2019届二轮复习　实验：研究平抛运动课件（32张）

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　实验：研究平抛运动 [ 考纲下载 ] 1. 学会用实验的方法描绘平抛运动的轨迹 . 2 . 会判断平抛运动的轨迹是不是抛物线 . 3 . 会根据平抛运动的轨迹计算平抛运动的初速度 . 一、描绘平抛运动的轨迹 1. 实验原理 用 法 得到物体做平抛运动的轨迹 . 2. 实验器材 ( 以斜槽轨道实验为例 ) 斜槽、小球 、 、 图钉 、 、 铅垂线、铅笔、坐标纸、铁架台 . 描迹 方木板 刻度尺 3. 实验步骤 (1) 按图 1 甲所示安装实验装置，使斜槽末端水平 ( 小球在斜槽末端点恰好静止 ). (2) 固定木板上的坐标纸，使木板 保持竖直状态，小球的运动轨迹与板面平行 ，坐标纸方格横线呈 水平方向 . (3) 以斜槽水平末端端口上小球球心 在木板 上的投影点为坐标原点 O ，过 O 点画出竖直的 y 轴和水平的 x 轴 . 图 1 (4) 使小球从斜槽 上 位置 由静止滚下，把笔尖放在小球可能经过的位置上，如果小球运动中碰到笔尖，就用铅笔在该位置画上一点 . 用同样方法，在小球运动路线上描下若干点 . (5) 将坐标纸从木板上取下，从 O 点开始通过画出的若干点描出一 条 ___ _ _ 的 曲线，如图乙所示 . 4. 注意事项 ( 1) 实验中必须调整斜槽末端的 切线 ( 将小球放在斜槽末端水平部分，若小球静止，则斜槽末端水平 ). 同一 平滑 水平 (2) 方木板必须 处于 平面 内，固定时要用铅垂线检查坐标纸竖线 是否 . (3) 小球每次必须从斜槽 上 位置 由静止释放 . (4) 坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时球心在木板上的投影点 . (5) 小球开始滚下的位置高度要适中，以使小球做平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜 . 竖直 同一 竖直 二、数据处理 1. 判断平抛运动的轨迹是不是抛物线 方法一　公式法 (1) 原理：若平抛运动的轨迹是抛物线，则当以抛出点为坐标原点，建立直角坐标系后，轨迹上各点的坐标应具有 y ＝ 的 关系，而且同一轨迹 a 是一个确定的值 . (2) 验证方法 用刻度尺测量几个点的 x 、 y 两个坐标，分别代入 y ＝ ax 2 中求出常量 a ，看计算得到的 a 值在误差允许的范围内是否是一个常数 . ax 2 方法二　图像法 建立 y － x 2 坐标系，根据所测量的各个点的 x 、 y 坐标值分别计算出对应的 y 值和 x 2 值，在 y － x 2 坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，并求出该直线的斜率即为 a 值 . 2. 计算初速度 在小球平抛运动轨迹上任取一点，用刻度尺测出它的坐标 ( x ， y ) ， 利用 公式 y ＝ _____ 和 x ＝ ， 求出小球做平抛运动的初速度 v 0 ( g 已知 ) ，多求几个点然后求出 v 0 的平均值 . v 0 t 题型演练 例 1 　在 “ 研究平抛物体的运动 ” 的实验中： (1) 为使小球水平抛出，必须调整斜槽，使其末端的切线沿水平方向，检查方法是 __________________________________________. 一、平抛运动实验的原理与实验操作 答案 将小球放置在槽口处轨道上，小球能保持静止 解析 　 斜 槽末端水平时，小球在斜槽末端处于平衡状态，放在槽口能静止不动 . 解析 (2) 小球抛出点的位置必须及时记录在白纸上，然后从这一点画水平线和竖直线作为 x 轴和 y 轴，竖直线是用 ________ 来确定的 . 