高中物理（情景切入+課前導讀+問題探究+知能演練）第5章 第3節(jié) 實驗 研究平拋運動課件 新人教版必修2

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1、第三節(jié)實驗：研究平拋運動第三節(jié)實驗：研究平拋運動1945年7月16日的早上，世界上第一枚原子彈在美國新墨西哥州的沙漠里爆炸，40 s后，爆炸沖擊波傳到基地這時，費米把預(yù)先從筆記本上撕下來的碎紙片舉過頭頂撒下，碎紙片飄落到他身后2 m處，經(jīng)過計算，費米宣稱那枚原子彈的威力相當于1萬噸TNT炸藥！1能描出平拋運動的軌跡2會判斷平拋運動軌跡是拋物線3會計算平拋物體的初速度課前預(yù)習一、判斷平拋運動的軌跡是不是拋物線1平拋運動的軌跡是一條_，由于豎直方向只受_作用，它的縱坐標的變化規(guī)律與_的規(guī)律一樣2要探究做平拋運動的物體在水平方向的運動特點，需要測量幾段相等的時間內(nèi)物體在水平方向上的_，看這些_是否相

2、等，因此要在實驗中設(shè)法得到平拋運動的軌跡；在平拋運動軌跡上找到每隔相等時間物體能到達的_；測量兩相鄰位置間的_，分析這些位移的特點曲線重力自由落體位移位移位置位移二、計算平拋物體的初速度根據(jù)平拋物體的_可以計算物體的初速度平拋運動可看做水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動的合成，即x_，y .對運動的軌跡，建立坐標系，測量出x、y，再利用公式 v0 ，求出平拋物體的初速度運動軌跡v0tgt212_xt_2gxy_怎樣描繪平拋運動的軌跡1描跡法描繪平拋運動的軌跡(1)實驗設(shè)計利用實驗室的斜面小槽等器材裝配圖所示的裝置鋼球從斜槽上滾下，通過水平槽飛出后做平拋運動每次都使鋼球從斜槽上同一位

3、置由靜止釋放，鋼球每次在空中做平拋運動的軌跡就相同設(shè)法用鉛筆描出小球經(jīng)過的位置通過多次實驗，在豎直白紙上記錄鋼球所經(jīng)過的多個位置，用平滑的曲線將各點連起來，從而得到鋼球做平拋運動的軌跡這樣我們就可以利用運動軌跡研究平拋運動的性質(zhì)確定平拋運動中的各個物理量(2)實驗器材末端水平的斜槽、木板、坐標紙、圖釘、小球、刻度尺、重垂線、鉛筆等(3)實驗步驟安裝調(diào)整斜槽：將固定有斜槽的木板放在實驗桌上，用平衡法檢查木板是否水平，即將小球放在斜槽末端直軌道上，小球若能靜止在直軌道上的任意位置，則表明斜槽末端已調(diào)水平安裝調(diào)整豎直平板：用圖釘把坐標紙釘在豎直木板上，并用懸掛在槽口的重垂線檢查坐標紙上的豎直線是否豎

4、直，然后固定豎直木板，使在重復(fù)實驗的過程中，木板與斜槽的相對位置保持不變確定坐標原點及坐標軸：選定斜槽末端處小球球心所在的點為坐標原點O，從坐標原點O畫出豎直向下的y軸和水平向右的x軸描繪運動軌跡：讓小球在斜槽的某一固定位置由靜止?jié)L下，并從O點開始做平拋運動，先用眼睛粗略地確定小球在某一x值處(如x1 cm)的y值然后使小球從開始時的位置滾下，在粗略確定的位置附近，用鉛筆較準確地確定小球通過的位置(小球剛好經(jīng)過鉛筆尖處)，并在坐標紙上記下這一點，以后依次改變x的值，用同樣的方法確定其他各點的位置取下坐標紙用平滑的曲線把這些點連接起來，就得到小球做平拋運動的軌跡(4)實驗注意事項：固定斜槽時，要

5、保證斜槽末端的切線水平，保證小球的初速度水平固定木板時，木板必須處在豎直平面內(nèi)且與小球運動軌跡所在的豎直平面平行，保證小球在運動中靠近木板但不接觸小球每次從槽中的同一位置由靜止釋放要在斜軌上適當高度釋放小球，使它以適當?shù)乃匠跛俣葤伋?，其軌跡由木板左上角到達右下角，這樣可以減小測量誤差計算小球的初速度時，應(yīng)選距拋出點稍遠一些的點為宜，以便于測量和計算2用細水柱顯示平拋運動的軌跡如圖甲所示，倒置的飲料瓶內(nèi)裝著水，瓶塞內(nèi)插著兩根兩端開口的細管，其中一根彎成水平，且水平端加接一根更細的硬管作為噴嘴3用頻閃照相拍攝平拋運動的軌跡現(xiàn)代影像技術(shù)的發(fā)展為我們研究平拋運動的軌跡提供了方便若能拍攝到物體做平拋運

