高中物理人教版必修2课件第5章 3实验：研究平抛运动

高中物理人教版必修2课件第5章 3实验：研究平抛运动

3．实验：研究平抛运动 1．平抛运动在水平方向上的运动是__________运动，相等 的下落时间内物体在水平方向发生的位移_____，为 s水平＝____. 2．平抛运动在竖直方向上的运动是____________________ 运动，竖直分速度与时间的关系是 v竖直＝________. 匀速直线 相等 v0t 匀加速直线(或自由落体) gt 3．如图 5－3－1 所示，在研究平抛运动时，小球 A 沿轨道滑 下，离开轨道末端(末端水平)时，撞开轻质接触式开关 S，被电磁 铁吸住的小球 B 同时自由下落．改变整个装置的高度做同样的实 验，发现 A、B 两球总是同时落地．该实验的现象说明了 A 球离开轨道后( ) 图 5－3－1 A．水平方向的分运动是匀速直线运动 B．水平方向的分运动是匀加速直线运动 C．竖直方向的分运动是自由落体运动 D．竖直方向的分运动是匀速直线运动 C 同的，都是自由落体运动． 解析：下落时间相等，说明两个球的运动在竖直方向上是相 4．(双选)关于平抛运动，下列说法正确的是( ) A．平抛运动是匀速运动 BC B．平抛运动是匀变速曲线运动 C．平抛运动的落地时间由高度决定，与初速度无关 D．做平抛运动的物体落地时的速度方向一定是竖直向下的 B 正确；平抛运动的落地时间为 t＝ ，由高度决定，与初 速度无关，C 正确；平抛运动有水平方向的分速度，落地速度 不可能竖直向下，D 错误． 解析：平抛运动是加速度为 g 的匀变速曲线运动，A 错误、 5．(双选)物体在做平抛运动的过程中，在相等的时间内， )下列哪个量是相等的( A．速度的增量 C．位移 B．加速度 D．平均速率 解析：平抛运动的加速度为 g＝Δv t ，始终保持不变，即相 等的时间 t 内速度的增量Δv＝gt 相等，A、B正确；位移和平均 速率在相等的时间内都不相等，C、D 错误． AB 研究平抛运动 【实验目的】 (1)用实验的方法描出平抛运动的轨迹． (2)根据平抛运动的轨迹求其初速度． 【实验原理】 (1)用描迹法画出小球平抛运动的轨迹． (2)建立坐标系，测出轨迹上某点的坐标 x、y，根据 x＝v0t、 【实验器材】 斜槽、小球、方木板、铁架台、白纸、图钉、铅垂线、三 角板、铅笔及刻度尺． 【实验步骤】 (1)安装器材与调平：将斜槽放在水平桌面上，其末端伸出 桌面外，调节末端使其切线水平后固定．检查斜槽末端是否水 平的方法：将小球放在斜槽末端水平轨道的任意位置，小球都 不滚动，则可认为斜槽末端水平(也可将小球放在斜槽末端，轻 轻将其向两边各拨动一次，看其是否有明显的运动倾向)．精细 的检查方法是用水平仪调整． (2)用图钉把坐标纸钉在木板上，让木板竖直固定，其左上 方靠近槽口，用铅垂线检查坐标纸上的竖线是否竖直，整个实 验装置如图 5－3－2 所示．用铅垂线把木板校准到竖直方向， 使小球平抛的轨道平面与板面平行，保证在重复实验的过程中， 木板与斜槽的相对位置保持不变． 图 5－3－2 (3)建立直角坐标系 xOy：以小球做平抛运动的起点 O 为坐标 原点，从坐标原点 O 画出竖直向下的 y 轴和水平向右的 x 轴．确 定坐标原点 O 的方法是：把小球放在槽口末端处，用铅笔记下这 时小球的球心在坐标纸上的水平投影点 O，即为坐标原点(不是槽 口端点)． (4)确定小球位置：让小球由斜槽的某一固定位置自由滚下， 从 O 点开始做平抛运动．先用眼睛粗略估计小球在某一 x 值处(如 x＝1 cm 或 2 cm 等)的 y 值，然后用铅笔尖指着这个位置，让小球 从原释放处开始滚下，看是否与铅笔尖相碰，如此重复数次，较 准确地确定小球通过的这个位置，并在坐标纸上记下这一点． (5)依次改变 x 值，用与(4)同样的方法确定小球通过其他各 点的位置． (6)描点画轨迹：取下坐标纸，将(4)(5)中所描出的各点用平 滑曲线连接起来，这就画出了小球做平抛运动的轨迹曲线(所画 曲线可不通过个别偏差较大的点，但必须保持曲线平滑，不允 许出现凹陷处)．【注意事项】 (1)固定斜槽时，必须注意使通过斜槽末端点的切线保持水 平，以使小球离开斜槽后做平抛运动． (2)木板必须处在竖直平面内，与小球运动轨迹所在的竖直 平面平行，使小球的运动靠近图纸但不接触． (3)在斜槽上设定位卡板，使小球每次都从定位卡板所确定 的同一位置由静止开始滚下，以保证重复实验时，小球做平抛 运动的初速度相等．