第3節(jié)　實驗：探究平拋運動的特點 教學課件

物理第五章拋體運動第3節(jié)實驗：探究平拋運動的特點01基礎儲備明確原理02熱點實驗典例解讀一、平拋運動1．拋體運動以一定的速度將物體拋出，在空氣阻力可以忽略的情況下，物體只受重力的作用，這時的運動叫作拋體運動．2．平拋運動(1)概念：如果拋體運動的初速度是沿水平方向的，物體所做的運動叫作平拋運動．(2)條件：物體具有水平方向的初速度且運動過程中只受到重力的作用．二、實驗方案方案一頻閃照相法為了研究平拋運動的特點，我們應該想辦法把運動物體的位置隨時間變化的信息記錄下來．比如，用頻閃照相的方法，記錄物體在不同時刻的位置．當然也可以用別的方法記錄信息，開展研究．右圖是用頻閃照相的方法記錄的做平拋運動的小球每隔相等的時間的位置圖．以左邊第一個小球的中心為原點，沿水平向右和豎直向下的方向建立直角坐標系，將各球中心點的橫坐標和縱坐標記錄在自己設計的表格中．方案二描繪平拋運動的軌跡1．探究平拋運動豎直分運動的特點在如圖甲所示的實驗中，用小錘擊打彈性金屬片后，A球沿水平方向拋出，做平拋運動；同時B球被釋放，自由下落，做自由落體運動．觀察兩球的運動軌跡，比較它們落地時間的先后．分別改變小球距地面的高度和小錘擊打的力度，多次重復這個實驗，記錄實驗現(xiàn)象．2．探究平拋運動水平分運動的特點在如圖乙所示的裝置中，斜槽末端水平．鋼球在斜槽中從某一高度滾下，從末端飛出后做平拋運動．在裝置中有一個水平放置的可上下調節(jié)的傾斜擋板，鋼球飛出后，落到擋板上．實驗前，先將一張白紙和復寫紙固定在裝置的背板上．鋼球落到傾斜的擋板上后，就會擠壓復寫紙，在白紙上留下印跡．上下調節(jié)擋板，通過多次實驗，在白紙上記錄鋼球所經(jīng)過的多個位置．最后，用平滑曲線把這些印跡連接起來，就得到鋼球做平拋運動的軌跡．根據(jù)步驟1得出的平拋運動在豎直方向分速度隨時間變化的規(guī)律，設法確定“相等的時間間隔”．再看相等的時間內(nèi)水平分運動的位移，進而確定水平分運動的規(guī)律．3．誤差分析(1)安裝斜槽時，其末端切線不水平，導致小球離開斜槽后不做平拋運動．(2)建立坐標系時，坐標原點的位置確定不準確，導致軌跡上各點的坐標不準確．(3)小球每次自由滾下時起始位置不完全相同，導致軌跡出現(xiàn)誤差．(4)確定小球運動的位置時不準確，會導致誤差．(5)量取軌跡上各點坐標時不準確，會導致誤差．4．注意事項(1)斜槽安裝：實驗中必須調整斜槽末端切線水平，將小球放在斜槽末端水平部分，若能使小球在平直軌道上的任意位置靜止，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白紙邊緣是否豎直．(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，而是小球出槽口時球心在木板上的投影點．熱點一實驗原理與操作

