人教版高中物理必修二 （實驗：探究平拋運動的特點）拋體運動教學課件

第五章拋體運動實驗：探究平拋運動的特點

一、實驗思路1.思路:把復雜的曲線運動分解為不同方向上的兩個相對簡單的直線運動.2.平拋運動的分解方法(1)平拋運動的特點物體是沿著水平方向拋出的,在運動過程中只受到豎直向下的重力作用.(2)分解方法分解為水平方向的分運動和豎直方向的分運動.新知導學新知導學二、進行實驗方案一

利用頻閃照相或者錄制視頻的方法探究平拋運動【實驗步驟】1.讓小球從水平桌面上飛出,在小球后面放置帶方格的黑板作為背景.2.用頻閃照相或者錄制視頻的方法,記錄物體在不同時刻的位置.3.以拋出點為坐標原點,以初速度方向為x軸正方向,豎直向下為y軸正方向,建立直角坐標系,記錄小球的水平位移和豎直位移.新知導學4.記錄需要測量的數據,小球其他位置中心依次為A、B、C、D……過A、B、C、D……點分別作x、y軸的垂線,在x、y軸上測量OA、OB、OC、OD……之間的距離,記為xOA、yOA等,建立表格.

OAOBOCODOEOFtT2T3T4T5T6Tx/mm

y/mm

新知導學5.判斷水平方向和豎直方向分別做什么運動.(1)在誤差允許的范圍內,若xOA=xAB=xBC=xCD,則表明平拋運動的水平分運動為勻速直線運動.(2)在誤差允許的范圍內,若yCD-yBC=yBC-yAB=yAB-yOA,則根據(yCD+yBC)-(yAB+yOA)=4aT2,T為頻閃周期,可得加速度a;若a=g(重力加速度),則表明平拋運動的豎直分運動為自由落體運動.新知導學6.判斷平拋運動的軌跡是不是拋物線.(1)原理:若平拋運動的軌跡是拋物線,則當以拋出點為坐標原點建立直角坐標系時,軌跡上各點的坐標具有y=ax2的關系,且在同一軌跡上a是一個特定的值.(2)驗證方法方法一:代入法用刻度尺測量幾個點的x、y坐標,分別代入y=ax2中求出常數a,看計算得到的a值在誤差范圍內是否為同一常數.新知導學方法二:圖像法建立y-x2坐標系,根據所測量的各個點的x、y坐標值分別計算出對應y值的x2值,在y-x2坐標系中描點,連接各點看是否在一條直線上,并求出該直線的斜率大小即為a值.課堂評價1．(1)在做“研究平拋運動”實驗時，除了木板、小球、斜槽、鉛筆、圖釘之外，下列器材中還需要的是________。

A．游標卡尺

B．秒表

C．坐標紙

D．天平

E．彈簧測力計

F．重錘線(1)CF實驗中需要在坐標紙上記錄小球的位置，描繪小球的運動軌跡，需要利用重垂線確定坐標軸的y軸。故C、F是需要的。1．(2)(多選)實驗中，下列有關說法正確的是(

)A．應使小球每次從斜槽上相同的位置自由滑下B．斜槽軌道必須光滑C．要使描出的軌跡更好地反映真實運動，記錄的點應適當多一些D．斜槽軌道末端可以不水平(2)AC使小球從斜槽上同一位置自由滑下，才能保證每次的軌跡相同，A正確。斜槽沒必要必須光滑，只要能使小球滑出的初速度相同即可，B錯誤。實驗中記錄的點越多，軌跡越精確，C正確。斜槽末端必須水平，才能保證小球離開斜槽后做平拋運動，D錯誤。2．在“研究小球做平拋運動”的實驗中：(1)安裝實驗裝置的過程中，斜槽末端切線必須是水平的。這樣做的目的是________。A．保證小球飛出時，速度既不太大，也不太小B．保證小球飛出時，初速度水平C．保證小球在空中運動的時間每次都相等D．保證小球運動的軌跡是一條拋物線B(2)引起實驗結果偏差較大的原因可能是________。①安裝斜槽時，斜槽末端切線方向不水平②確定Oy軸時，沒有用鉛垂線③斜槽不是絕對光滑的，有一定摩擦④空氣阻力對小球運動有較大影響A．①③

