5.3实验：研究平抛运动1—2020-2021学年人教版高中物理必修二课件23张PPT
文档属性
| 名称 | 5.3实验：研究平抛运动1—2020-2021学年人教版高中物理必修二课件23张PPT |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 7.0MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-03-19 00:28:05 | ||
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文档简介
5.3 实验：研究平抛运动
人教版 高中物理必修二
第五章曲线运动
平抛运动
那平抛运动的运动轨迹有什么特点呢？
复习回顾：
平抛运动：物体以一定的水平速度抛后，只在重力作用下的运动。
平抛运动的规律：
水平方向：匀速直线运动，x = v0t
竖直方向：自由落体运动，y=gt2/2
研究平抛运动
思考：
1.要通过实验研究什么？
2.我们该怎么研究呢？（请回顾直线运动的实验研究）
验证平抛运动的规律（运动轨迹的特点）
要用其它方法记录运动轨迹，采用运动合成
与分解方法，对水平和竖直方向的分运动进
行测量、研究。
思考：
3.先验证什么规律呢？
4.如何根据测量的水平、竖直位移验证轨迹是抛物线呢？
5.能否求出平抛的初速度？
研究平抛运动
先验证轨迹方程
图象法，化曲为直，以x2为横坐标，以y为纵坐标
y-x2图象斜率与初速度有关，可计算初速度
O
y
x
y = x？
O
y
x2
一、实验目的、原理、器材
1．实验目的
(1)用实验方法描出平抛运动的轨迹，并判断该轨迹是否为抛物线；
(2)探究平抛运动竖直方向和水平方向运动的特点；
(3)根据实验得到的轨迹求解做平抛运动的物体的初速度。
2．实验原理
(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，根据x = v0t，y=gt2/2得初速度
一、实验目的、原理、器材
3．实验器材
频闪照相机、铅笔、刻度尺、三角板、平抛实验装置、小钢球、白纸、复写纸、铅笔、刻度尺、三角板。
二、实验步骤
二、实验步骤
4．实验步骤(描迹法为例)
(1)安装调整
①将带有斜槽轨道的木板固定在实验桌上，其末端伸出桌
面外，轨道末端切线水平。
②用图钉将坐标纸固定于竖直木板的左上角，把木板调整
到竖直位置，使板面与小球的运动轨迹所在平面平行且靠近。
(2)建坐标系
把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口(轨道末端)时球心所在木板上的投影点O，O点即为坐标原点，用重垂线画出过坐标原点的竖直线，作为y轴，画出水平向右的x轴。
重锤
二、实验步骤
(3)确定小球位置
①将小球从斜槽上某一位置由静止滑下，小球从轨道末端射
出，先用眼睛粗略确定做平抛运动的小球经过的某一位置；
②让小球由同一位置自由滚下，在粗略确定的位置附近用铅
笔较准确地描出小球通过的位置，并在坐标纸上记下该点；
③用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置。
(4)描点得轨迹
取下坐标纸，将坐标纸上记下的一系列点用平滑曲线连起来，即得到小球平抛运动轨迹。
三、误差分析和注意事项
误差分析
①安装斜槽时，斜槽末端没有调水平，小球离开斜槽后不做平抛运动。
②建立坐标系时，坐标原点的位置确定不准确，导致轨迹上的各点的坐标不准确。
③小球每次由静止滚下时起始位置不完全相同，导致轨迹出现误差。
④确定小球运动的位置时描点不准确。
⑤量取轨迹上各点坐标时测量不准确。
三、误差分析和注意事项
(7)注意事项
①实验中必须保持斜槽末端水平。
②要用重锤线检查木板、坐标纸上的竖直线是否竖直。
③小球必须每次从斜槽上相同的位置无初速度自由滚下。
④小球做平抛运动起点不是槽口的端点，应是小球在槽口时球心在木板上水平投影点。
⑤要在斜槽上合适的高度释放小球，使其以较大的水平速度运动，从而减小相对误差。
