P、Q以相同的初速度同时分别从轨道M、N的末端射出,由P、Q两球相碰,可知小球P在水平方向上的运动情况与Q球的运动情况相同,即小铁球P离开轨道做