B．①②④

C．③④

D．②③B(3)如圖甲所示的演示實驗中，A、B兩球同時落地，說明

。某同學設計了如圖乙所示的實驗：將兩個相同的斜滑道固定在同一豎直面內，最下端水平，把兩個質量相等的小鋼球，從斜面的同一高度由靜止同時釋放，滑道2與光滑水平板銜接，則他將觀察到的現象是____________，這說明_____________。平拋運動在豎直方向上是自由落體運動球1落到光滑水平板上并擊中球2平拋運動在水平方向上是勻速直線運動5實驗：驗證機械能守恒定律第八章機械能守恒定律

1.明確驗證機械能守恒定律的基本思路并能進行相關量的測量.2.能正確進行實驗操作，分析實驗數據得出結論，能定性地分析

產生誤差的原因.學習目標技能儲備精析典題隨堂演練內容索引NEIRONGSUOYIN課時對點練一、實驗思路機械能守恒的前提是“只有

做功”，因此研究過程一定要滿足這一條件.本節(jié)實驗我們以只有重力做功的過程進行研究.技能儲備重力或彈力二、物理量的測量及數據分析只有重力做功時，只發(fā)生重力勢能和動能的轉化.mgh1－mgh2(2)所需測量的物理量：物體所處兩位置之間的

，及物體的

.高度差運動速度三、參考案例案例1研究自由下落物體的機械能1.實驗器材鐵架臺(帶鐵夾)、

、重物(帶夾子)、

、復寫紙(或墨粉盤)、導線、毫米刻度尺、交流電源.2.實驗步驟(1)安裝裝置：按圖1甲所示把打點計時器安裝在鐵架臺上，用導線把打點計時器與電源連接好.圖1打點計時器紙帶(2)打紙帶：在紙帶的一端把重物用夾子固定好，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手豎直提起紙帶使重物?？吭诖螯c計時器附近.先接通電源后釋放紙帶，讓重物拉著紙帶自由下落.重復幾次，得到3～5條打好點的紙帶.(3)選紙帶并測量：選擇一條點跡清晰的紙帶，確定要研究的開始和結束的位置，測量并計算出兩位置之間的距離Δh及兩位置時紙帶的速度，代入表達式進行驗證.3.數據處理(2)驗證方法方法一：利用起始點和第n點.選擇開始的兩點間距接近2mm的一條紙帶，打的第一個點為起始點，如果在實驗誤差允許范圍內mghn＝

mvn2，則機械能守恒定律得到驗證.4.誤差分析本實驗的誤差主要是紙帶測量產生的偶然誤差以及重物和紙帶運動中的空氣阻力及打點計時器的摩擦阻力引起的系統(tǒng)誤差.方法二：任取兩點A、B.圖2方法三：圖像法(如圖2所示).若在實驗誤差允許范圍內圖線是一條過原點且斜率為g的直線，則機械能守恒定律得到驗證.5.注意事項(1)安裝打點計時器時，要使兩限位孔的中線在同一豎直線上，以減小摩擦阻力.(2)應選用質量和密度較大的重物.(3)實驗時，應先接通電源，讓打點計時器正常工作后再松開紙帶讓重物下落.(4)本實驗中的幾種驗證方法均不需要測重物的質量m.案例2研究沿斜面下滑物體的機械能1.實驗器材氣墊導軌、數字計時器、帶有遮光條的滑塊.2.實驗步驟如圖3所示，把氣墊導軌調成傾斜狀態(tài)，滑塊沿傾斜的氣墊導軌下滑時，忽略空氣阻力，重力勢能減小，動能增大.測量兩光電門之間高度差Δh和滑塊通過兩個光電門時的速度v1、v2，代入表達式驗證.圖33.物理量的測量及數據處理(1)測量兩光電門之間的高度差Δh；(2)根據滑塊經過兩光電門時遮光條的遮光時間Δt1和Δt2，計算滑塊經過兩光電門時的瞬時速度.4.誤差分析兩光電門之間的距離稍大一些，可以減小誤差；遮光條的寬度越小，誤差越小.一、實驗步驟和數據處理例1

