5.3 实验:探究平抛运动的特点 【帮课堂】2023-2024学年高一物理 同步学与练( 人教版2019必修第二册)(原卷版).docx
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1、5.3 实验:探究平抛运动的特点 学习目标课程标准学习目标通过实验,探究并认识平抛运动的规律。1、知道抛体运动和平抛运动,知道用运动分解的方法研究平抛运动。2、知道平抛运动的条件及相应控制方法,会用获得位置的方法确定多个点,并会描绘平抛运动是轨迹。3、会根据平抛运动的轨迹,研究平抛运动水平和竖直分运动的特点。4、通过探究平抛运动特点的实验,了解科学探究中获取及处理数据的方法。02预习导学(一) 课前研读课本,梳理基础知识:一、实验思路1.思路:把复杂的曲线运动 不同方向上两个相对简单的直线运动。2.平抛运动的分解方法由于物体是沿着水平方向抛出的,在运动过程中只受到 作用,可尝试将平抛运动分解为
2、水平方向的分运动和竖直方向的分运动。二、探究平抛运动竖直分运动的特点1.实验按图示装置进行实验,小钢球A、B位于相同高度处,用小锤击打弹性金属片,金属片C受到小锤的击打,向前推动A,小钢球A具有水平初速度,做 运动,同时松开小钢球B,自由下落,做 运动。2.分析仔细观察可知,不管两个小钢球距地面的高度为多大,或小锤击打金属片的力度多大(小锤击打金属片的力度越大,小钢球A水平抛出的初速度越大),两小钢球每次都同时落地,说明两小钢球在空中运动的 相等,即做平抛运动的物体在竖直方向上的分运动是 运动。3.结论做平抛运动的物体在竖直方向上做 运动。三、探究平抛运动水平分运动的特点1.实验在图示的实验装
3、置中,两个相同的弧形轨道M、N,上端分别装有电磁铁C、D;调节C、D的高度,使ACBD。将小铁球P、Q分别吸在C、D上,然后切断电源,使球以相同的初速度v0分别同时从M、N的末端水平射出,其中与轨道N相切的水平面光滑。实验发现两铁球在P球落地时相遇。只增大或减小轨道M的高度再进行实验,结果两铁球 。2.分析只改变轨道M的高度,相当于只改变P球做平抛运动的竖直高度,发现P、Q两球总是在P球落地时相遇,即P球在水平方向上的运动不因P球在竖直方向上运动时间的长短而改变,总是和在水平面上做匀速直线运动的Q球有完全相同的 情况。(3)结论做平抛运动的物体在水平方向上做 运动;平抛运动的各分运动具有 性。
4、四、常规实验1实验思路用 逐点画出小钢球做平抛运动的轨迹,判断轨迹是否为 ,并求出小钢球的 2实验器材末端水平的斜槽、背板、挡板、复写纸、白纸、钢球、 、铅垂线、三角板、铅笔等3实验过程(1)安装、调整背板:将白纸放在复写纸下面,然后固定在装置背板上,并用铅垂线检查背板是否 (2)安装、调整斜槽:将固定有斜槽的木板放在实验桌上,用平衡法检查斜槽末端是否 ,也就是将小球放在斜槽末端直轨道上,小球若能 ,则表明斜槽末端已调水平,如图(3)描绘运动轨迹:让小球在斜槽的 由静止滚下,并从斜槽末端飞出开始做平抛运动,小球落到倾斜的挡板上,会挤压复写纸,在白纸上留下印迹取下白纸用平滑的曲线把这些印迹连接起
5、来,就得到小球做平抛运动的轨迹(4)确定坐标原点及坐标轴:选定 的点为坐标原点O,从坐标原点O画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴4数据处理(1)判断平抛运动的轨迹是不是抛物线如图所示,在x轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3、,把线段OA1的长度记为l,则OA22l,OA33l,由A1、A2、A3、向下作垂线,与轨迹交点分别记为M1、M2、M3、,若轨迹是一条抛物线,则各点的y坐标和x坐标之间应该满足关系式yax2(a是待定常量),用刻度尺测量某点的x、y两个坐标值代入yax2求出a,再测量其他几个点的x、y坐标值,代入yax2,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(2)计
