人教版高中物理必修二 （實驗：探究平拋運動的特點）拋體運動新課件

3.實驗:探究平拋運動的特點

【實驗目的】1.用實驗的方法描出平拋運動的軌跡。2.判斷平拋運動的軌跡是否為拋物線。3.根據(jù)平拋運動的軌跡求其初速度。【實驗目的】斜槽,_______________,白紙,小球,圖釘,鉛筆,有孔的卡片,刻度尺,重垂線平拋運動實驗器【實驗器材】1.實驗的基本思想——___________。2.實驗原理:(1)用卡位法描點并繪制小球平拋運動的軌跡。(2)建立坐標系,測出軌跡上某點的坐標x、y,據(jù)x=___,y=______得初速度v0=______?？刂谱兞糠╲0t【實驗過程】一、實驗步驟1.安裝實驗器材:(1)將帶有斜槽的平拋運動實驗器置于桌面上,裝好平拋軌道,調(diào)整斜槽末端切線水平;然后,調(diào)節(jié)調(diào)平螺絲,觀察重垂線或氣泡水準,使面板處于豎直平面內(nèi),卡好定位板,裝置如圖所示。

(2)給描跡記錄紙襯墊一張復寫紙或打字蠟紙,緊貼記錄面板用壓紙板固定在面板上。2.建立坐標系:把小球放在槽口處,用鉛筆記下小球在槽口(斜槽末端)時球心所在描跡記錄紙的投影點O,O點即為坐標原點,用重垂線畫出過坐標原點的豎直線,作為y軸,畫出過坐標原點水平向右的直線,作為x軸。3.確定小球的位置:(1)把接球擋板拉到最上方一格的位置。(2)將定位板定在某一位置固定好,小球緊靠定位板由靜止釋放,小球沿軌道向下運動,以一定的初速度由軌道的平直部分水平拋出。(3)下落的小球打在向記錄面板傾斜的接球擋板上,同時在記錄面板上留下一個印跡點。(4)再將接球擋板向下拉一格,重復上述操作方法,打出第二個印跡點,如此繼續(xù)下拉接球擋板,直至最低點,即可得到平拋的小球下落時的一系列印跡點。4.描點得軌跡:取下描跡記錄紙,將描跡記錄紙記下的一系列點用平滑曲線連起來,即得到小球做平拋運動的軌跡?！舅伎肌び懻摗砍鲜霁@得小球做平拋運動的軌跡的方法外,還可以如何獲取平拋運動的軌跡? (科學探究)提示:利用頻閃照相法和噴水法獲取平拋運動的軌跡。二、數(shù)據(jù)處理1.判斷平拋運動的軌跡是否為拋物線:在x軸上作出等距離的幾個點A1、A2、A3…向下作垂線,垂線與拋體軌跡的交點記為M1、M2、M3…用刻度尺測量各點的坐標(x,y)。(1)代數(shù)計算法:將某點(如M3點)的坐標(x,y)代入y=ax2求出常數(shù)a,再將其他點的坐標代入此關系式看看等式是否成立,若等式對各點的坐標都近似成立,則說明描繪得出的曲線為拋物線。(2)圖像法:建立y-x2坐標系,根據(jù)所測量的各個點的x坐標值計算出對應的x2值,在坐標系中描點,連接各點看是否在一條直線上,若大致在一條直線上,則說明平拋運動的軌跡是拋物線。2.計算初速度:在小球平拋運動軌跡上選取分布均勻的六個點——A、B、C、D、E、F,用刻度尺、三角板測出它們的坐標(x,y),并記錄在下面的表格中,已知g值,利用公式y(tǒng)=gt2和x=v0t,求出小球做平拋運動的初速度v0,最后算出v0的平均值?！舅伎肌び懻摗咳绾潍@取以下物體平拋運動的初速度? (科學思維)提示:在豎直方向上,根據(jù)Δy=2L=gT2得相等的時間間隔為:T=,物體平拋運動的初速度為:v0==3?！菊`差分析】1.用軌跡法時斜槽末端沒有水平,使得小球離開斜槽后不做平拋運動。2.描點不準確。3.在軌跡上量取某點坐標(x,y)時出現(xiàn)誤差?！咀⒁馐马棥?.斜槽安裝:實驗中必須調(diào)整斜槽末端的切線水平,將小球放在斜槽末端水平部分,若沒有明顯的運動傾向,斜槽末端的切線就水平了。2.方木板固定:方木板必須處于豎直平面內(nèi),固定時要用重垂線檢查坐標紙豎線是否豎直。3.小球釋放:(1)小球每次必須從斜槽上同一位置滾下。(2)小球開始滾下的位置高度要適中,以使小球平拋運動的軌跡由坐標紙的左上角一直到達右下角為宜。4.坐標原點:坐標原點不是槽口的端點,應是小球出槽口時球心在木板上的投影點。5.初速度的計算:在軌跡上選取離坐標原點O點較遠的一些點來計算初速度?！舅伎肌び懻摗咳鐖D所示是此裝置拍攝小球做平拋運動的頻閃照片,由照片可以判斷實驗操作錯誤的原因是什么? (科學探究)提示:斜槽末端沒有調(diào)節(jié)切線水平。類型一實驗原理及操作【典例1】用如圖1所示裝置研究平拋運動。將白紙和復寫紙對齊重疊并固定在豎直的硬板上。鋼球沿斜槽軌道PQ滑下后從Q點飛出,落在水平擋板MN上。由于擋板靠近硬板一側較低,鋼球落在擋板上時,鋼球側面會在白紙上擠壓出一個痕跡點。移動擋板,重新釋放鋼球,如此重復,白紙上將留下一系列痕跡點。 (1)下列實驗條件必須滿足的有____________。