(2019·雙峰一中高一下學期期末)某同學用如圖4甲所示裝置“驗證機械能守恒定律”時，所用交流電源的頻率為50Hz，得到如圖乙所示的紙帶.選取紙帶上打出的連續(xù)五個點A、B、C、D、E，測出A點距起點O的距離為s0＝19.00cm，點A、C間的距離為s1＝精析典題圖48.36cm，點C、E間的距離為s2＝9.88cm，g取9.8m/s2，測得重物的質量為m＝1kg.(1)下列做法正確的有____.A.必須要稱出重物和夾子的質量B.圖中兩限位孔必須在同一豎直線上C.將連著重物的紙帶穿過限位孔，用手提住，且讓手

盡量靠近打點計時器D.實驗時，先放開紙帶，再接通打點計時器的電源E.數據處理時，應選擇紙帶上距離較近的兩點作為初、

末位置B(2)選取O、C兩點為初、末位置驗證機械能守恒定律，重物減少的重力勢能是______J，打下C點時重物的速度大小是______m/s.(結果均保留三位有效數字)2.682.28解析重物減少的重力勢能為：ΔEp＝mgh＝mg(s0＋s1)＝1×9.8×(19.00＋8.36)×10－2J≈2.68J(3)根據紙帶算出打下各點時重物的速度v，量出下落距離s，則以

為縱坐標、s為橫坐標畫出的圖像應是下列選項中的____.C解析在驗證機械能守恒定律的實驗中，圖線的斜率等于g，即重力加速度，故選C.例2

現利用如圖5所示裝置“驗證機械能守恒定律”.圖中AB是固定的光滑斜面，斜面的傾角為30°，1和2是固定在斜面上適當位置的兩個光電門，與它們連接的數字計時器都沒有畫出.讓滑塊從斜面的頂端滑下，光電門1、2各自連接的數字計時器顯示的擋光時間分別為5.00×10－2s、2.00×10－2s.已知滑塊質量為2.00kg，滑塊沿斜面方向的長度為5.00cm，光電門1和2之間的距離為0.54m，g取9.80m/s2，取滑塊經過光電門時的速度為其平均速度.(結果均保留三位有效數字)(1)滑塊通過光電門1時的速度v1＝______m/s，通過光電門2時的速度v2＝_____m/s.圖51.002.50(2)滑塊通過光電門1、2之間的動能增加量為______J，重力勢能的減少量為______J.5.255.29重力勢能的減少量：ΔEp＝mgssin30°≈5.29J.(3)實驗可以得出的結論：_________________________________________.在實驗誤差允許的范圍內，滑塊的機械能守恒解析在實驗誤差允許的范圍內，滑塊的機械能守恒.二、創(chuàng)新實驗設計例3

用如圖6甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，物塊2從高處由靜止開始下落，物塊1上拖著的紙帶打出了一系列的點，對紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律.圖乙給出的是實驗中獲取的一條紙帶，其中0是打下的第一個點，每相鄰兩計數點間還有4個計時點(圖中未標出)，計數點間的距離如圖乙所示.已知物塊1、2的質量分別為m1＝50g、m2＝150g.(電源頻率為50Hz，結果均保留兩位有效數字)圖6(1)在紙帶上打下計數點5時的速度v5＝____m/s.2.4解析物塊做勻變速直線運動，中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度，(2)在打點0～5過程中，系統(tǒng)動能的增加量ΔEk＝_____J，系統(tǒng)重力勢能的減少量ΔEp＝_____J.(g取10m/s2)0.580.60系統(tǒng)重力勢能的減少量ΔEp＝(m2－m1)gh5＝0.60J.(3)若某同學作出的