6、算平抛物体的初速度情景1:若原点O为抛出点,利用公式x 和y ,即可求出多个初速度v0 ,最后求出初速度的平均值,这就是做平抛运动的物体的初速度情景2:若原点O不是抛出点,在轨迹曲线上取三点A、B、C,使xABxBCx,如图所示A到B与B到C的时间相等,设为T.用刻度尺分别测出yA、yB、yC,则有yAByByA,yBCyCyB.yBCyABgT2,且v0Tx,由以上两式得v0x.5注意事项(1)固定斜槽时,要保证斜槽末端的切线水平,以保证小球的初速度 ,否则小球的运动就不是平抛运动了(2)小球每次从槽中的 由静止释放,这样可以确保每次小球抛出时的 (3)坐标原点(小球做平抛运动的起点)不是槽
7、口的端点,应是小球在槽口时,球的 在背板上的水平投影点(二)即时练习:【小试牛刀1】频闪摄影是研究变速运动常用的实验手段。在暗室中,照相机的快门处于常开状态,频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光,照亮运动的物体,于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置。某物理小组利用如图甲所示的装置探究平抛运动规律。他们分别在该装置正上方A处和右侧正前方B处安装了频闪仪器并进行了拍摄,得到的频闪照片如图乙所示,O为抛出点,P为运动轨迹上某点。则根据平抛运动规律分析下列问题(g取10 m/s2):(1)乙图中,A处摄像头所拍摄的频闪照片为_(选填“a”或“b”)。(2)测得图乙a中OP距离为30 cm,b中
8、OP距离为45 cm,则平抛小球的初速度大小应为_ m/s,小球在P点速度大小应为_ m/s。【小试牛刀2】(多选)在研究平抛运动的实验中,某小组所用的实验装置和采集到的频闪照片如图所示,其中A球做平抛运动,B球做自由落体运动。观察照片中A球和B球在任一时刻的高度,以及相同时间间隔内A球在水平方向的位移,可以发现()AA球在竖直方向做自由落体运动 BA在水平方向做匀速直线运动C两球落地时间相同 DB球先落地【小试牛刀3】为了探究平抛运动的规律,某同学设计如图所示的实验装置,两个完全相同的斜槽固定在同一竖直平面内,斜槽2的末端吻接一足够长的水平轨道,让两个完全相同小球同时从斜槽上滚下(1)有关该
9、实验下列说法正确的是_A只能验证平抛运动竖直方向是自由落体运动B只能验证平抛运动水平方向是匀速直线运动C既能验证平抛运动竖直方向是自由落体运动,又能验证水平方向是匀速直线运动D两小球释放点距斜槽末端的高度差应相等(2)为使实验成功,给该同学提出两条合理的建议:_,_03题型精讲【题型一】教材原型实验【典型例题1】用如图所示装置研究平抛运动将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出,落在水平挡板MN上由于挡板靠近硬板一侧较低,钢球落在挡板上时,钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点移动挡板,重新释放钢球,如此重复,白纸上将留下一系列痕迹点(1)下列实验条件必须满足的
10、有_A斜槽轨道光滑B斜槽轨道末端水平C挡板高度等间距变化D每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球(2)为定量研究,建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系a取平抛运动的起始点为坐标原点,将钢球静置于Q点,钢球的_(选填“最上端”“最下端”或者“球心”)对应白纸上的位置即为原点;在确定y轴时_(选填“需要”或者“不需要”)y轴与重垂线平行b若遗漏记录平抛轨迹的起始点,也可按下述方法处理数据:如图所示,在轨迹上取A、B、C三点,AB和BC的水平间距相等且均为x,测得AB和BC的竖直间距分别是y1和y2,则_(选填“大于”“等于”或者“小于”)可求得钢球平抛的初速度大小为_(已知当地重力加速度为
11、g,结果用上述字母表示)(3)为了得到平抛物体的运动轨迹,同学们还提出了以下三种方案,其中可行的是_A用细管水平喷出稳定的细水柱,拍摄照片,即可得到平抛运动轨迹B用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置,平滑连接各位置,即可得到平抛运动轨迹C将铅笔垂直于竖直的白纸板放置,笔尖紧靠白纸板,铅笔以一定初速度水平抛出,将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹(4)伽利略曾研究过平抛运动,他推断:从同一炮台水平发射的炮弹,如果不受空气阻力,不论它们能射多远,在空中飞行的时间都一样这实际上揭示了平抛物体_A在水平方向上做匀速直线运动B在竖直方向上做自由落体运动C在下落过程中机械能守恒【典型例题2】某