A.斜槽軌道光滑B.斜槽軌道末段水平C.擋板高度等間距變化D.每次從斜槽上相同的位置無初速度釋放鋼球(2)為定量研究,建立以水平方向為x軸、豎直方向為y軸的坐標系。a.取平拋運動的起始點為坐標原點,將鋼球靜置于Q點,鋼球的____________(選填“最上端”“最下端”或“球心”)對應白紙上的位置即為原點;在確定y軸時____________(選填“需要”或“不需要”)y軸與重垂線平行。

b.若遺漏記錄平拋軌跡的起始點,也可按下述方法處理數(shù)據(jù):如圖2所示,在軌跡上取A、B、C三點,AB和BC的水平間距相等且均為x,測得AB和BC的豎直間距分別是y1和y2,則_________

(選填“大于”“等于”或“小于”)?？汕蟮娩撉蚱綊伒某跛俣葀0大小為____________(已知當?shù)刂亓铀俣葹間,結果用上述字母表示)。

(3)為了得到平拋物體的運動軌跡,同學們還提出了以下三種方案,其中可行的是____________。

A.從細管水平噴出穩(wěn)定的細水柱,拍攝照片,即可得到平拋運動軌跡B.用頻閃照相法在同一底片上記錄平拋鋼球在不同時刻的位置,平滑連接各位置,即可得到平拋運動軌跡C.將鉛筆垂直于豎直的白紙板放置,筆尖緊靠白紙板,鉛筆以一定初速度水平拋出,將會在白紙上留下筆尖的平拋運動軌跡【解析】根據(jù)平拋運動的規(guī)律:水平方向勻速直線運動,豎直方向自由落體運動解答。(1)本實驗中要保證鋼球飛出斜槽末端時的速度水平,即鋼球做平拋運動,且每次飛出時的速度應相同,所以只要每次將鋼球從斜槽上同一位置由靜止釋放即可,故B、D正確;(2)a.平拋運動的起始點應為鋼球靜置于Q點時,鋼球的球心對應紙上的位置,由于平拋運動在豎直方向做自由落體運動,所以在確定y軸時需要y軸與重垂線平行;b.由初速度為零的勻加速直線運動規(guī)律即在相等時間間隔內(nèi)所通過的位移之比為1∶3∶5∶7∶…可知,由于A點不是拋出點,所以>;設AB,BC間所用的時間為T,豎直方向有:y2-y1=gT2,水平方向有:x=v0T,聯(lián)立解得:v0=x;(3)細管A始終在水面之下,B就會噴出穩(wěn)定的細水柱,故可行。A正確;用頻閃照相法在同一底片上記錄鋼球不同時刻的位置即平拋運動的軌跡上的點,平滑連接在一起即為平拋運動軌跡,所以此方案可行,B正確;將鉛筆垂直于豎直的白板放置,以一定初速度水平拋出,筆尖與白紙間有摩擦阻力,所以鉛筆做的不是平拋運動,故此方案不可行,C錯誤。答案:(1)B、D(2)a.球心需要b.大于x

