适用于新高考新教材广西专版2025届高考物理一轮总复习第4章曲线运动万有引力与航天实验5探究平抛运动的特点课件

实验5探究平抛运动的特点第四章强基础增分策略一、实验目的1.学会用实验的方法探究平抛运动的特点。2.掌握描迹法、频闪照相法等探究实验的常用方法。3.能设计不同的实验方案,并对方案进行可行性论证,根据学校现有条件,选择最优方案。4.能获取信息,通过数据分析描绘平抛运动的轨迹。二、实验思路1.提出问题平抛运动是曲线运动,速度和位移的大小和方向时刻在发生变化。这个复杂的曲线运动有什么规律呢?能否分解为两个简单的直线运动?2.科学猜想由于物体是沿水平方向抛出的,在运动过程中只受重力作用。因此平抛运动可能是水平方向和竖直方向分运动的合成。那么只要研究出这两个分运动的特点,平抛运动的规律就清楚了。三、进行实验方案一:利用频闪照相法探究平抛运动的特点数码相机每秒拍下小球做平抛运动时的十几帧或几十帧照片,将照片上不同时刻的小球的位置连成平滑曲线,便得到小球的运动轨迹,由于相邻两帧照片间的时间间隔相等,只要测出相邻两帧照片上小球位置间的水平距离和竖直距离,就很容易判断平抛运动在水平方向和竖直方向的运动特点。1.数据处理(1)建立以抛出点为坐标原点,以小球水平抛出时的初速度方向为x轴正方向,以竖直向下为y轴正方向的直角坐标系。(2)测出相邻两帧照片中小球移动的水平距离和竖直距离。(3)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。2.结果分析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。方案二:利用描迹法探究平抛运动的特点1.实验器材小钢球、斜槽轨道、木板及竖直固定支架、坐标纸、图钉、重锤、铅笔、三角板、刻度尺等。2.实验步骤实验装置如图所示。斜槽M末端水平。钢球在斜槽中从

每次从同一高度由静止释放某一高度滚下,从末端飞出后做平抛运动。在装置中有一个水平放置的可上下调节的倾斜挡板N,钢球飞出后,落到挡板上。实验前,先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上。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。上下调节挡板N,通过多次实验,保证球抛出时速度方向水平

在白纸上记录钢球所经过的多个位置。最后,用平滑曲线把这些印迹连接起来,就得到钢球做平抛运动的轨迹。

非折线连接方案三:用传感器和计算机描绘物体做平抛运动的轨迹见人教版教材必修第二册P12拓展学习。增素能精准突破考点一教材原型实验典例1.用如图甲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点水平飞出,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)(多选)下列实验条件必须满足的有

。

A.斜槽轨道光滑B.斜槽轨道末段水平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甲

(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。

乙若遗漏记录平抛轨迹的起始点,如图乙所示,在轨迹上取A、B、C三点,AB和BC的水平间距相等且均为x,测得AB和BC的竖直间距分别是y1和y2,则答案

(1)BD

(2)球心

>解析

(1)通过步骤理解实验原理和方法,控制实验条件,确保平抛的初速度大小一定、方向水平,只要小球无初速度等高释放,由动能定理知,到斜槽末端速度大小一定,和斜槽是否光滑无关;描出的运动轨迹和挡板高度是否等间距变化无关,故选B、D。(2)为了凸显研究质点的运动,应该体现球心,所以选球心为原点;由水平间距相等,知时间相等,若初速度为零,则竖直间距之比应该是1∶3,而A点不是抛出点,故比值应大于

。考题点睛

考点考向点睛平抛运动坐标纸的使用规律:确保平抛初速度v0大小不变、方向水平方法:控制实验条件模型:平抛正交分解模型考点二实验的改进与创新典例2.某同学设计了一个探究平抛运动的实验。实验装置示意图如图所示,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(图中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内侧平移距离d。实验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点,如图所示。(1)实验前应对实验装置反复调节,直到斜槽

