第3节　实验：探究平抛运动的特点 教学课件

物理第五章抛体运动第3节实验：探究平抛运动的特点01基础储备明确原理02热点实验典例解读一、平抛运动1．抛体运动以一定的速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受重力的作用，这时的运动叫作抛体运动．2．平抛运动(1)概念：如果抛体运动的初速度是沿水平方向的，物体所做的运动叫作平抛运动．(2)条件：物体具有水平方向的初速度且运动过程中只受到重力的作用．二、实验方案方案一频闪照相法为了研究平抛运动的特点，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．比如，用频闪照相的方法，记录物体在不同时刻的位置．当然也可以用别的方法记录信息，开展研究．右图是用频闪照相的方法记录的做平抛运动的小球每隔相等的时间的位置图．以左边第一个小球的中心为原点，沿水平向右和竖直向下的方向建立直角坐标系，将各球中心点的横坐标和纵坐标记录在自己设计的表格中．方案二描绘平抛运动的轨迹1．探究平抛运动竖直分运动的特点在如图甲所示的实验中，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．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．2．探究平抛运动水平分运动的特点在如图乙所示的装置中，斜槽末端水平．钢球在斜槽中从某一高度滚下，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，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，通过多次实验，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．根据步骤1得出的平抛运动在竖直方向分速度随时间变化的规律，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．3．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．(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．(3)小球每次自由滚下时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不准确，会导致误差．(5)量取轨迹上各点坐标时不准确，会导致误差．4．注意事项(1)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：方木板必须处于竖直平面内，固定时要用重垂线检查白纸边缘是否竖直．(3)小球释放①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直到达右下角为宜．(4)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．热点一实验原理与操作

【例1】三个同学根据不同的实验条件，进行了探究平抛运动规律的实验：(1)甲同学采用如图甲所示的装置．用小锤击打弹性金属片，金属片把A球沿水平方向弹出，同时B球被松开自由下落，观察两球的运动轨迹，比较它们落地时间的先后，分别改变小球距地面的高度和小锤打击的力度，即改变A球被弹出时的速度，观察到两球每次都同时落地，这说明____________________________________________________________．(2)乙同学采用如图乙所示的装置．两个相同的弧形轨道M、N，分别用于发射小铁球P、Q，其中N的末端可看作与光滑的水平板相切，两轨道上端分别装有电磁铁C、D；调节电磁铁C、D的高度使AC＝BD，从而保证小铁球P、Q在轨道出口处的水平初速度v0相等．现将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小球能以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的末端射出．实验可观察到的现象应是______________．仅仅改变弧形轨道M的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，这说明_______________________________________．(3)丙同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图丙所示的小球做平抛运动的照片，图中每个小方格的边长为L＝2.5cm，则由图可求得拍摄时每________s曝光一次，该小球做平抛运动的初速度大小为________m/s.(g取10m/s2)

[解析]

(1)金属片把A球沿水平方向弹出，同时B球被松开自由下落，两球同时落地，改变A球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，知A球竖直方向上的运动规律与B球相同，即平抛运动的竖直分运动是自由落体运动．(2)两小球能以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的末端射出．实验可观察到两球将相碰，知P球水平方向上的运动规律与Q球相同，即做平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动．[答案]

(1)平抛运动的竖直分运动是自由落体运动(2)两球P、Q将相碰平抛运动的水平分运动是匀速直线运动(3)0.05

1.0[针对训练1]

(多选)在探究平抛运动的规律时，可以选用下列各种装置，以下操作合理的是(

)A．选用装置1研究平抛物体竖直分运动，应该用眼睛看A、B两球是否同时落地B．选用装置2要获得稳定的细水柱所显示的平抛轨迹，竖直管上端A一定要低于水面C．选用装置3要获得钢球的平抛轨迹，每次不一定要从斜槽上同一位置由静止释放钢球D．除上述装置外，也能用数码照相机拍摄钢球做平抛运动时每秒15帧的录像获得平抛轨迹√√解析：选用装置1时，应采用听两球落地时所发出的声音是否重合来判定两球是否同时落地，A错误；选用装置2时，要求竖直管上端A低于水面的原因是竖直管上端A处压强等于大气压，A处低于水面时可保持弯管两端压强差恒等于两管上端之间水的压强，否则会使水流速度随着瓶内水面的下降而减小，B正确；选用装置3要获得钢球的平抛轨迹，要保证小球每次沿同一轨迹运动，就需保证小球每次做平抛运动的初速度相同，也就要求每次释放小球的位置相同，C错误；用数码照相机拍摄钢球做平抛运动时，每帧照片记录一个时刻的位置，故结合起来可得到小球的运动轨迹，D正确．热点二实验数据处理与误差分析