【例1】三個同學根據(jù)不同的實驗條件，進行了探究平拋運動規(guī)律的實驗：(1)甲同學采用如圖甲所示的裝置．用小錘擊打彈性金屬片，金屬片把A球沿水平方向彈出，同時B球被松開自由下落，觀察兩球的運動軌跡，比較它們落地時間的先后，分別改變小球距地面的高度和小錘打擊的力度，即改變A球被彈出時的速度，觀察到兩球每次都同時落地，這說明____________________________________________________________．(2)乙同學采用如圖乙所示的裝置．兩個相同的弧形軌道M、N，分別用于發(fā)射小鐵球P、Q，其中N的末端可看作與光滑的水平板相切，兩軌道上端分別裝有電磁鐵C、D；調節(jié)電磁鐵C、D的高度使AC＝BD，從而保證小鐵球P、Q在軌道出口處的水平初速度v0相等．現(xiàn)將小鐵球P、Q分別吸在電磁鐵C、D上，然后切斷電源，使兩小球能以相同的初速度v0同時分別從軌道M、N的末端射出．實驗可觀察到的現(xiàn)象應是______________．僅僅改變弧形軌道M的高度，重復上述實驗，仍能觀察到相同的現(xiàn)象，這說明_______________________________________．(3)丙同學采用頻閃攝影的方法拍攝到如圖丙所示的小球做平拋運動的照片，圖中每個小方格的邊長為L＝2.5cm，則由圖可求得拍攝時每________s曝光一次，該小球做平拋運動的初速度大小為________m/s.(g取10m/s2)

[解析]

(1)金屬片把A球沿水平方向彈出，同時B球被松開自由下落，兩球同時落地，改變A球被彈出時的速度，兩球仍然同時落地，知A球豎直方向上的運動規(guī)律與B球相同，即平拋運動的豎直分運動是自由落體運動．(2)兩小球能以相同的初速度v0同時分別從軌道M、N的末端射出．實驗可觀察到兩球將相碰，知P球水平方向上的運動規(guī)律與Q球相同，即做平拋運動的物體在水平方向上做勻速直線運動．[答案]

(1)平拋運動的豎直分運動是自由落體運動(2)兩球P、Q將相碰平拋運動的水平分運動是勻速直線運動(3)0.05

1.0[針對訓練1]

(多選)在探究平拋運動的規(guī)律時，可以選用下列各種裝置，以下操作合理的是(

)A．選用裝置1研究平拋物體豎直分運動，應該用眼睛看A、B兩球是否同時落地B．選用裝置2要獲得穩(wěn)定的細水柱所顯示的平拋軌跡，豎直管上端A一定要低于水面C．選用裝置3要獲得鋼球的平拋軌跡，每次不一定要從斜槽上同一位置由靜止釋放鋼球D．除上述裝置外，也能用數(shù)碼照相機拍攝鋼球做平拋運動時每秒15幀的錄像獲得平拋軌跡√√解析：選用裝置1時，應采用聽兩球落地時所發(fā)出的聲音是否重合來判定兩球是否同時落地，A錯誤；選用裝置2時，要求豎直管上端A低于水面的原因是豎直管上端A處壓強等于大氣壓，A處低于水面時可保持彎管兩端壓強差恒等于兩管上端之間水的壓強，否則會使水流速度隨著瓶內(nèi)水面的下降而減小，B正確；選用裝置3要獲得鋼球的平拋軌跡，要保證小球每次沿同一軌跡運動，就需保證小球每次做平拋運動的初速度相同，也就要求每次釋放小球的位置相同，C錯誤；用數(shù)碼照相機拍攝鋼球做平拋運動時，每幀照片記錄一個時刻的位置，故結合起來可得到小球的運動軌跡，D正確．熱點二實驗數(shù)據(jù)處理與誤差分析

【例2】(1)在“探究平拋運動的特點”實驗中，已備有下列器材：白紙、圖釘、薄木板、鉛筆、弧形斜槽、小球、刻度尺、鐵架臺，還需要下列器材中的________．A．秒表 B．天平C．重垂線 D．彈簧測力計(2)圖甲是“研究平拋物體的運動”的實驗裝置簡圖，在該實驗中，應采取下列哪些措施減小實驗誤差________．

A．斜槽軌道末端必須水平B．斜槽軌道必須光滑C．每次實驗要平衡摩擦力D．小球每次都從斜槽上同一高度由靜止釋放(3)圖乙是實驗取得的正確數(shù)據(jù)，其中O為拋出點，則此小球做平拋運動的初速度為________m/s.(4)在另一次實驗中，將白紙換成方格紙，每個格的邊長L＝5cm.通過實驗，記錄了小球在運動途中的三個位置，如圖丙所示，則該小球做平拋運動的初速度為________

m/s，經(jīng)過B點時的速度為________m/s，拋出點的坐標為________(用L表示)．(此問g取10m/s2)[解析]