v2－h(huán)圖像如圖丙所示，則當地的實際重力加速度g＝_____m/s2.9.7例4

(2019·永春一中高一下學期期末)某同學利用圖7所示裝置“驗證小球擺動過程中機械能守恒”，實驗中小球擺到最低點時恰好與桌面接觸但沒有彈力，D處(箭頭所指處)放一鋒利的刀片，細線到達豎直位置時能被割斷，小球做平拋運動落到地面，P是一刻度尺.該同學的方案優(yōu)點是只需利用刻度尺測量A位置到桌面的高度H、桌面到地面的高度h及小球平拋運動的水平位移x即可.圖7(1)測量A位置到桌面的高度H應從___________(填“球的上邊沿”“球心”或“球的下邊沿”)開始測.球的下邊沿解析測量A位置到桌面的高度H，即球下降的高度，因為到達桌面時是球的下邊沿與桌面接觸，所以測量高度H時應從球的下邊沿開始測.(2)實驗中多次改變H值并測量與之對應的x值，利用作圖像的方法去驗證.為了直觀地表述H和x的關系(圖線為直線)，若用橫軸表示H，則縱軸應表示___.(填“x”“x2”或“”)(3)若小球下擺過程中機械能守恒，則h、H和x的關系為H＝____.x2若用橫軸表示H，則縱軸應表示x2.1.用落體運動“驗證機械能守恒定律”，為進行該實驗，備有下列器材可供選擇：A.鐵架臺 B.電磁打點計時器

C.復寫紙片 D.紙帶E.低壓直流電源 F.天平

G.秒表 H.導線I.重物其中不必要的器材是______(填對應的字母)；缺少的器材是________________________.123隨堂演練4EFG刻度尺、低壓交流電源解析實驗中打點計時器可以測量時間，所以不需要秒表，打點計時器使用的是交流電源，所以低壓直流電源不需要，驗證機械能守恒，即驗證動能的增加量和重力勢能的減少量是否相等，兩邊都有質量，所以天平不需要.為了測量點跡的距離，需要刻度尺，所以缺少的器材是刻度尺、低壓交流電源.12342.(多選)用落體法“驗證機械能守恒定律”，就是看

mvn2是否等于mghn(n為計數點的編號0、1、2…n).下列說法中正確的是A.打點計時器打第一個點0時，重物的速度為零B.hn是計數點到起始點0的距離C.必須測量重物的質量D.可以用vn＝gtn計算vn，其中tn＝(n－1)T(T為打點周期)1234√√解析打點計時器打第一個點時，重物運動的速度應為零，A正確；hn與vn分別表示打第n個點時重物下落的高度和對應的瞬時速度，B正確；12343.某同學利用如圖8所示的實驗裝置“驗證機械能守恒定律”.(1)請指出該同學在實驗操作中存在的兩處錯誤：_________________________________________________________.123圖84

