5.3 实验：探究平抛运动的特点 课件（43张PPT） 高一下学期物理 人教版（2019） 必修第二册

(共43张PPT)
第五章 抛体运动
人教版 必修二
5.3实验：探究平抛运动的特点
1、理解平抛运动的基本概念和规律。
2、经历不同层次的观察与分析，培养学生的观察能力、综合分析能力。
3、利用实验、动画等教学资源，逐步加深对平抛运动的认识，并根据实验结果分析平抛运动的规律。
4、通过观察、实验及探究、交流与讨论等学习活动，培养学生尊重客观事实、实事求是的科学态度。
学习目标
目 录
抛体运动和平抛运动
实验方案
抛体运动和平抛运动
PART 1
若人在河中始终保持头朝正前方游向对岸，你认为他会在对岸的正前方到达，还是会偏向上游或下游？为什么？
人在河中的运动是轨迹是什么样的，他的位移速度怎么研究？对类似上述的运动应该怎样分析呢？
新课导入
标枪的运动
篮球的运动
以一定的速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受重力的作用，这时的运动叫作抛体运动
抛体运动和平抛运动
v0
v0
v0
竖直上抛运动
平抛运动
斜抛运动
初速度沿水平方向的抛体运动就叫作平抛运动。
抛体运动和平抛运动
初速度沿水平方向的抛体运动就叫作平抛运动。
条件：初速度沿水平方向；忽略空气阻力，只受重力。
v0
G
平抛运动有什么特点呢？如何通过实验探究平抛运动的特点呢？
抛体运动和平抛运动
平抛运动的轨迹是曲线，比较复杂。如果我们能把这个复杂的曲线运动分解为两个相对简单的、我们比较熟悉的直线运动，或许就能找到平抛运动的特点。
运动的合成与分解
化曲为直
思路：沿竖直方向和水平方向分解。
实验思路
实验方案
PART 2
传感器法
频闪照相法
描轨迹法
喷水法
实验方案
用频闪照相法可记录平抛运动的轨迹。由于相邻两帧照片间的时间间隔相等，只要测出相邻两帧照片中小钢球运动的水平距离及竖直距离，就可以判断平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动特点。
实验原理
方案一：频闪照相法
1.根据图片猜想，小球在水平方向和竖直方向的分运动有何特点
2.应以哪个位置为原点建立坐标系来研究小球的水平位移和竖直位移
3.若频闪周期为T，怎样通过作图得到 T，2T，3T,…时间内小球做平抛运动的水平位移和竖直位移
4.需要测量并记录哪些数据 怎样用实验数据检验你的猜想
问题与思考
x4
x3
x2
x1
h
5h
3h
7h
在水平起抛点以球心为坐标原点，建立坐标系，由原点开始，在竖直方向连续四段位移分别为h1、h2、h3、h4。并在水平方向上标出对应的点，并测量四段位移x1、x2、x3、x4的长度。
结论：在误差允许范围内,位移关系分别为h1：h2：h3：h4=1:3:5:7，x1=x2=x3=x4
数据分析
做平抛运动的物体在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向做自由落体运动。
规律总结
实验视频
1.用实验的方法描出平抛运动的轨迹。
2.判断平抛运动的轨迹是否为抛物线。
3.根据平抛运动的轨迹求其初速度。
方案二：描轨迹法
实验目的
1.利用追踪法逐点描出小球运动的轨迹。
2.建立坐标系，如果轨迹上各点的y坐标与x坐标间的关系具
有y=ax2的形式(a是一个常量)，则轨迹是一条抛物线。
3.测出轨迹上某点的坐标x、y，据x=v0t、y= 得初速度
实验原理
斜槽、小球、木板、白纸（坐标纸）、图钉、铅垂线、刻度尺、铅笔等。
斜 槽
小 球
白 纸
木 板
铅垂线
铁架台
实验器材
1.调整木板竖直（利用重锤线）
2.调节斜槽末端水平
3.安装白纸和复写纸
4.确定坐标轴：小球在斜槽末端时，小球球心在白纸上的投影为原点
