5.3实验:探究平抛运动的特点课件-人教版(2019)必修第二册(42张PPT)

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5.3实验:探究平抛运动的特点课件-人教版(2019)必修第二册(42张PPT)

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5.3实验:
探究平抛运动的特点
第五章抛体运动
复习回顾:
1、什么是合运动与分运动?
2、合运动与分运动的关系(四种性质)?
3、曲线运动的速度方向?
4、什么是运动的合成与分解?
5、运动的合成与分解遵循什么样的规律?
6、运动的分解一般按照什么样的规律分解?
7、小船渡河模型的三种问题?
8、速度关联问题
观察巩立姣抛出的铅球,铅球的运动轨迹是怎样的?如果忽略空气阻力影响,其运动过程中受到的合力情况有怎样的特点?
一、抛体运动
2、条件:
①具有一定的初速度;
②只受重力的作用。
自由落体运动属于抛体运动吗?
1、定义:以一定的初速度将物体抛出,在空气的阻力可以忽略,只受重力的情况下,物体所做的运动叫抛体运动。
v0
v0
v0
竖直上抛运动
平抛运动
斜抛运动
3、抛体运动的分类:
(1)竖直抛体运动
竖直上抛运动( V0 向上)
竖直下抛运动( V0 向下)
直线运动
(2)平抛运动
V0水平
(3)斜抛运动
V0与水平面成一夹角
水平喷出的水柱
沿桌面飞出的小球
4、平抛运动
(1)定义:将物体用一定的初速度沿水平方向抛出,且只在重力作用下所做的运动叫平抛运动。
(2)条件:①具有水平初速度;
②只受重力。
5、平抛运动的性质特点
平抛运动是变速运动、匀变速曲线运动、加速曲线运动。
怎样来研究平抛的规律会比较简单?
平抛运动是一种复杂的曲线运动,如何来研究这种复杂的运动呢?有没有比较简单明了的公式来表示它的速度、位移以及速度和位移的方向的公式呢?
答案是否定的。那么如何研究呢?我们可以采用化曲为直的方法把曲线运动转化为直线运动,而且转化为我们比较熟悉的直线运动,比如匀速直线运动或匀加速直线运动,运用运动的合成与分解,采用等效替代的方法或许能研究这种复杂的曲线运动。
我们沿那两个方向进行分解呢?
平抛运动
6、平抛运动规律的理论分析
沿水平方向
v0
G
沿竖直方向
分解
具有初速度而且不受力
初速度为零且只受重力作用
自由落体运动
匀速直线运动
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。
7、平抛运动规律的对比法分析
步骤1:探究平抛运动竖直分运动的特点
结论:由于两球同时落地说明做平抛运动的小球在竖直方向做的是自由落体运动。
步骤2:探究平抛运动水平分运动的特点
结论:由于两球水平位移总相同,说明做平抛运动的小球水平方向做匀速直线运动。
为了很好地研究平抛运动的规律
我们需要描绘出平抛运动的轨迹
如何设计实验来描绘平抛运动的轨迹?
参见教材 多种方案
二、实验设计方案
方案一:描轨迹法
【实验目的】
1.用实验的方法描出平抛运动的轨迹(重点) 。
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(难点)。
【实验原理】
1.利用描迹法(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
斜 槽
小 球
白 纸
木 板
铅垂线
铁架台
【实验器材】
斜槽、小球、木板、白纸(坐标纸)、图钉、铅垂线、刻度尺、铅笔等。
1.调节斜槽末端水平:
可用平衡法调整斜槽末端水平:即将小球轻放在斜槽平直部分的末端附近,调整斜槽,若小球能在平直轨道上水平部分任意位置静止,就表明斜槽末端已调水平。
安装斜槽为什么这样要求?
斜槽末端切线水平
【实验步骤】
也可将小球放在斜槽末端,轻轻将其向两边各拨动一次,看其是否有明显的运动倾向。精细的检查方法是用水平仪调整。
问题
【注意】不同的实验器材,第2、3步可以互换顺序。
2.安装白纸(坐标纸)和复写纸:再用小磁铁或图钉把白纸、复写纸固定在木板上。
3.调整木板竖直:用悬挂在槽口的重垂线把木板调整到竖直方向,即利用重垂线,调节木板,使其与重垂线平行,这样就保证木板平面与小球下落的竖直面平行且靠近,固定好木板;然后把重垂线方向记录到固定在背板的白纸上。
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(把小球放在槽口处,用铅笔记下小球在槽口时球心在木板上的水平投影点O,O即为坐标原点(不是槽口端点),再利用铅垂线在纸上画出通过O点的竖直线,即y轴,用三角板画出水平方向的x轴)
O
y
坐标原点(平抛起点)
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;选择一个小球在斜槽上合适的位置由静止释放,使小球运动轨迹大致经过白纸的右下角。
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。上下移动接球挡板,当球撞击接球挡板时就会在坐标纸上印下相应的黑点,就记下了小球球心所对应的位置。用同样的方法,从同一位置释放小球,在小球运动路线上描下若干点,然后将这些点用平滑曲线描绘出来.
球心在坐标纸的投影
o
y
x
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。
【数据处理】
结论:在误差允许范围内,四段位移近似相等,即AB=BC=CD=DE
X4
X3
X2
X1
y
h
5h
3h
7h
x
O
在平抛运动的轨迹上,在竖直方向由原点(抛出点)开始连续截取四段竖直位移为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。
1.判断平抛运动的轨迹是否为抛物线
(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。
原点为抛出点
2.计算平抛运动的初速度v0
x
y
x
y
O
x
y
x1
x2
y1
y2
原点不是抛出点
????????=????2?????1=????????2
?
1.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。
2.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。
3.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。
4.确定小球运动的位置时不准确,会导致误差。
5.量取轨迹上各点坐标时不准确,会导致误差。
【误差分析】
1.实验中必须调整斜槽末端的切线水平,以使小球离开斜槽后做平抛运动。
2.方木板必须处于竖直平面内,并使小球的运动靠近坐标纸但不接触。
3.小球每次必须从斜槽上同一位置无初速度滚下。以保证重复实验时,小球做平抛运动的初速度相等。
【注意事项】
4.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。
5.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。
6.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。这样可以减小相对误差。
方案二:频闪照相法法
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。
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。
方案三: 喷水描迹法(水流径迹法)
水平喷出的细水柱即为平抛运动的轨迹。
喷嘴(比细管更细的硬管)
使A 处的水的压强始终等于大气压
透明胶片
细管
A
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)
方案四:传感器法
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
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
小结:
一、抛体运动
二、抛体运动的规律
三、研究抛体运动的四种常见方案

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