打點計時器應該接交流電源；開始時重物應該靠近打點計時器解析打點計時器不能使用直流電源，應使用交流電源.重物開始釋放時應靠近打點計時器，否則打不到點或打的點太少.(2)若所用交流電的頻率為f，該同學經正確操作得到如圖9所示的紙帶，把第一個點記作O，另選連續(xù)的3個點A、B、C作為測量的點，A、B、C各點到O的距離分別為s1、s2、s3，重物質量為m，重力加速度為g.根據以上數據知，從O點到B點，重物重力勢能的減少量等于_____，動能的增加量等于___________.(用所給的符號表示)123圖94mgs2解析重力勢能減少量ΔEp＝mgh＝mgs2.1234動能的增加量等于1234(3)重力勢能的減少量______(選填“大于”“等于”或“小于”)動能的增加量的原因是______________________________________.大于存在空氣阻力、紙帶與限位孔之間有摩擦解析由于存在空氣阻力且紙帶與限位孔間有摩擦，重力勢能的減少量大于動能的增加量.4.利用氣墊導軌“驗證機械能守恒定律”，實驗裝置示意圖如圖10所示.(1)實驗步驟：①將氣墊導軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1m，將導軌調至水平.123圖104②用游標卡尺測出擋光條的寬度l＝9.30mm.③由導軌標尺讀出兩光電門中心間的距離s＝_________________________________________cm.60.00(答案在59.96～60.04之間的，也正確)解析s＝80.30cm－20.30cm＝60.00cm.1234④將滑塊移至光電門1左側某處，待砝碼靜止時，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2.⑤從數字計時器(圖中未畫出)上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時間Δt1和Δt2.⑥用天平稱出滑塊和擋光條的總質量M，再稱出托盤和砝碼的總質量m.(2)用表示直接測量量的字母寫出下列物理量的表達式.①滑塊通過光電門1和光電門2時，瞬時速度分別為v1＝____和v2＝____.解析由于擋光條寬度很小，因此可以將擋光條通過光電門時的平均速度當成瞬時速度，12341234②當滑塊通過光電門1和光電門2時，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動能分別為Ek1＝_____________和Ek2＝_____________.1234解析當滑塊通過光電門1和光電門2時，1234③在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)重力勢能的減少量ΔEp＝____(重力加速度為g).mgs解析在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)重力勢能的減少量ΔEp＝mgs.1234(3)如果ΔEp＝____________________________，則可認為驗證了機械能守恒定律.1234則可認為驗證了機械能守恒定律.1.(2020·貴陽市高一下學期期末)某同學用圖1(a)所示的實驗裝置“驗證機械能守恒定律”，圖(b)是用“6V、50Hz”的打點計時器打出的一條紙帶，O點為重錘下落的起點，選取的計數點A、B、C、D到O點的距離在圖中已標出，重力加速度g取9.8m/s2，重錘的質量為1kg.(計算結果均保留兩位有效數字)課時對點練圖1123456(1)打點計時器打下B點時，重錘下落的速度vB＝____m/s，重錘的動能EkB＝__________________J.1.20.72(0.68～0.72均可)解析每兩個計數點之間有一個計時點，則相鄰兩個計數點之間的時間間隔為t＝0.04s，則123456(2)從起點O到打下B點過程中，重錘的重力勢能的減小量為______J.1234560.73解析重錘的重力勢能減小量：ΔEp＝mgh＝1×9.8×0.0740J≈0.73J(3)根據(1)、(2)計算，在誤差允許范圍內，從起點O到打下B點過程中，你得到的結論是____________________________.123456重錘下落過程中機械能守恒解析在誤差允許范圍內，由于重錘重力勢能減小量等于重錘動能的增加量，重錘下落的過程中機械能守恒；(4)圖2是根據某次實驗數據繪出的