⑥要用平滑的曲线画出轨迹，舍弃个别偏差较大的点。
⑦在轨迹上选点时，不要离抛出点过近，并且使所选取的点之间尽量远些。
四、研究平抛运动的轨迹
(5)数据处理（判断平抛运动的轨迹是不是抛物线）
方法一：
①测出相等时间T、2T、3T…内小球做平抛运动的水平位移和竖直位移。
②把测量的数据记录在表格中：
③通过根据分析水平分运动和竖直分运动的特点。
时间
T
2T
3T
…
水平位移
竖直位移
四、研究平抛运动的轨迹
方法二：代数运算法
如图所示，在 x 轴上作出几个等距离的点 A1、A2、A3、…，
把线段OA1 的长度记为l，则OA2＝2l，OA3＝3l，由A1、A2、
A3、…向下作垂线，与轨迹的交点记为M1、M2、M3、…。
若轨迹是一条抛物线，则各点的 y 坐标和 x 坐标应该具有
y＝ax2的形式（a 是待定常量），用刻度尺测量某点的 x、y 两个坐标值，代入y＝ax2 求出a。再测量其他几个点的x、y坐标值，代入y＝ax2，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。
四、研究平抛运动的轨迹
(5)数据处理（求小球平抛的初速度 v0）：
①在所描绘的轨迹曲线上选取 A、B、C、D、
E、F 六个不同的点，测出它们的坐标值。
②将各点坐标值代入 v0＝x 中，求出小球做平抛运动的初速度v0。
③记录各点求得的初速度，最后算出初速度 v0 的平均值v0，并做好记录。
四、研究平抛运动的轨迹
v0=
= x
测出轨迹上某一点的坐标(x、y)代入可求出v0
O
y
x
v0
P（x，y）
计算初速度的理论推导：
四、研究平抛运动的轨迹
x
y
y1
y2
变式2： x轴或y轴画出，抛出点（坐标原点）未画出
y1
y2
B
C
A
分析与解：在运动轨迹上取相邻的两个点间的水平距离相等的点, 测出相邻两个点间的水平距离x和相邻两个点间的竖直距离y.设相等时间为 t ，由于竖直方向是加速度为g的匀加速直线运动，所以：
变式1：x、y轴都画出，抛出点（坐标原点）未画出
五、其它探究方案
方案一：喷水法
如右图所示，倒置的饮料瓶内装着水，瓶塞内插着两根两端开口的细管，其中一根弯成水平，切水平端加接一根更细的硬管作为喷嘴。
水从喷嘴中射出，在空气中形成弯曲的细水柱，它显示了平抛运动的轨迹。设法把它描在背后的纸上就能进行分析处理了。
插入瓶中的另一根细管的作用，是保持从喷嘴射出水流的速度，使其不随瓶内水面下降而减小。这是因为该管上端与空气想通，左管顶端处水的压强始终等于大气压，不受瓶内水面高低的影响。因此，在水面降到顶端之前的一段时间内，可以得到稳定的细水柱。
五、其它探究方案
方案二：频闪照相法
(1)实验现象：利用频闪照相机得到物体做平抛运动与自由落体运动对比的频闪照片如图所示。
(2)现象分析：①在竖直方向上，两种运动经过相等的时间，下落相同的高度，即在竖直方向上的运动是相同的，都是自由落体运动；②在水平方向上，平抛运动在通过相等的时间内前进的距离相同，即水平方向上的运动是匀速直线运动。
(3)理论分析：①水平方向：初速度为v0，物体不受力，即Fx＝0，物体由于惯性而做匀速直线运动。②竖直方向：初速度为零，物体只受重力作用，即Fy＝mg，a＝g，物体做自由落体运动。
五、其它探究方案
在探究平抛运动的规律时，可以选用下列各种装置图，以下操作合理的是( )
A.选用装置1研究平抛物体竖直分运动，
应该用眼睛看A、B两球是否同时落地
B.选用装置2要获得稳定的细水柱所显示的
平抛轨迹，竖直管上端A一定要低于水面
C.选用装置3要获得钢球的平抛轨迹，每次不一定要从斜槽上同一位置由静止释放
D.除上述装置外，也能用数码照相机拍摄钢球做平抛运动时每秒15帧的录像获得平抛轨迹
BD
为了探究做平抛运动的物体在竖直方向上的运动规律，某同学设计了下面一个实验：如图所示，OD为一竖直木板，小球从斜槽上挡板处由静止开始运动，离开O点后做平抛运动，右侧用一束平行光照射小球的运动，小球在运动过程中，便在木板上留下影子。
如图是用频闪照相机拍摄的小球在运动过程中的位置