5.确定小球的释放点：同一组实验应使小球在同一位置释放
6.描绘运动轨迹：挡板在不同高度时记录小球撞击点（也可以用铅笔记录小球下落过程中的位置），用平滑的曲线连接。
实验步骤
实验视频
取下白纸，以O点为原点画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴，用平滑的曲线把这些位置连接起来即得小球做平抛运动的轨迹。
在竖直方向由原点（抛出点）开始连续截取四段位移OE、OF、OG、OH分别为h、4h、9h、16h。在轨迹曲线上找到相对应的位置，并在水平方向上标出对应的点，并测量四段位移OA、AB、BC、CD的长度。
结论：在误差允许范围内,四段位移近似相等，即AB=BC=CD=DE
数据处理
X4
X3
X2
X1
y
h
5h
3h
7h
x
O
在平抛运动的轨迹上，竖直位移为h、3h、5h……，它们对应的四段水平位移相等。
说明：平抛运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。
实验规律
2.图像法:建立y -x2坐标系,根据所测量的各个点的x坐标值计算出对应的x2值,在坐标系中描点,连接各点看是否在一条直线上,若大致在一条直线上,则说明平抛运动的轨迹是抛物线。
1.代数计算法:将各点(如M2点)的坐标(x,y)代入y=ax2求出常数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。
判断平抛运动的轨迹是否为抛物线的方法
记住原点
x
y
x
y
O
x
y
x1
x2
y1
y2
没记住原点
计算平抛运动的初速度
安装斜槽时,其末端切线不水平,导致小球离开斜槽后不做平抛运动。
建立坐标系时,坐标原点的位置确定不准确,导致轨迹上各点的坐标不准确。
小球每次自由滚下时起始位置不完全相同,导致轨迹出现误差。
确定小球运动的位置时不准确,会导致误差。
量取轨迹上各点坐标时不准确,会导致误差。
误差分析
实验中必须调整斜槽末端的切线水平。
方木板必须处于竖直平面内。
小球每次必须从斜槽上同一位置滚下。
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。
小球开始滚下的位置高度要适中,一般以使小球平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜。
在轨迹上选取离坐标原点O点较远的一些点来计算初速度。
注意事项
o
x
y
水平喷出的细水柱即为平抛运动的轨迹
如图，倒置的饮料瓶内装有水，瓶塞内插着两根两端开口的细管，其中一根弯成水平，加上一个很细的喷嘴。
实验概述
方案三：喷水法
2023年夏天，异常炎热，这注定水枪玩具销售火爆，不仅儿童玩水，甚至成人也开始玩。有一种电动水枪，它有三种模式，一种是散射，一种是直线连续喷射，还有一种是脉冲式发射。某同学想测定后两种模式水枪的发射速度。他进行了如下操作（取g=10m/s2）：
例题精选
（1）将电动水枪水平固定在铁架台上，采用直线连续喷水模式，按压扳机后细水柱沿直线喷出，在空中划出一条曲线。在铁架台后面平行于水枪竖直固定一块坐标板，使O点处于枪口位置，x轴与枪口在同一水平线上，水枪喷水后用手机拍照，得到如图乙所示的轨迹。根据图中轨迹可得初速度v0= m/s；
（结果保留三位有效数字）
1.25
例题精选
（2）改用脉冲发射方式，每次发射都射出一个“水弹”（很短的小水柱）。测出枪口的高度及“水弹"的射程。改变水枪高度，多次实验。根据实验数据作出枪口高度y与射程的平方x2关系图线如图丙所示：由图可知水枪发射“水弹”的初速度大小为 m/s。
10
例题精选
用传感器和计算机可以方便地描出做平抛运动的物体的轨迹。设计原理如图所示。(请参考课本P12——拓展学习）
方案三：传感器法
实验视频
巩固练习