铅垂线 解析 　 用铅垂线来确定竖直线最准确 . (3) 某同学建立的直角坐标系如图 2 所示，设他在安装实验装置和其他操作时准确无误，只有一处失误，即是 _________________________________ ___________________. 答案 坐标 原点应该是小球在槽口时球心 在 白纸 上的水平投影点 图 2 解析 　 描绘小球的运动轨迹的起始位置时应描绘球心的位置，因此坐标原点应在平抛起点的球心位置，即坐标原点应该是小球在槽口时球心在白纸上的水平投影点 . 解析 (4) 该同学在轨迹上任取一点 M ，测得坐标为 ( x ， y ) ，则初速度的测量值 为 ________ ，测量值比真实值要 ______( 选填 “ 偏大 ”“ 偏小 ” 或 “ 不变 ” ). 答案 偏大 解析 计算平抛运动的初速度可以分为两种 情况 (1) 平抛轨迹完整 ( 即含有抛出点 ) 在轨迹上任取一点，测出该点离坐标原点的水平位移 x 及竖直位移 y ，就可求出初速度 v 0 . 二、计算平抛运动的初速度 (2) 平抛轨迹残缺 ( 即无抛出点 ) 在轨迹上任取三点 A 、 B 、 C ( 如图 3 所示 ) ，使 A 、 B 间及 B 、 C 间的水平距离相等，由平抛运动的规律可知 A 、 B 间与 B 、 C 间所用时间相等，设为 t ， 则 Δ h ＝ h BC － h AB ＝ gt 2 图 3 例 2 　某同学在做 “ 研究平抛运动 ” 实验时得到了如图 4 所示的运动轨迹， a 、 b 、 c 三点的位置在运动轨迹上已标出，则 ： (1) 小球平抛的初速度为 ____ m/s .( g 取 10 m/s 2 ) 答案 解析 　 由平抛运动公式，在 x 轴方向上 x ab ＝ v 0 T ，在竖直方向上 h bc － h ab ＝ gT 2 ，代入数据解得 T ＝ 0.1 s ， v 0 ＝ 2 m/s. 图 4 2 解析 (2) 小球运动到 b 点时速度大小 v b ＝ ________ ，方向 ___________________. 答案 2.5 m/s 解析 与 x 轴方向夹角为 37° (3) 小球抛出点的位置坐标 x ＝ ______ cm ， y ＝ _______ cm. － 10 － 1.25 答案 解析 根据平抛运动轨迹测定初速度时，不要随便把题目所提供的第一个记录点当成平抛运动的抛出点 . 可利用自由落体运动在竖直方向上连续相同时间内下落高度之比为 1 ∶ 3 ∶ 5 … 的关系来判断第一个记录点是否为抛出点，若不是，只能由 Δ h ＝ gT 2 求出时间间隔 . 易错警示 例 3 　某同学设计了一个研究平抛运动的实验 . 实验装置示意图如图 5 甲所示， A 是一块平面木板，在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽 ( 图中 P 0 P 0 ′ 、 P 1 P 1 ′ 、 … ) ，槽间距离均为 d . 把覆盖复写纸的白纸铺贴在平面硬板 B 上 . 实验时依次将 B 板插入 A 板 的各插槽中 ， 每次 让小球从 斜轨道 的同一位置 由 静止 释放 . 每打完一点后，把 B 板 插 入 后 一槽 中并同时向纸面内侧 平移 距离 d . 实验 得到小球在白纸上 打下 的若干痕迹 点，如图乙所示 . 三、创新实验设计 图 5 (1) 实验前应对实验装置反复调节，直到 ________. 每次让小球从同一位置由静止释放，是为了 ____________________________________ __ _. 答案 解析 答案 　 见解析 解析 　 本实验把小球通过的水平相等位移 ( 即槽间 距离 d ) ，巧妙转化为题图中 x 轴上通过相同的位移 ( 即向 纸内 侧 平移距离 d ) ，而竖直方向确定的落点为竖直位置， 因 而 可画出平抛运动的轨迹 . 根据 实验设计方案，实验前应对实验装置进行调节 ， 使斜 轨道末端切线水平，以保证小球飞出时的速度 沿 水平方向 ，小球做平抛运动 . 