6、動的幾張照片如圖乙所示，就能描繪出平拋運動的軌跡了用數(shù)碼相機的攝像功能或用數(shù)碼攝像機都能實現(xiàn)，有條件的學校也可用頻閃照相的方法來實現(xiàn)名師提示：以上三種方法可命為：描點法、描影法、攝影法共同點是記錄一些特殊點，再用平滑曲線描出軌跡水從噴嘴中射出，在空中形成彎曲的細水柱，它顯示了平拋運動的軌跡，可在裝置一側(cè)豎直放置一玻璃板，將平拋運動的軌跡描在玻璃板上，或用相機拍攝下來嘗試應(yīng)用1在做“探究平拋運動”的實驗時，將小球多次從同一高度釋放沿同一軌道運動，通過描點法畫小球平拋運動的軌跡為了能較準確地描繪運動軌跡，下面列出了一些操作要求，將你認為正確的選項前面的字母填在橫線上：_.A調(diào)節(jié)斜槽的末端保持水平B

7、每次釋放小球的位置必須不同C每次必須由靜止釋放小球D記錄小球位置用的木條(或凹槽)每次必須嚴格地等距離下降E小球運動時不應(yīng)與木板上的白紙(或方格紙)相接觸F將球的位置記錄在紙上后，取下紙，用直尺將點連成折線解析：物理實驗的具體操作方式并不是一成不變的，根據(jù)實驗原理和要達到的目的，再結(jié)合現(xiàn)有的實驗條件，靈活地、創(chuàng)造性地設(shè)計實驗方案、操作要求和操作規(guī)范是學習者應(yīng)具備的素質(zhì)實驗操作的要求是根據(jù)實驗原理和要達到的精度而設(shè)置的，要確定每一個操作是否正確，必須從實驗原理入手思考例如，研究平拋物體的運動，實驗操作必須保證小球做平拋運動；要描繪平拋物體的運動軌跡，必須是同一個運動過程物體經(jīng)過的位置的連線，因此

8、每次釋放小球必須在同一高度，以保證每一次平拋運動的軌跡重合答案：ACE如何判斷平拋運動的軌跡是不是拋物線？方法一：代數(shù)運算法(1)以拋出點O為坐標原點，重垂線方向為y軸，水平方向為x軸，建立平面直角坐標系(2)如圖所示，在x軸上作出等距離的幾個點A1、A2、A3，把線段OA1的長度記為L，那么OA22L，OA33L，由A1、A2、A3向下作垂線，與軌跡的交點記為M1、M2、M3.(3)設(shè)軌跡就是一條拋物線，則M1、M2、M3各點的y坐標與x坐標應(yīng)該具有的形式為yax2，a是常量(4)用刻度尺測量某點的x、y兩個坐標，代入yax2中，求出常量a.(5)測量其他幾個點的x、y坐標，代入上式，看是否

9、滿足，如果在誤差允許的范圍內(nèi)滿足，就說明該曲線為拋物線方法二：圖象法建立yx2坐標系，根據(jù)所測量的各個點的x、y坐標值分別計算出對應(yīng)的y值和x2的值，在yx2坐標系中描點，連接各描點看是否在一條直線上，并求出該直線的斜率即為a值名師提示：其實在建立坐標系后，完全可以在軌跡上任取幾個點M1、M2、M3，找出它們對應(yīng)的x坐標和y坐標，看是否滿足yax2的形式嘗試應(yīng)用2對于平拋運動的軌跡，其驗證方法有多種，請根據(jù)自己所學數(shù)學和物理知識，找出一個較簡單的驗證方法解析：(1)如圖所示，在平拋運動軌跡的豎直坐標軸(y軸)上，從原點O開始向下取一個坐標為h的點，再找到坐標為4h、9h、16h的點，則在物體運

10、動的過程中，縱坐標從其中一個位置運動到下一位置所用時間都是相等的(2)過這些點作水平線與軌跡分別交于A、B、C點，則這些點就是每經(jīng)過相等時間所到達的位置(3)測量O點到A、B、C各點的水平距離，如果在誤差允許的范圍內(nèi)，xOAL，xOB2L，xOC3L則說明滿足關(guān)系yax2，該曲線是拋物線怎樣計算平拋運動的初速度？1已知軌跡和初拋點以初拋點為坐標原點，水平方向為x軸，豎直向下為y軸，建立平面直角坐標系(1)在軌跡曲線上任取幾點(如A、B、C、D)(2)用刻度尺和三角板分別測出它們的坐標x和y.(3)據(jù)平拋運動水平方向是勻速直線運動(xv0t)及豎直方向是自由落體運動(y gt2)，分別計算小球的