。每次让小球从同一位置由静止释放,是为了

。

(2)每次将B板向内侧平移距离d,是为了

。

(3)在图中绘出小球做平抛运动的轨迹。答案

(1)末端水平

保持小球水平抛出的初速度相同(2)保持相邻痕迹点的水平距离大小相同(3)解析

(1)平抛运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。实验前应对实验装置反复调节,直到斜槽末端水平,每次让小球从同一位置由静止释放,是为了保持小球水平抛出的初速度相同。(2)每次将B板向内侧平移距离d,是为了保持相邻痕迹点的水平距离大小相同。(3)将图中各点用平滑的曲线相连,做出平抛运动的轨迹。考题点睛

考点考向点睛平抛运动的条件轨迹描绘方法:控制实验条件,确保初速度大小一定、方向水平规律:平抛运动的规律练思维迁移运用1.(2022浙江1月选考)在研究平抛运动实验中,以小钢球离开轨道末端时球心位置为坐标原点O,建立水平与竖直坐标轴。让小球从斜槽上离水平桌面高为h处静止释放,使其水平抛出,通过多次描点可绘出小球做平抛运动时球心的轨迹,如图所示。在轨迹上取一点A,读取其坐标(x0,y0),重力加速度为g。(1)下列说法正确的是

。

A.实验所用斜槽应尽量光滑B.画轨迹时应把所有描出的点用平滑的曲线连接起来C.求平抛运动初速度时应读取轨迹上离原点较远的点的数据(2)根据题目所给信息,小球做平抛运动的初速度大小v0=

。

(3)在本实验中要求小球多次从斜槽上同一位置由静止释放的理由是

。

答案

(1)C

(2)D

(3)确保多次运动的轨迹相同解析

(1)只要保证小球每次从同一位置静止释放,到达斜槽末端的速度大小都相同,与实验所用斜槽是否光滑无关,选项A错误。画轨迹时应舍去误差较大的点,把误差小的点用平滑的曲线连接起来,选项B错误。求平抛运动初速度时应读取轨迹上离原点较远的点的数据,便于减小读数产生的偶然误差的影响,选项C正确。(3)小球多次从斜槽上同一位置由静止释放是为了保证到达斜槽末端的速度大小都相同,从而能确保多次运动的轨迹相同。2.在做研究平抛运动的实验中,为了确定小球在空中不同时刻的位置,用了如图所示的装置。先将斜槽轨道的末端调整水平,在一块平整的木板表面钉上白纸和复写纸。将该木板竖直立于水平地面上,使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,小球撞到木板并在白纸上留下痕迹A;再将木板远离槽口平移距离x,使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,小球撞在木板上得到痕迹B;再将木板远离槽口平移距离x,使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,再得到痕迹C。若测得木板每次移动距离x=10.00cm,A、B间距离y1=5.00cm,B、C间距离y2=14.80cm。(g取9.80m/s2)(1)每次都要使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放的原因是

。

(2)根据以上直接测量的物理量求得小球初速度的表达式为v0=

。(用题中所给字母表示)

(3)小球初速度的值为v0=

m/s。(结果保留两位小数)

3.如图所示,某物理兴趣小组将研究平抛运动的实验装置改装后用来测量当地的重力加速度。在轨道的水平部分加装光电门,以测量小球平抛的初速度v0;固定轨道,测量轨道末端的离地高度,即小球平抛的竖直位移h;测量小球从轨道的不同位置释放后平抛的水平位移x,多次计算小球的运动时间,求平均值以获得小球的运动时间t;利用运动学公式计算当地的重力加速度。(1)(多选)下列关于实验误差的说法正确的是

。

A.小球和轨道间的摩擦是造成系统误差的原因之一B.小球平抛运动过程中受到的空气阻力是造成系统误差的原因之一C.轨道末端未调水平是造成偶然误差的原因之一D.实验中测量长度时的读数误差属于偶然误差(2)该小组在实验中测得h=0.420m,v0和x的测量值如下表所示,则得到当地的重力加速度为g=

m/s2。(结果保留两位小数)

v0/(m·s-1)0.7411.0341.3181.584x/c