－h(huán)圖像，圖線不過坐標原點的原因是___________________________.圖2123456開始打點時重錘有一定的速度圖線不過坐標原點的原因是開始打點時重錘有一定的速度.解析根據本實驗要求可知：安裝打點計時器時，紙帶的兩個限位孔必須處在同一豎直線上.2.某同學用如圖3甲所示的裝置“驗證機械能守恒定律”.(1)安裝打點計時器時，紙帶的兩個限位孔必須處在同一______線上.圖3123456豎直(2)接通電源，讓打點計時器正常工作后，松開_____.123456紙帶解析接通電源，讓打點計時器正常工作后，松開紙帶，讓紙帶和重物一起做自由落體運動.(3)將紙帶上打出的第一個點記為0，并在離0點較遠處依次選取幾個連續(xù)的點，分別記為1、2、3….量出各點與0點的距離h，算出各點對應的速度，分別記為v1至v6，數據如下表：123456代表符號v1v2v3v4v5v6數值(m/s)2.802.993.293.393.593.78表中有一數據有較大誤差，代表符號為___.v3解析根據Δv＝gΔt知，相鄰計數點間的Δv相等，所以v3數據誤差較大.(4)修正數據后，該同學計算出各點對應速度的平方值，并作出v2－h(huán)圖像，如圖乙所示，若得到的直線斜率為k，則可測出重力加速度g＝____.與真實值相比，測出的g值_____(選填“偏小”或“偏大”).123456偏小由于重物和紙帶下落過程中受到限位孔的阻力及空氣阻力的作用，速度測量值偏小，則測出的g值偏小.3.小剛同學用如圖4所示的實驗裝置“驗證機械能守恒定律”，他進行如下操作：①用天平測出小球的質量為0.50kg；②用游標卡尺測出小球的直徑為10.0mm；③電磁鐵先通電，讓小球吸在其下端；④用刻度尺測出小球球心到光電門的距離為82.05cm；⑤電磁鐵斷電時，小球自由下落；⑥在小球通過光電門時，計時裝置記下小球通過光電門所用的時間為2.50×10－3s，由此可算出小球通過光電門的速度.圖4123456(1)由以上測量數據可計算出小球重力勢能的減少量ΔEp＝_____J，小球動能的變化量ΔEk＝_____J.(g取9.8m/s2，結果均保留三位有效數字)4.024.00解析小球重力勢能減少量ΔEp＝mgh＝0.50×9.8×0.8205J≈4.02J；123456(2)從實驗結果中發(fā)現ΔEp________(選填“稍大于”“稍小于”或“等于”)ΔEk，試分析可能的原因：____________________.123456稍大于受到空氣阻力的影響解析從實驗結果中發(fā)現ΔEp稍大于ΔEk，原因是受到空氣阻力的影響.4.如圖5所示，某同學利用豎直上拋小球的頻閃照片“驗證機械能守恒定律”.頻閃儀每隔0.05s閃光一次，用毫米刻度尺測得相鄰兩個時刻小球上升的高度分別為h1＝26.3cm，h2＝23.68cm，h3＝21.16cm，h4＝18.66cm，h5＝16.04cm，該同學通過計算得到不同時刻的速度如下表所示(當地重力加速度g＝9.80m/s2，小球質量m＝0.10kg)：圖5123456時刻t2t3t4t5速度(m/s)

4.483.983.47(1)上面測量高度得到的五個數據中不符合有效數字讀數要求的是____段，應記作_______cm.123456時刻t2t3t4t5速度(m/s)

4.483.983.47h126.30解析從題中可得測量工具是毫米刻度尺，所以h1在有效數字讀數要求上有錯誤，應記作26.30cm.(2)由頻閃照片上的數據計算t2時刻小球的速度v2＝_____m/s.(計算結果保留三位有效數字)時刻t2t3t4t5速度(m/s)

4.483.983.475.00解析勻變速直線運動過程中，中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度，123456(3)從t2到t5時間內，重力勢能增量ΔEp＝______J，動能減少量ΔEk＝______J.(計算結果均保留三位有效數字)時刻t2t3t4t5速度(m/s)

4.483.983.470.6220.648解析從t2到t5時間內，重力勢能增加量為：ΔEp＝mg(h2＋h3＋h4)≈0.622J，123456(4)在誤差允許的范圍內，若ΔEp與ΔEk近似相等，從而驗證了機械能守恒定律.由上述計算所得ΔEp____ΔEk(選填“>”“<”或“＝”)，造成這種結果的主要原因是_____________________________________________.123456時刻t2t3t4t5速度(m/s)

4.483.983.47<

上升過程中有空氣阻力做負功(或受到空氣阻力)解析因上升過程中有空氣阻力做負功，故ΔEp<ΔEk.5.(2019·內蒙古赤峰高一期末)如圖6甲所示的裝置叫作“阿特伍德機”，它是早期英國數學家和物理學家阿特伍德制造的一種著名的力學實驗裝置，用來研究勻變速直線運動的規(guī)律.某同學對該裝置加以改進后用來驗證機械能守恒定律，如圖乙所示，已知重力加速度為g