11、初速度v0，最后計算小球的初速度v0的平均值122已知軌跡和豎直軸(或水平軸)，不知拋出點(1)在軌跡曲線上取三點A、B、C，使xABxBCx，如右上圖所示.BCABgyy(2)用刻度尺分別測出yA、yB、yC，則有yAByByA，yBCyCyB.(3)根據(jù)平拋運動在水平方向上為勻速直線運動，則物體從A到B和從B到C運動時間相等，設(shè)為T；豎直方向由勻變速直線運動推論有：yBCyABgT2，且v0Tx.由以上兩式得：v0 x嘗試應(yīng)用3在研究平拋運動的實驗中，用一張印有小方格的紙記錄軌跡，小方格的邊長L1.25 cm，若小球在平拋運動途中的幾個位置如圖中a、b、c、d所示，則小球平拋的初速度的計算

12、式為v0_(用L、g表示)，其值是_解析：平拋運動的豎直分運動是自由落體運動，水平分運動是勻速直線運動，由水平方向ab、bc、cd的距離相等知相鄰兩點的時間間隔相等，設(shè)為T，豎直方向相鄰兩點間位移之差相等，yL，則ygt2，得：LGt2時間T內(nèi)，水平位移為x=2L知對實驗裝置和實驗原理的考查 在探究平拋運動的規(guī)律時，可以選用如下圖所示的各種裝置圖，則以下操作合理的是()A選用裝置圖甲研究平拋物體的豎直分運動時，應(yīng)該用眼睛看A、B兩球是否同時落地B選用裝置圖乙并要獲得穩(wěn)定的細水柱顯示出平拋運動的軌跡，豎直管上端A一定要低于水面C選用裝置圖丙并要獲得鋼球做平拋運動的軌跡，每次不一定要從斜槽上同一位

13、置由靜止釋放鋼球D除上述裝置外，還可以用數(shù)碼照相機拍攝鋼球做平拋運動時每秒15幀的錄像以獲得平拋運動的軌跡解析：小球下落的速度很快，運動時間很短，用眼睛很難準確判斷出小球落地的先后順序，應(yīng)聽聲音，選項A不合理；豎直管的上端A應(yīng)低于水面，這是因為豎直管與空氣相通，A處的壓強始終等于大氣壓，不受瓶內(nèi)水面高低的影響，因此可以得到穩(wěn)定的細水柱，選項B正確；只有每次從同一高度釋放鋼球，鋼球做平拋運動的初速度才相同，選項C錯誤；獲得了每秒15幀的錄像就等同于做平拋運動實驗時描方格圖的方法，同樣可以探究平拋運動的規(guī)律選項D正確答案：BD名師歸納：研究平拋運動的實驗原理是：把平拋運動看做是水平方向的勻速直線運

14、動和豎直方向的自由落體運動的合運動高考中常常通過變通實驗裝置、變通操作方法等達到驗證實驗的目的，考查同學們利用課本知識解決實際問題的能力 變式應(yīng)用1在做“研究平拋物體的運動”實驗時，下列說法正確的是()A安裝有斜槽的木板時，一定要注意檢查斜槽末端切線是否水平B安裝有斜槽的木板時，只要注意小球不與木板發(fā)生摩擦即可C每次實驗都要把小球從同一位置由靜止釋放D實驗的目的是描出小球的運動軌跡，分析平拋運動水平分運動的規(guī)律AD由軌跡求解初速度 右圖甲所示為平拋運動實驗中得到的物體運動軌跡的一部分，A、B、C三個點位于軌跡上，所用坐標紙每小格對應(yīng)的邊長是5 cm.試由軌跡求初速度v0(g取10 m/s2)解

15、析：解法一：從AB和從BC水平位移值相等，兩段時間相等，令其為T.又AB、BC豎直位移之比是3：5，可推知拋出點為上圖乙中的O點設(shè)每個方格的邊長為l，對OC的運動有答案：1.5 m/s名師歸納：解此類型題時最容易犯的錯誤就是將圖甲中的A點當做是坐標原點(即拋出點)，從而導致全局錯誤，認清這個誤區(qū)，解此類題起手就要著重找拋出點利用從AB，從BC時間相等，豎直位移之比是3 ：5，順理成章找到O為拋出點，問題便迫刃而解但如果沒有本題豎直位移35之類的巧合，尋找拋出點便有困難，因此就要另辟蹊徑“解法二”就是充分利用豎直分運動為勻變速運動的特點，從公式saT2出發(fā)解出本題兩者相比較，“解法一”更接近從學