【例2】(1)在“探究平抛运动的特点”实验中，已备有下列器材：白纸、图钉、薄木板、铅笔、弧形斜槽、小球、刻度尺、铁架台，还需要下列器材中的________．A．秒表 B．天平C．重垂线 D．弹簧测力计(2)图甲是“研究平抛物体的运动”的实验装置简图，在该实验中，应采取下列哪些措施减小实验误差________．

A．斜槽轨道末端必须水平B．斜槽轨道必须光滑C．每次实验要平衡摩擦力D．小球每次都从斜槽上同一高度由静止释放(3)图乙是实验取得的正确数据，其中O为抛出点，则此小球做平抛运动的初速度为________m/s.(4)在另一次实验中，将白纸换成方格纸，每个格的边长L＝5cm.通过实验，记录了小球在运动途中的三个位置，如图丙所示，则该小球做平抛运动的初速度为________

m/s，经过B点时的速度为________m/s，抛出点的坐标为________(用L表示)．(此问g取10m/s2)[解析]

(1)除所给器材外，还需要重垂线来确定y轴．由于实验不需要测量小球的质量、受力以及运动的时间，所以不需要天平、弹簧测力计、秒表，故选C.(2)为了保证小球离开斜槽轨道后做平抛运动，需调节使斜槽轨道的末端水平，故A正确；为了保证小球每次平抛的初速度大小相等，应使小球每次均从斜槽的同一位置由静止开始下滑，斜槽不需要光滑，故B错误，D正确；本实验中不需要平衡摩擦力，故C错误．[针对训练2]用频闪照相技术拍下的两小球运动的频闪照片如图所示，拍摄时，光源的频闪频率为10Hz，a球从A点水平抛出的同时，b球自B点开始下落，背景的小方格为相同的正方形．重力加速度g取10m/s2，不计阻力．(1)根据照片显示的信息，下列说法中正确的是________；A．只能确定b球的运动是自由落体运动B．不能确定a球沿竖直方向的运动是自由落体运动C．只能断定a球的运动是水平方向的匀速直线运动D．可以确定a球沿水平方向的运动是匀速直线运动，在竖直方向做自由落体运动(2)根据照片信息可求出a球的水平速度大小为________m/s；当a球与b球运动了________s时它们之间的距离最小．解析：(1)因为相邻两照片间的时间间隔相等，水平位移相等，知a球在水平方向上做匀速直线运动，竖直方向上的运动规律与b球运动规律相同，知竖直方向上a球做自由落体运动，故D正确，A、B、C错误．答案：(1)D

(2)1

0.2热点三实验拓展创新

【例3】如图，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h＝0.420m不变．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v0、飞行时间t和水平位移d，记录在表中．(1)由表中数据可知，在h一定时，小球水平位移d与其初速度v0成________关系，与________无关．v0(m/s)0.7411.0341.3181.584t(ms)292.7293.0292.8292.9d(cm)21.730.338.646.4(3)飞行时间的测量值与理论值有偏差，且初速度越大差值越小的原因是：光电门传感器位于水平槽口的内侧，传感器的中心距离水平槽口还有一段很小的距离．[答案]

(1)正比t

(2)g取值10m/s2(3)光电门传感器位于水平槽口的内侧，传感器的中心距离水平槽口还有一段很小的距离[针对训练3]某同学设计了一个探究平抛运动的家庭实验装置，如图1所示，在水平桌面上放置一个斜面，每次都让钢球从斜面上的同一位置滚下，滚过桌边后钢球便做平抛运动．在钢球抛出后经过的地方水平放置一块木板(还有一个用来调节木板高度的支架，图中未画)，木板上放一张白纸，白纸上有复写纸，这样便能记录钢球在白纸上的落点，进而可以测出平抛的水平距离．(1)为了方便测出钢球做平抛运动的水平距离，需要在桌子边缘加上某一器材，请写出该器材名称____________．(2)已知平抛运动在竖直方向上的运动规律与自由落体运动相同，在此前提下，利用下面的方法就可以探究钢球水平分速度的特点，请把步骤③补充完整．①调节木板高度，使木板上表面与桌面的距离为某一确定值y，如图2所示．让小球从斜面上某一位置A无初速度释放，测出水平距离x1；②调节木板的高度，使木板上表面与桌面的距离为某一确定值4y，让小球从斜面上同一位置A无初