以及在木板上留下的影子的位置，图中A、B、C、D
等点即影子的位置。现测得各点到O点的距离分别为
5.0 cm、19.8 cm、44.0 cm、78.6 cm。试根据影子
的运动讨论物体在竖直方向上的运动情况。(已知照
相机的闪光频率为10 Hz)。
课后作业：
完成第五章第三节相关练习
预习第五章第四节相关知识
人教版 高中物理必修二
第五章曲线运动
平抛运动
那平抛运动的运动轨迹有什么特点呢？
复习回顾：
平抛运动：物体以一定的水平速度抛后，只在重力作用下的运动。
平抛运动的规律：
水平方向：匀速直线运动，x = v0t
竖直方向：自由落体运动，y=gt2/2
研究平抛运动
思考：
1.要通过实验研究什么？
2.我们该怎么研究呢？（请回顾直线运动的实验研究）
验证平抛运动的规律（运动轨迹的特点）
要用其它方法记录运动轨迹，采用运动合成
与分解方法，对水平和竖直方向的分运动进
行测量、研究。
思考：
3.先验证什么规律呢？
4.如何根据测量的水平、竖直位移验证轨迹是抛物线呢？
5.能否求出平抛的初速度？
研究平抛运动
先验证轨迹方程
图象法，化曲为直，以x2为横坐标，以y为纵坐标
y-x2图象斜率与初速度有关，可计算初速度
O
y
x
y = x？
O
y
x2
一、实验目的、原理、器材
1．实验目的
(1)用实验方法描出平抛运动的轨迹，并判断该轨迹是否为抛物线；
(2)探究平抛运动竖直方向和水平方向运动的特点；
(3)根据实验得到的轨迹求解做平抛运动的物体的初速度。
2．实验原理
(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，根据x = v0t，y=gt2/2得初速度
一、实验目的、原理、器材
3．实验器材
频闪照相机、铅笔、刻度尺、三角板、平抛实验装置、小钢球、白纸、复写纸、铅笔、刻度尺、三角板。
二、实验步骤
二、实验步骤
4．实验步骤(描迹法为例)
(1)安装调整
①将带有斜槽轨道的木板固定在实验桌上，其末端伸出桌
面外，轨道末端切线水平。
②用图钉将坐标纸固定于竖直木板的左上角，把木板调整
到竖直位置，使板面与小球的运动轨迹所在平面平行且靠近。
(2)建坐标系
把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口(轨道末端)时球心所在木板上的投影点O，O点即为坐标原点，用重垂线画出过坐标原点的竖直线，作为y轴，画出水平向右的x轴。
重锤
二、实验步骤
(3)确定小球位置
①将小球从斜槽上某一位置由静止滑下，小球从轨道末端射
出，先用眼睛粗略确定做平抛运动的小球经过的某一位置；
②让小球由同一位置自由滚下，在粗略确定的位置附近用铅
笔较准确地描出小球通过的位置，并在坐标纸上记下该点；
③用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置。
(4)描点得轨迹
取下坐标纸，将坐标纸上记下的一系列点用平滑曲线连起来，即得到小球平抛运动轨迹。
三、误差分析和注意事项
误差分析
①安装斜槽时，斜槽末端没有调水平，小球离开斜槽后不做平抛运动。
②建立坐标系时，坐标原点的位置确定不准确，导致轨迹上的各点的坐标不准确。
③小球每次由静止滚下时起始位置不完全相同，导致轨迹出现误差。
④确定小球运动的位置时描点不准确。
⑤量取轨迹上各点坐标时测量不准确。
三、误差分析和注意事项
(7)注意事项
①实验中必须保持斜槽末端水平。
②要用重锤线检查木板、坐标纸上的竖直线是否竖直。
③小球必须每次从斜槽上相同的位置无初速度自由滚下。
④小球做平抛运动起点不是槽口的端点，应是小球在槽口时球心在木板上水平投影点。
⑤要在斜槽上合适的高度释放小球，使其以较大的水平速度运动，从而减小相对误差。
⑥要用平滑的曲线画出轨迹，舍弃个别偏差较大的点。
⑦在轨迹上选点时，不要离抛出点过近，并且使所选取的点之间尽量远些。
四、研究平抛运动的轨迹
(5)数据处理（判断平抛运动的轨迹是不是抛物线）
方法一：
①测出相等时间T、2T、3T…内小球做平抛运动的水平位移和竖直位移。
②把测量的数据记录在表格中：