12、学习小组用实验探究“平抛运动规律”。(1)甲同学采用如图甲所示的装置。用小锤打击弹性金属片,金属片把A球沿水平方向弹出,同时B球被松开,自由下落,观察到两球同时落地,改变小锤打击的力度,即改变A球被弹出时的速度,两球仍然同时落地,这说明_。(2)乙同学采用如图乙所示的装置。用两个相同的弧形轨道M、N分别用于发射小铁球 P、Q,其中N的末端与光滑水平面相切,两轨道上端分别装有电磁铁C、D,调节电磁铁C、D的高度,使ACBD,现将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上,切断电源,使两小铁球同时分别从轨道M、N的下端射出。实验可观察到的现象应是_;保持ACBD,仅仅改变弧形轨道M在竖直方向的位置,重复上
13、述实验,仍能观察到相同的现象,这说明_。(3)丙同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图丙所示的“小球做平抛运动”的照片。图中每个小方格的边长为2.5 cm,分析可知,位置1_(填“是”或“不是”)平抛运动的起点;该做小球做平抛运动的初速度大小为_m/s(g取10 m/s2)。【对点训练1】如图所示是研究平抛运动的实验装置,正方形白纸ABCD贴在方木板上,E、F、H是对应边的中点,P是EH的中点。金属小球从倾斜轨道上由静止开始下滑,从F点开始做平抛运动,恰好从C点射出。以下说法正确的是()A小球的运动轨迹经过P点B小球的运动轨迹经过PH之间某点C若将小球在轨道上的释放高度降低,小球恰好由E点射出D若将
14、小球在轨道上的释放高度降低,小球恰好由BE中点射出【对点训练2】(1)在“探究平抛运动的特点”的实验中,可以描绘平抛物体运动轨迹和求物体的平抛初速度。实验简要步骤如下:A.让小钢球多次从_位置上滚下,记下小球运动途中经过的一系列位置;B.安装好器材,注意斜槽末端水平和木板竖直,记下小球在斜槽末端时球心在木板上的投影点O和过O点的竖直线,检测斜槽末端水平的方法是_;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y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_(只排列序号即可)。(
15、2)在另一次实验中将白纸换成方格纸,每小格的边长L5 cm,通过实验,记录了小球在运动途中的三个位置,如图所示,则该小球做平抛运动的初速度为_m/s;B点的竖直分速度为_m/s(g取10 m/s2)。【题型二】器材、原理的创新【典型例题3】(2022全国甲卷24)将一小球水平抛出,使用频闪仪和照相机对运动的小球进行拍摄,频闪仪每隔0.05 s发出一次闪光某次拍摄时,小球在抛出瞬间频闪仪恰好闪光,拍摄的照片编辑后如图所示图中的第一个小球为抛出瞬间的影像,每相邻两个球之间被删去了3个影像,所标出的两个线段的长度s1和s2之比为37.重力加速度大小取g10 m/s2,忽略空气阻力求在抛出瞬间小球速度
16、的大小【典型例题4】2020天津卷,9(1)某实验小组利用图所示装置测定平抛运动的初速度。把白纸和复写纸叠放一起固定在竖直木板上,在桌面上固定一个斜面,斜面的底边ab与桌子边缘及木板均平行。每次改变木板和桌边之间的距离,让钢球从斜面顶端同一位置滚下,通过碰撞复写纸,在白纸上记录钢球的落点。(1)为了正确完成实验,以下做法必要的是_。A.实验时应保持桌面水平B.每次应使钢球从静止开始释放C.使斜面的底边ab与桌边重合D.选择对钢球摩擦力尽可能小的斜面(2)实验小组每次将木板向远离桌子的方向移动0.2 m,在白纸上记录了钢球的4个落点,相邻两点之间的距离依次为15.0 cm、25.0 cm、35.
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