(4)应在斜槽上适当的高度处释放小球，使小球能以适当的 水平速度抛出，其运动轨迹由图板左上角到右下角，这样可以 充分利用坐标纸，减小测量误差．(5)由平抛运动方程求小球平抛的初速度时，应选取在平抛 运动轨迹上离坐标原点 O 较远的点的坐标数据来进行计算，这 样既便于测量又减小了误差． 【数据分析】 (1)判断平抛运动的轨迹是不是抛物线： 如图 5－3－3 所示，在 x 轴上作出几个等距离的点 A1、A2、 A3、…，把线段OA1 的长度记为l，则OA2＝2l，OA3＝3l，由A1、 A2、A3、…向下作垂线，与轨迹的交点记为M1、M2、M3、….若 轨迹是一条抛物线，则各点的 y 坐标和 x 坐标应该具有 y＝ax2 的形式(a 是待定常量)，用刻度尺测量某点的 x、y 两个坐标值， 代入y＝ax2 求出a.再测量其他几个点的x、y坐标值，代入y＝ax2， 若在误差范围内都满足这个关系式，则这条曲线是一条抛物线． 图 5－3－3 (2)求小球平抛的初速度 v0： ①在所描绘的轨迹曲线上选取 A、B、C、D、E、F 六个不 同的点，测出它们的坐标值． 中，求出小球做平抛运动②将各点坐标值代入 v0＝x 的初速度 v0. ③记录各点求得的初速度，最后算出初速度 v0 的平均值 v0，并做好记录． 【误差分析】 (1)安装斜槽时，其末端切线不水平，造成小球并非做平抛 运动，测量的数据不准确． (2)建立直角坐标系时，误以斜槽末端端口位置为坐标原点 (实际上应以末端端口上的小球球心位置为坐标原点)． (3)小球每次从槽上开始滚下的位置不相同，使得平抛的初 速度也不相同． 【例题】(1)在做“研究平抛运动”的实验时，让小球多次 沿同一轨道运动，通过描点法画出小球做平抛运动的轨迹．为 了能较准确地描绘运动轨迹，下面列出了一些操作要求，将你 认为正确的选项前面的字母填在横线上．_____________ A．通过调节使斜槽的末端保持水平 B．每次必须由静止释放小球 C．固定白纸的木板必须调节成竖直 D．每次释放小球的位置必须不同 E．将小球经过不同高度的位置记录在纸上，取下纸后，用 直尺将点连成折线 (2)某学生在做“研究平抛运动”的实验中，忘记记下小球 做平抛运动时的起点位置，O 为物体运动一段时间后的位置， 取为坐标原点，平抛的轨迹如图 5－3－4 所示，根据轨迹的坐 标求出物体做平抛运动的初速度 v0＝___________m/s.(取 g＝ 10 m/s2) 图 5－3－4 解析：(1)只有斜槽的末端保持水平，小球才具有水平初速 度，其运动才是平抛运动；每次由静止释放小球，是为了使小 球具有相同的初速度；木板应竖直，与小球轨迹所在的竖直平 面平行，故A、B、C 正确．D 中，每次释放小球的位置必须相 同，以保证小球具有相同的水平初速度；E 中，应找取小球的 中心位置，以减小实验误差，将描出的点用平滑曲线连接起来． (2)小球在竖直方向做自由落体运动，在任意连续的相等时 间内的位移差相等，即Δs＝at2；在水平方向上有 x＝v0t，联立 以上两式可求得初速度 v0. 答案：(1)ABC (2)1.0 【触类旁通】 1．在“研究平抛运动”的实验中，需要描绘物体平抛运动 的轨迹和求物体的平抛初速度．实验的简要步骤如下： A．让小球多次从________________滚下，记下小球穿过 卡片孔的一系列位置； 同一位置由静止 B．安装好器材，注意斜槽末端切线水平和平板竖直，记 下 ___________________________________________________ 的位置 O 点和过 O 点的竖直线； 小球在斜槽末端处时球心在坐标纸上的水平投影点 C．测出曲线上某点的坐标 x、y，用 v0＝______ 算出该小 球的平抛初速度，实验需要对多个点求 v0 的值，然后求它们的 平均值； D．取下白纸，以 O 为原点，以竖直线为轴建立坐标系， 用平滑曲线画平抛轨迹． 上述实验步骤的合理顺序是____________．BADC 2．在“研究平抛运动”的实验中，用一张印有小方格的纸 记录轨迹，小方格的边长 L＝1.6 cm，若小球在平抛运动途中的 几个位置如图 5－3－5 中的 a、b、c、d 所示，则小球的平抛初 速度的计算式为 v0＝________(用 L、g 表示)，其值是________， 小球在 b 点的速率为________．(取两位有效数字，g＝10 m/s2) 图 5－3－5