每次让小球从同一位置 由 静止释放的目的是使小球每次做平抛运动的初速度相 同，轨迹相同 . (2) 每次将 B 板向内侧平移距离 d ，是为了 ________________________. 答案 解析 答案 　 见解析 解析 　 每次将 B 板向内侧平移距离 d 是为了保持记录纸上每两点之间的水平距离相同 . (3) 在图乙中绘出小球做平抛运动的轨迹 . 答案 解析 答案 　 见解析 解析 　 如图所示 ( 注意要用平滑的曲线连接 ). 1. 本实验中，把小球的平抛运动的轨迹由纸面内转换到垂直纸面的平面内 . 2. B 板每向右平移距离 d ，同时向纸面内侧平移距离 d ，使转换具有等效性 . 创新点评 达标检测 1. ( 实验操作 ) ( 多选 ) 在做 “ 研究平抛运动 ” 的实验时，下列说法正确的是 A. 安装斜槽和木板时，一定要注意木板是否竖直 B. 安装斜槽和木板时，只需注意小球不和木板发生摩擦 C. 每次实验都要把小球从同一位置由静止释放 D. 实验的目的是描绘出小球的运动轨迹，分析平抛运动的规律 √ 解析 　 安装斜槽和木板时，必须使斜槽末端切线水平，使木板竖直，以确保小球水平飞出和正确画出小球的运动轨迹， A 正确， B 错误； 小球每次从斜槽上的同一位置由静止开始滚下，可保证小球初速度不变， C 正确； 由实验目的可知， D 正确 . √ √ 答案 解析 1 2 3 2. ( 实验方案设计 ) ( 多选 ) 在探究平抛运动的规律时，可以选用如图 6 所示的各种装置图，则以下操作合理的 是 A. 选用装置图甲研究平抛物体的 竖直 分 运动时，应该用眼睛看 A 、 B 两 球 是否 同时落地 B. 选用装置图乙并要获得稳定的细 水柱 显示 出平抛运动的轨迹，竖直管上端 A 一定要低于水面 C. 选用装置图丙并要获得钢球做平抛运动的轨迹，每次不一定从斜槽上同 一 位置 由静止释放钢球 D. 除上述装置外，还可以用数码照相机每秒拍摄 15 帧钢球做平抛运动的 照片 以 获得平抛运动的 轨迹 √ 答案 解析 图 6 √ 1 2 3 解析 　 小球下落的速度很快，运动时间很短，用眼睛看很难准确判断出小球落地的先后顺序，应听声音，选项 A 错误 ； 竖直 管的上端 A 应低于水面，这是因为竖直管与空气相通， A 处的压强始终等于大气压强，不受瓶内水面高低的影响，因此可以得到稳定的细水柱，选项 B 正确 ； 只有 每次从同一位置由静止释放钢球，钢球做平抛运动的初速度才相同，选项 C 错误 ； 获得 钢球做平抛运动时每秒 15 帧的照片就等同于做平抛运动实验时在方格纸上描点的方法，同样可以获得平抛运动的轨迹，选项 D 正确 . 1 2 3 3. ( 实验操作及速度的计算 ) 如图 7 所示，在 “ 研究平抛运动 ” 的实验中，可以描绘出小球平抛运动的轨迹，实验简要步骤如下： A. 让小球多次从 __________ _ __ 释放，在一张印有小方 格的纸上记下小球经过的一系列位置，如图中 a 、 b 、 c 、 d 所示 . B. 安装好器材，注意 _____________ _ ___ ，记下平抛初 位置 O 点和过 O 点的水平线与竖直线 . C. 取下方格纸，以 O 为原点，以水平线为 x 轴，竖直线为 y 轴建立直角坐标系，用平滑曲线画出小球做平抛运动的轨迹 . (1) 完成上述步骤，将正确的答案填在横线上 . 答案 图 7 同一位置静止 斜槽末端切线水平 解析 1 2 3 解析 　 这种 方法，需让小球重复同一个平抛运动多次，才能记录出小球的一系列位置，故必须让小球每次由同一位置静止释放 . 斜槽末端切线水平，小球才会做平抛运动 . 1 2 3 (2) 上述实验步骤的合理顺序是 ______. (3) 已知图中小方格的边长 L ＝ 1.25 cm ，则小球平抛的初速度为 v 0 ＝ ______( 用 L 、 g 表示 ) ，其值是 ________.( 取 g ＝ 9.8 m/s 2 ) BAC 0.7 m/s 答案 解析 1 2 3 (4) b 点的速度 v b ＝ _____.( 用 L 、 g 表示 ) 答案 解析 1 2 3