(1)除所給器材外，還需要重垂線來確定y軸．由于實驗不需要測量小球的質量、受力以及運動的時間，所以不需要天平、彈簧測力計、秒表，故選C.(2)為了保證小球離開斜槽軌道后做平拋運動，需調節(jié)使斜槽軌道的末端水平，故A正確；為了保證小球每次平拋的初速度大小相等，應使小球每次均從斜槽的同一位置由靜止開始下滑，斜槽不需要光滑，故B錯誤，D正確；本實驗中不需要平衡摩擦力，故C錯誤．[針對訓練2]用頻閃照相技術拍下的兩小球運動的頻閃照片如圖所示，拍攝時，光源的頻閃頻率為10Hz，a球從A點水平拋出的同時，b球自B點開始下落，背景的小方格為相同的正方形．重力加速度g取10m/s2，不計阻力．(1)根據(jù)照片顯示的信息，下列說法中正確的是________；A．只能確定b球的運動是自由落體運動B．不能確定a球沿豎直方向的運動是自由落體運動C．只能斷定a球的運動是水平方向的勻速直線運動D．可以確定a球沿水平方向的運動是勻速直線運動，在豎直方向做自由落體運動(2)根據(jù)照片信息可求出a球的水平速度大小為________m/s；當a球與b球運動了________s時它們之間的距離最小．解析：(1)因為相鄰兩照片間的時間間隔相等，水平位移相等，知a球在水平方向上做勻速直線運動，豎直方向上的運動規(guī)律與b球運動規(guī)律相同，知豎直方向上a球做自由落體運動，故D正確，A、B、C錯誤．答案：(1)D

(2)1

0.2熱點三實驗拓展創(chuàng)新

【例3】如圖，研究平拋運動規(guī)律的實驗裝置放置在水平桌面上，利用光電門傳感器和碰撞傳感器可測得小球的水平初速度和飛行時間，底板上的標尺可以測得水平位移．保持水平槽口距底板高度h＝0.420m不變．改變小球在斜槽導軌上下滑的起始位置，測出小球做平拋運動的初速度v0、飛行時間t和水平位移d，記錄在表中．(1)由表中數(shù)據(jù)可知，在h一定時，小球水平位移d與其初速度v0成________關系，與________無關．v0(m/s)0.7411.0341.3181.584t(ms)292.7293.0292.8292.9d(cm)21.730.338.646.4(3)飛行時間的測量值與理論值有偏差，且初速度越大差值越小的原因是：光電門傳感器位于水平槽口的內(nèi)側，傳感器的中心距離水平槽口還有一段很小的距離．[答案]

(1)正比t

(2)g取值10m/s2(3)光電門傳感器位于水平槽口的內(nèi)側，傳感器的中心距離水平槽口還有一段很小的距離[針對訓練3]某同學設計了一個探究平拋運動的家庭實驗裝置，如圖1所示，在水平桌面上放置一個斜面，每次都讓鋼球從斜面上的同一位置滾下，滾過桌邊后鋼球便做平拋運動．在鋼球拋出后經(jīng)過的地方水平放置一塊木板(還有一個用來調節(jié)木板高度的支架，圖中未畫)，木板上放一張白紙，白紙上有復寫紙，這樣便能記錄鋼球在白紙上的落點，進而可以測出平拋的水平距離．(1)為了方便測出鋼球做平拋運動的水平距離，需要在桌子邊緣加上某一器材，請寫出該器材名稱____________．(2)已知平拋運動在豎直方向上的運動規(guī)律與自由落體運動相同，在此前提下，利用下面的方法就可以探究鋼球水平分速度的特點，請把步驟③補充完整．①調節(jié)木板高度，使木板上表面與桌面的距離為某一確定值y，如圖2所示．讓小球從斜面上某一位置A無初速度釋放，測出水平距離x1；②調節(jié)木板的高度，使木板上表面與桌面的距離為某一確定值4y，讓小球從斜面上同一位置A無初