③通过根据分析水平分运动和竖直分运动的特点。
时间
T
2T
3T
…
水平位移
竖直位移
四、研究平抛运动的轨迹
方法二：代数运算法
如图所示，在 x 轴上作出几个等距离的点 A1、A2、A3、…，
把线段OA1 的长度记为l，则OA2＝2l，OA3＝3l，由A1、A2、
A3、…向下作垂线，与轨迹的交点记为M1、M2、M3、…。
若轨迹是一条抛物线，则各点的 y 坐标和 x 坐标应该具有
y＝ax2的形式（a 是待定常量），用刻度尺测量某点的 x、y 两个坐标值，代入y＝ax2 求出a。再测量其他几个点的x、y坐标值，代入y＝ax2，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。
四、研究平抛运动的轨迹
(5)数据处理（求小球平抛的初速度 v0）：
①在所描绘的轨迹曲线上选取 A、B、C、D、
E、F 六个不同的点，测出它们的坐标值。
②将各点坐标值代入 v0＝x 中，求出小球做平抛运动的初速度v0。
③记录各点求得的初速度，最后算出初速度 v0 的平均值v0，并做好记录。
四、研究平抛运动的轨迹
v0=
= x
测出轨迹上某一点的坐标(x、y)代入可求出v0
O
y
x
v0
P（x，y）
计算初速度的理论推导：
四、研究平抛运动的轨迹
x
y
y1
y2
变式2： x轴或y轴画出，抛出点（坐标原点）未画出
y1
y2
B
C
A
分析与解：在运动轨迹上取相邻的两个点间的水平距离相等的点, 测出相邻两个点间的水平距离x和相邻两个点间的竖直距离y.设相等时间为 t ，由于竖直方向是加速度为g的匀加速直线运动，所以：
变式1：x、y轴都画出，抛出点（坐标原点）未画出
五、其它探究方案
方案一：喷水法
如右图所示，倒置的饮料瓶内装着水，瓶塞内插着两根两端开口的细管，其中一根弯成水平，切水平端加接一根更细的硬管作为喷嘴。
水从喷嘴中射出，在空气中形成弯曲的细水柱，它显示了平抛运动的轨迹。设法把它描在背后的纸上就能进行分析处理了。
插入瓶中的另一根细管的作用，是保持从喷嘴射出水流的速度，使其不随瓶内水面下降而减小。这是因为该管上端与空气想通，左管顶端处水的压强始终等于大气压，不受瓶内水面高低的影响。因此，在水面降到顶端之前的一段时间内，可以得到稳定的细水柱。
五、其它探究方案
方案二：频闪照相法
(1)实验现象：利用频闪照相机得到物体做平抛运动与自由落体运动对比的频闪照片如图所示。
(2)现象分析：①在竖直方向上，两种运动经过相等的时间，下落相同的高度，即在竖直方向上的运动是相同的，都是自由落体运动；②在水平方向上，平抛运动在通过相等的时间内前进的距离相同，即水平方向上的运动是匀速直线运动。
(3)理论分析：①水平方向：初速度为v0，物体不受力，即Fx＝0，物体由于惯性而做匀速直线运动。②竖直方向：初速度为零，物体只受重力作用，即Fy＝mg，a＝g，物体做自由落体运动。
五、其它探究方案
在探究平抛运动的规律时，可以选用下列各种装置图，以下操作合理的是( )
A.选用装置1研究平抛物体竖直分运动，
应该用眼睛看A、B两球是否同时落地
B.选用装置2要获得稳定的细水柱所显示的
平抛轨迹，竖直管上端A一定要低于水面
C.选用装置3要获得钢球的平抛轨迹，每次不一定要从斜槽上同一位置由静止释放
D.除上述装置外，也能用数码照相机拍摄钢球做平抛运动时每秒15帧的录像获得平抛轨迹
BD
为了探究做平抛运动的物体在竖直方向上的运动规律，某同学设计了下面一个实验：如图所示，OD为一竖直木板，小球从斜槽上挡板处由静止开始运动，离开O点后做平抛运动，右侧用一束平行光照射小球的运动，小球在运动过程中，便在木板上留下影子。
如图是用频闪照相机拍摄的小球在运动过程中的位置
以及在木板上留下的影子的位置，图中A、B、C、D
等点即影子的位置。现测得各点到O点的距离分别为
5.0 cm、19.8 cm、44.0 cm、78.6 cm。试根据影子
的运动讨论物体在竖直方向上的运动情况。(已知照
相机的闪光频率为10 Hz)。
课后作业：
完成第五章第三节相关练习
预习第五章第四节相关知识