16、生實驗累積的知識基礎(chǔ)；但“解法二”更具有普遍性，應(yīng)重點掌握 變式應(yīng)用2某同學在做研究平拋運動的實驗時，忘記記下斜槽末端位置，圖中的A點為小球運動一段時間后的位置，他便以A點作為原點建立直角坐標系，得到如圖所示的圖象試根據(jù)圖象求出小球做平拋運動的初速度(g取10 m/s2)解析：從題圖所示的圖像中可以看出小球在A、B、C、D位置間的水平距離都是0.20 m，由于小球在水平方向做勻速直線運動，于是可知小球由A運動到B，以及由B運動到C，由C運動到D所用的時間是相等的，設(shè)該時間為t.又由于小球在豎直方向做自由落體運動，加速度等于重力加速度g，根據(jù)勻變速直線運動的特點ygt2，得答案：2.0 m/s基

17、礎(chǔ)練1關(guān)于“研究平拋物體的運動”實驗中，下列說法正確的是()A實驗?zāi)康闹皇菧y量當?shù)刂亓铀俣菳小球運動時，應(yīng)與木板上的白紙相接觸C把小球位置記錄在紙上后，應(yīng)用平滑曲線連接D在紙上記錄小球的第一個位置，應(yīng)盡量靠近坐標原點C2安裝實驗裝置的過程中，斜槽末端的切線必須是水平的，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B3數(shù)碼照相機大多具有攝像功能，每秒鐘大約能拍攝15幀一同學用它拍攝小球從水平面上飛出后做平拋運動的幾張連續(xù)照片，下列處理方法中正確的是()A只要測出相鄰兩照片上小球的距離

18、，就能判斷平拋運動的特點B只要測出相鄰兩照片上小球的水平距離，就能判斷平拋運動在水平方向上的運動特點C只要測出相鄰兩照片上小球的豎直距離，就能判斷平拋運動在水平方向上的運動特點D只要測出相鄰兩照片上小球的豎直距離，就能判斷平拋運動在豎直方向上的運動特點BD4.在研究平拋運動的實驗中，某同學只記錄了小球運動途中的A、B、C三點的位置，取A點為坐標原點，則各點的位置坐標如圖所示，g取10 m/s2，下列說法正確的是()A小球拋出點的位置坐標是(0,0)B小球拋出點的位置坐標是(10，5)C小球平拋的初速度為2 m/sD小球平拋的初速度為1 m/sBD5在研究平拋物體運動的實驗中，用一張印有小方格的

19、紙記錄軌道，小方格的邊長為l1.25 cm，若小球在平拋運動過程中的幾個位置如圖中的a、b、c、d所示，則小球平拋的初速度v0的數(shù)值為_，(g取 9.8 m/s2)在下圖中找出小球的拋出點，畫出小球的運動軌跡和以拋出點為坐標原點的x、y坐標軸拋出點O在a點左側(cè)_處，a點上方_處(用l表示)6某同學在“研究平拋運動”的實驗中，在已經(jīng)判定平拋運動在豎直方向為自由落體運動后，利用圖甲所示實驗裝置研究水平方向的運動他先調(diào)整斜槽軌道使槽口末端水平，然后在方格紙 上建立好直角坐標系xOy，將方格紙上的坐標原點O與軌道槽口末端重合，y軸與重垂線重合，x軸水平實驗中使小球每次都從斜槽上同一高度由靜止?jié)L下，經(jīng)過

20、一段水平軌道后拋出依次均勻下移水平擋板的位置，分別得到小球在擋板上的落點，并在方格紙上標出相應(yīng)的點跡，再用平滑曲線將方格紙上的點跡連成小球的運動軌跡，如圖乙所示已知小方格的邊長為L，重力加速度為g.提高練(甲圖中未畫出方格甲圖中未畫出方格)(1)請你寫出判斷小球水平方向是勻速直線運動的方法(可依據(jù)軌跡圖說明)：_(2)小球平拋的初速度v0_；(3)小球豎直下落距離y與水平運動距離x的關(guān)系式為y_.解析：(1)在軌跡上取坐標為(3L，L)、(6L,4L)、(9L,9L)的三點，分別記為A、B、C點，其縱坐標之比 ，由于已經(jīng)得出小球在豎直方向是自由落體運動，因此可知從拋出點到A點所用時間t1與從A點到B點所用時間t2、從B點到C點所用時間t3相等，這三點的橫坐標之間的距離也相等，說明了在相等時間內(nèi)水平位移相等，即說明平拋運動在水平方向的運動為勻速直線運動答案：(1)見解析 (2)3gL2 (3)x29L7根據(jù)平拋運動規(guī)律，設(shè)計一個測玩具槍子彈初速度的方案(1)畫出測量原理圖；(2)說明要測量的物理量，并導出子彈初速度的表達式解析：(1)將玩具槍水平放置，靶子放在適當遠的地方，豎直放在水平地面上，如右圖所示(2)用刻度尺測出槍口離地面的高度H，槍口與靶子間的水平距離x，彈孔離地面的高度h.由平拋運動規(guī)律，得xv0t答案：見解析