高中物理人教版(2019)必修第二册第五章第三节实验：探究平抛运动的特点（共22张ppt)

(共22张PPT)
第五章
抛体运动
第三节：实验：探究平抛运动的特点
2021-03-15
1
学习目标
用实验的方法探究物体做平抛运动的特点。
根据平抛运动的轨迹分析物体速度和位移随时间变化的关系。
掌握描迹法、频闪照相法等常用的科学探究方法。
掌握通过平抛运动的轨迹分析物体速度和位移随时间的变化关系的科学思维方法
知识回顾
1、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。
2、如果初速度是沿水平方向的，这样的抛体运动就叫作平抛运动。
（自制实验仪器）如图喷出的水柱显示了平抛运动的轨迹。
观察水柱的形状回顾平抛运动的特点。
新课内容
一、实验目的
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，并会描绘平抛运动的轨迹。
3．会根据平抛运动的轨迹，研究平抛运动水平和竖直方向分运动的特点。
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。
二、实验原理
1．将平抛运动分解为水平方向的分运动和竖直方向的分运动。
2．分别探究两个分运动的特点，了解平抛运动的规律。
三、设计方案
方案一　频闪照相法
只要知道两个方向分运动的位移或速度随时间变化的信息,就可以探究出平抛运动的特点和规律。
需要的实验器材:频闪照相机、斜槽、小钢球、刻度尺、铅笔、铁架台等。
方案二　平抛竖落法
先研究竖直方向的运动规律,再设法分析水平方向的运动规律。
需要的实验器材:平抛运动演示仪、小锤、斜槽、小钢球、方木板、图钉、刻度尺、铅垂线、铅笔、白纸、复写纸、铁架台等。
进行实验
方案一
1.按右图所示安装实验装置,使斜槽末端水平(小球在斜槽末端恰好能静止),小钢球在斜槽中从某一高度由静止滚下,从末端飞出后做平抛运动.
2.用频闪照相机或者录制视频的方法,记录做平抛运动的小球在不同时刻的位置,如图所示.
3.在频闪照片上以抛出点O为原点,以水平方向为x轴方向.竖直方向为y轴方向建立直角坐标系.
4.用刻度尺测量出小球在不同时刻的位置到O点的水平位移x1、x2、x3……和竖直位移y1、y2、y3……,并把测量数据填入表格中.
5.若频闪周期为T,根据水平位移和竖直位移随时间变化的具体数据,分析小球水平方向分运动和竖直方向分运动的特点.
方案二
步骤1　探究平抛运动竖直分运动的特点
(1)如图所示,实验中用小锤击打弹性金属片后,A球沿水平方向抛出,做平抛运动;同时B球被释放,自由下落,做自由落体运动.观察两球的运动轨迹,比较它们落地时间的先后.
(2)分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度,多次重复这个实验,记录实验现象.
(3)根据实验现象分析平抛运动在竖直方向的分运动是什么运动？
步骤2　探究平抛运动水平分运动的特点
(1)如图所示,将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上。
(2)斜槽M末端水平,钢球在斜槽中从某一高度由静止滚下,从末端飞出后做平抛运动。
(3)钢球飞出后,落到一个水平放置的可上下调节的倾斜挡板N上。钢球落到倾斜的挡板上后,就会挤压复写纸,在白纸上留下印迹。
(4)上下调节挡板N,多次实验,在白纸上记录钢球所经过的多个位置.用平滑曲线把白纸上的印迹连接起来,得到钢球做平抛运动的轨迹。
(5)根据步骤1得出的平抛运动在竖直方向上的分运动的规律,设法确定“相等的时间间隔”,再看相等的时间内水平分运动的位移,进而确定水平分运动的规律。
数据记录
方案一　记录小钢球在不同时刻的位置
时间
T
2T
3T
4T
5T
…
x/cm
?
?
?
?
?
?
y/cm
?
?
?
?
?
?
方案二
步骤1
距地面的
高度
敲打金属片的
力度
A、B两球落地时间
比较
h1
小
?
h2
较大
?
h3
大
?
步骤2
用平滑曲线把白纸上的印迹连接起来,得到钢球做平抛运动的轨迹,如图所示.
数据分析
方案一中,根据照片猜想,小球在水平方向和竖直方向的分运动有何特点?怎样用数据检验你的猜想?
答案:猜想:小球可能在水平方向做匀速直线运动,竖直方向做自由落体运动。
验证:根据实验数据,计算相邻两点水平方向上的距离,若满足x1=x2-x1=x3-x2=x4-x3=…,则说明小球在水平方向上做匀速直线运动;计算连续相邻两点竖直方向上的距离,若满足1∶3∶5∶7∶…,且相邻两点竖直方向上的距离之差Δy=gT2,则说明小球在竖直方向做自由落体运动。
方案二
步骤1中,根据实验现象猜想,做平抛运动的A球在竖直方向上可能做什么运动?怎样验证你的猜想?
答案:猜想:做平抛运动的A球在竖直方向上可能做自由落体运动。
验证:根据记录数据,发现A、B两球始终同时落地,说明两球在竖直方向上运动形式相同,即平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动。
步骤2中,猜想平抛运动在水平方向上可能做什么运动?如何根据平抛运动的轨迹确定在水平方向分运动的规律?
答案:猜想:因为平抛运动在水平方向上有初速度,但在水平方向上不受力,所以平抛运动在水平方向上的分运动可能是匀速直线运动.
验证:根据步骤1,可知平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动,根据平抛运动的轨迹,在y轴上确定E、F、G、H点,使每相邻两点间距离满足OE∶EF∶FG∶GH=1∶3∶5∶7,如图所示,这样每相邻两点间的运动时间间隔相等,分别过E、F、G、H点作x轴的平行线并与轨迹相交,过交点分别作y轴的平行线交x轴于点A、B、C、D.测量O、A、B、C、D每相邻两点的距离,在误差允许范围内OA=AB=BC=CD,说明平抛运动在水平方向上的分运动是匀速直线运动.
实验结论
平抛运动可以分解为哪两个方向的分运动?这两个方向的分运动有什么特点?
答案:平抛运动可以分解为水平方向的分运动和竖直方向的分运动.水平方向的分运动是匀速直线运动,竖直方向的分运动是自由落体运动.
注意事项
1、方案一和方案二步骤2中,必须调整斜槽末端的切线水平(将小球放在斜槽末端,若小球静止,则斜槽末端水平)。
2、方案二步骤2中,方木板必须处于竖直平面内,固定时要用铅垂线检查木板是否竖直。
3、方案二步骤2中小球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放。
4、坐标原点不是槽口的端点,应是小球出槽口时球心在方木板上的投影点。
5、方案二步骤2中,小球开始滚下的位置高度要适中,以小球做平抛运动的轨迹由白纸的左上角一直到达右下角为宜。
习题小练