PART3
典例1、如图是实验室内研究平抛运动的装置。
该实验中，让小球多次从斜槽上由静止滚下，在白纸上依次记下小球的位置，同学甲和同学乙得到的记录纸分别如图甲、乙所示，从图中明显看出甲的实验错误是_______________，乙的实验错误是___________
___________________。
斜槽末端不水平
每次由静止
释放小球的位置不同
典例2、在做“研究平抛物体的运动”这一实验时，下面哪些说法是正确的（ ）
A．安装斜槽时，必须使槽的末端的切线方向保持水平
B．每次进行实验时，都要让小球从同一位置开始由静止释放
C．在实验过程中，小球与槽的摩擦不可避免，但这并不影响实验结果
D．为了得到实验结果，不要忘记用天平称出小球的质量
ABC
典例3、某同学利用如图所示实验装置绘制小球做平抛运动的轨迹，关于此实验，下列说法错误的是 (　　 )
A．斜槽轨道必须光滑且末端沿水平方向
B．小球每次需从斜槽上同一位置自由滑下
C．为较准确地绘出小球的运动轨迹，记录的点应适当多一些
D．为较准确地绘出小球的运动轨迹，应该用平滑曲线把各记录点连起来
为确保小球做平抛运动，斜槽轨道末端必须沿水平方向，只要小球每次从斜槽上同一位置自由滑下，到斜槽轨道末端速率相等即可，不必光滑，故A错误，符合题意；为确保小球每次做平抛运动的轨迹重合，小球每次需从斜槽上同一位置自由滑下，故B正确，不符合题意；为了减小误差，能够较准确地绘出小球运动的轨迹，记录的点应适当多一些，并用平滑曲线把各记录点连起来，故C、D正确，不符合题意．
A
典例4、图甲是“研究平抛物体的运动”的实验装置图。
（1）实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末端切线___________。每次让小球从同一位置由静止释放，是为了每次平抛___________。
水平
初速度相同
（2）图乙是正确实验取得的数据，其中O为拋出点，则此小球作平抛运动的初速度为___________m/s。（g取9.8m/s2）
1.6
（3）在另一次实验中将白纸换成方格纸，每小格的边长L=5cm，通过实验记录了小球在运动途中的三个位置，如图丙所示，则该小球做平拋运动的初速度为___________m/s，B点的竖直分速度为___________m/s。（g取10m/s2）
1.5
2
典例5、在研究平抛物体运动的实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长l＝1.25cm，若小球在平抛运动中先后经过的几个位置如图中的a、b、c、d所示，则小球平抛的初速度的计算式为v0＝＿＿＿＿＿ (用l、g表示)，其值是 (g取9.8m／s2)．
d
a
b
c
解析：由平抛运动规律
Δy=gT 2= l
x=v0 T
∴ v0 = x/T=2l /T=
代入数字 l = 1.25cm=1/80 m
得到 v0 =0.70m/s
0.70m/s
【拓展】
（1）物体经过b时的速度为 m/s；
（2）抛出点在a点上方高度为 m处
（3）如取a点为坐标原点，则抛出点的位置坐标是多少？
d
a
b
c
典例6、2023年夏天，异常炎热，这注定水枪玩具销售火爆，不仅儿童玩水，甚至成人也开始玩。有一种电动水枪，它有三种模式，一种是散射，一种是直线连续喷射，还有一种是脉冲式发射。某同学想测定后两种模式水枪的发射速度。他进行了如下操作（取g=10m/s2）：
（1）将电动水枪水平固定在铁架台上，采用直线连续喷水模式，按压扳机后细水柱沿直线喷出，在空中划出一条曲线。在铁架台后面平行于水枪竖直固定一块坐标板，使O点处于枪口位置，x轴与枪口在同一水平线上，水枪喷水后用手机拍照，得到如图乙所示的轨迹。
根据图中轨迹可得初速度v0= m/s；
（结果保留三位有效数字）
1.23
课堂小结