(3)A、B類型二數(shù)據(jù)處理【典例2】(1)在“研究平拋物體的運動”的實驗中,為減小空氣阻力對小球的影響,選擇小球時,應選擇下列的____________。

A.實心小鐵球 B.空心鐵球C.實心小木球 D.以上三種球都可以(2)在研究平拋運動的實驗中,斜槽末端要___________,且要求小球要從____________釋放,現(xiàn)用一張印有小方格的紙記錄軌跡,小方格邊長L=2.5cm,若小球在平拋運動途中的幾個位置如圖所示,小球由A到B位置的時間間隔為_______________s,小球平拋的初速度大小為____________m/s。小球在B點的速度為______m/s。

【解析】(1)為了減小空氣阻力對小球的影響,要選擇體積較小質(zhì)量較大的小球,故選實心小鐵球,故A正確,B、C、D錯誤;(2)在研究平拋運動的實驗中,為保證小球做平拋運動斜槽末端要水平,為保證每次運動軌跡相同要求小球從同一位置釋放,小球豎直方向做自由落體運動,有:Δh=gT2,即為:L=gT2,得:T=s=0.05s。小球初速度為:v0=m/s=1m/s;B位置豎直方向速度為:vy=m/s=0.75m/s;則B點的速度為:vB=m/s=1.25m/s。答案:(1)A

(2)切線水平同一位置0.05

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1.25類型三實驗創(chuàng)新【典例3】如圖所示,請利用頻閃照相的方法,設計實驗方案測量平拋運動的速度。1.實驗創(chuàng)新思路:改進平拋運動軌跡上點跡的確定方式。2.實驗步驟:(1)按照如圖所示的裝置組裝實驗器材,并調(diào)節(jié)__________________。(2)讓小球從斜槽上某點由_________,從斜槽末端開始做平拋運動。斜槽末端切線水平靜止釋放(3)由頻閃照相法記錄小球在不同時刻的位置。(4)用平滑的軌跡將小球的位置連起來。(5)以拋出點為坐標原點,沿水平和豎直方向分別建立x軸和y軸。(6)測量運動軌跡上某點的水平和豎直位移。3.誤差分析:(1)軌道要求:軌道斜槽末端切線水平。(2)坐標系原點的確定:以小球靜止在斜槽末端時,球心在豎直面內(nèi)的投影位置為坐標原點?！緞?chuàng)新評價】

實驗：驗證機械能守恒定律核心素養(yǎng)目標科學探究能制訂驗證機械能守恒定律的實驗方案，確定需要測量的物理量，學會正確使用實驗器材獲取數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析后得出結論，與同學討論并分析誤差及產(chǎn)生的原因，并能用物理語言準確描述實驗結論?？茖W態(tài)度與責任通過實驗驗證，樹立“實踐是檢驗真理的唯一標準”的科學觀。知識點一實驗思路1.自由下落的物體只受到_______作用，滿足機械能守恒的條件。2.物體沿光滑斜面下滑時，雖然受到重力和斜面的___________，但__________與物體位移方向垂直(如圖)，對物體不做功，這種情況也滿足機械能守恒的條件。重力支持力支持力3.用細線懸掛的小球擺動時，細線的拉力與小球的運動方向_______，對物體不做功。如果忽略空氣阻力，這個過程中只

有重力做功，也滿足機械能守恒的條件。

在只有重力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能與重力勢能可以相互轉化，而總的機械能保持不變。 ΔEp減＝ΔEk增垂直知識點二物理量的測量1.安裝置：按圖所示將檢查、調(diào)整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電路。2.打紙帶：(1)將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器的地方。 (2)先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落。 (3)關閉電源，取下紙帶。更換紙帶重復做3～5次實驗。3.選紙帶 (1)點跡清晰。實驗時必須保持提起的紙帶豎直，手不動，待接通電源，讓打點計時器工作穩(wěn)定后再松開紙帶，以保證第1個點是一個清晰的點。 (2)所打的點呈一直線。4.測長度：用毫米刻度尺測出所選定的各計時點到基準點的距離。鐵架臺(帶鐵夾)、打點計時器、重物(帶夾子)、紙帶(數(shù)條)、復寫紙、導線、毫米刻度尺、低壓交流電源。(1)減小各種阻力的措施①安裝時使打點計時器的限位孔與紙帶處于同一豎直平面內(nèi)。②應選用質(zhì)量和密度較大的重物。(2)因重物下落過程中要克服阻力做功，實驗中動能增加量必定稍小于重力勢能減少量，否則實驗數(shù)據(jù)不準確。知識點三數(shù)據(jù)分析利用公式勢能減少量不用測量質(zhì)量mghn3.驗證方案核心要點一實驗原理與操作[例1]

如圖為驗證“機械能守恒定律”的實驗裝置示意圖?，F(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平?；卮鹣铝袉栴}：(1)為完成此實驗，除了所給的器材外，還需要的器材有________。(填入正確選項前的字母)A.毫米刻度尺B.秒表C.0～12V的直流電源D.4～6V的交流電源(2)下面列舉了該實驗的幾個操作步驟：A.按照圖示的裝置安裝器材B.將打點計時器接到電源的“直流輸出”上C.先接通電源，后釋放紙帶，打出一條紙帶，再更換紙帶重復多次D.測量紙帶上某些點間的距離E.根據(jù)測量的結果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能其中操作錯誤的步驟是________________。(3)實驗中誤差產(chǎn)生的原因有___________________________________________________________________________________________________________________(寫出兩個原因)。解析

(1)為完成此實驗，除了所給的器材外，還需要毫米刻度尺、4～6V的交流電源。(2)其中操作錯誤的步驟是將打點計時器接到電源的“直流輸出”上，打點計時器需要交流電源。(3)紙帶與打點計時器之間有摩擦以及空氣阻力；用毫米刻度尺測量紙帶上點的位置時讀數(shù)有誤差；計算重力勢能變化時，選取初、末兩點距離過近；交流電源頻率不穩(wěn)定等。答案

(1)AD

(2)B

(3)紙帶與打點計時器之間有摩擦以及空氣阻力；用毫米刻度尺測量紙帶上點的位置時讀數(shù)有誤差；交流電源頻率不穩(wěn)定[針對訓練1](1)在利用重錘做自由落體運動驗證機械能守恒定律的實驗中，有關重錘的質(zhì)量，下列說法正確的是(

) A.應選用質(zhì)量較大的重錘，使重錘和紙帶所受的重力遠大于它們所受的阻力 B.應選用質(zhì)量較小的重錘，使重錘的慣性小一些，下落時更接近于自由落體運動 C.不需要稱量重錘的質(zhì)量 D.必須稱量重錘的質(zhì)量(2)在該實驗中，選定了一條較為理想的紙帶，如圖所示，“0”為起始點，以后紙帶上所打的各點依次記為1、2、3…，測得的x1、x2、x3…是重錘從開始運動到各時刻的位移。已知打點計時器的打點周期為T，重錘質(zhì)量為m，重力加速度為g，則當打點計時器打點“4”時，重錘動能的表達式為________；從“0”點到“4”點的過程中重錘重力勢能的減少量表達式為______________。核心要點二實驗數(shù)據(jù)的處理[例2]

在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、重錘(帶夾子)、天平、毫米刻度尺、50Hz交流電源?；卮鹣铝袉栴}： (1)用打點計時器打出一條紙帶，前后要連續(xù)進行一系列的操作，下列各步驟的先后順序合理的是________。 A.釋放紙帶

B.接通電源 C.取下紙帶

D.切斷電源(2)如圖所示，釋放紙帶前的瞬間，重錘和手的位置合理的是________(填“甲”“乙”“丙”或“丁”)。(3)某同學用正確的方法獲得了一條紙帶，并以起點為計數(shù)點O，后隔一段距離，取連續(xù)點為計數(shù)點A、B、C、D、E、F，如圖所示。已知重錘的質(zhì)量為0.5kg，則電磁打點計時器打下E點時，重錘減少的重力勢能ΔEp＝________J，重錘增加的動能ΔEk＝________J(取重力加速度g＝9.8m/s2，計算結果保留2位有效數(shù)字)，重錘增加的動能ΔEk與減少的重力勢能ΔEp的大小關系為ΔEk________ΔEp(選填“大于”“小于”或“等于”)。解析(1)根據(jù)實驗原理和要求：實驗中先接通電源，再釋放紙帶，然后切斷電源，最后取下紙帶，所以實驗的步驟順序為BADC。(2)為了減小實驗誤差，釋放前必須保持提起的紙帶處于豎直位置，并且使重錘靠近打點計時器，故合理的位置為丙圖。答案(1)BADC

(2)丙(3)0.35

0.33小于[針對訓練2]

利用如圖甲所示裝置驗證機械能守恒定律：質(zhì)量m＝0.20kg的重物自由下落，打點計時器在紙帶上打出一系列點。如圖乙所示為選取的一條符合實驗要求的紙帶，O為第一個點，A、B、C為從合適位置開始選取的三個連續(xù)點(其他點未畫出)。已知打點計時器每隔0.02s打一次點，當?shù)氐闹亓铀俣萭＝10m/s2。(計算結果均取3位有效數(shù)字) (1)下列實驗操作步驟中錯誤的是(

) A.把打點計時器固定在鐵架臺上，用導線連接到低壓交流電源上 B.將連有重物的紙帶穿過限位孔，將紙帶和重物提升到一定高度 C.先釋放紙帶，再接通電源 D.更換紙帶，重復實驗，根據(jù)記錄處理數(shù)據(jù)(2)根據(jù)圖乙所得的數(shù)據(jù)，應取圖中O點和________點來驗證機械能守恒定律，那么打下該點時重物的瞬時速度大小為________m/s。(3)從O點到所取點，重物重力勢能減少量ΔEp＝________J，動能增加量ΔEp________J，從而驗證了在誤差允許范圍內(nèi)機械能守恒。甲乙解析(1)把打點計時器固定在鐵架臺上，用導線連接到低壓交流電源上，選項A正確；將連有重物的紙帶穿過限位孔，將紙帶和重物提升到一定高度，選項B正確；先接通電源，再釋放紙帶，選項C錯誤；更換紙帶，重復實驗，根據(jù)記錄處理數(shù)據(jù)，選項D正確。答案(1)C

(2)B

1.92

(3)0.384

0.369[例3]

利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖所示，水平桌面上固定一傾斜的氣墊導軌；導軌上A點處有一帶長方形遮光片的滑塊，其總質(zhì)量為M，左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細繩與一質(zhì)量為m的小球相連；遮光片兩條長邊與導軌垂直；導軌上B點有一光電門，可以測量遮光片經(jīng)過光電門時的擋光時間t，用d表示A點到