《实验:探究平抛运动的特点》抛体运动-课件.pptx
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- 实验:探究平抛运动的特点 实验 探究 运动 特点 课件
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1、3.实验:探究平抛运动的特点【实验目的实验目的】1.1.用实验的方法描出平抛运动的轨迹。用实验的方法描出平抛运动的轨迹。2.2.判断平抛运动的轨迹是否为抛物线。判断平抛运动的轨迹是否为抛物线。3.3.根据平抛运动的轨迹求其初速度。根据平抛运动的轨迹求其初速度。【实验目的实验目的】斜槽斜槽,_,_,白纸白纸,小球小球,图钉图钉,铅笔铅笔,有孔的有孔的卡片卡片,刻度尺刻度尺,重垂线重垂线平抛运动实验器平抛运动实验器【实验器材实验器材】1.1.实验的基本思想实验的基本思想_。2.2.实验原理实验原理:(1)(1)用卡位法描点并绘制小球平抛运动的轨迹。用卡位法描点并绘制小球平抛运动的轨迹。(2)(2)
2、建立坐标系建立坐标系,测出轨迹上某点的坐标测出轨迹上某点的坐标x x、y,y,据据x=_,y=_x=_,y=_得初速度得初速度v v0 0=_=_。控制变量法控制变量法v v0 0t t21gt2gx2y【实验过程实验过程】一、实验步骤一、实验步骤1.1.安装实验器材安装实验器材:(1)(1)将带有斜槽的平抛运动实验器置于桌面上将带有斜槽的平抛运动实验器置于桌面上,装好平装好平抛轨道抛轨道,调整斜槽末端切线水平调整斜槽末端切线水平;然后然后,调节调平螺丝调节调平螺丝,观察重垂线或气泡水准观察重垂线或气泡水准,使面板处于竖直平面内使面板处于竖直平面内,卡好卡好定位板定位板,装置如图所示。装置如图
3、所示。(2)(2)给描迹记录纸衬垫一张复写纸或打字蜡纸给描迹记录纸衬垫一张复写纸或打字蜡纸,紧贴记紧贴记录面板用压纸板固定在面板上。录面板用压纸板固定在面板上。2.2.建立坐标系建立坐标系:把小球放在槽口处把小球放在槽口处,用铅笔记下小球在用铅笔记下小球在槽口槽口(斜槽末端斜槽末端)时球心所在描迹记录纸的投影点时球心所在描迹记录纸的投影点O,OO,O点点即为坐标原点即为坐标原点,用重垂线画出过坐标原点的竖直线用重垂线画出过坐标原点的竖直线,作作为为y y轴轴,画出过坐标原点水平向右的直线画出过坐标原点水平向右的直线,作为作为x x轴。轴。3.3.确定小球的位置确定小球的位置:(1)(1)把接球
4、挡板拉到最上方一格的位置。把接球挡板拉到最上方一格的位置。(2)(2)将定位板定在某一位置固定好将定位板定在某一位置固定好,小球紧靠定位板由小球紧靠定位板由静止释放静止释放,小球沿轨道向下运动小球沿轨道向下运动,以一定的初速度由轨以一定的初速度由轨道的平直部分水平抛出。道的平直部分水平抛出。(3)(3)下落的小球打在向记录面板倾斜的接球挡板上下落的小球打在向记录面板倾斜的接球挡板上,同同时在记录面板上留下一个印迹点。时在记录面板上留下一个印迹点。(4)(4)再将接球挡板向下拉一格再将接球挡板向下拉一格,重复上述操作方法重复上述操作方法,打出打出第二个印迹点第二个印迹点,如此继续下拉接球挡板如此
5、继续下拉接球挡板,直至最低点直至最低点,即即可得到平抛的小球下落时的一系列印迹点。可得到平抛的小球下落时的一系列印迹点。4.4.描点得轨迹描点得轨迹:取下描迹记录纸取下描迹记录纸,将描迹记录纸记下的将描迹记录纸记下的一系列点用平滑曲线连起来一系列点用平滑曲线连起来,即得到小球做平抛运动的即得到小球做平抛运动的轨迹。轨迹。【思考思考讨论讨论】除上述获得小球做平抛运动的轨迹的方法外除上述获得小球做平抛运动的轨迹的方法外,还可以如还可以如何获取平抛运动的轨迹何获取平抛运动的轨迹?(科学探究科学探究)提示提示:利用频闪照相法和喷水法获取平抛运动的轨迹。利用频闪照相法和喷水法获取平抛运动的轨迹。二、数据
6、处理二、数据处理1.1.判断平抛运动的轨迹是否为抛物线判断平抛运动的轨迹是否为抛物线:在在x x轴上作出等距离的几个点轴上作出等距离的几个点A A1 1、A A2 2、A A3 3向下作垂线向下作垂线,垂线与抛体轨迹的交点记为垂线与抛体轨迹的交点记为M M1 1、M M2 2、M M3 3用刻度尺测量用刻度尺测量各点的坐标各点的坐标(x,y)(x,y)。(1)(1)代数计算法代数计算法:将某点将某点(如如M M3 3点点)的坐标的坐标(x,y)(x,y)代入代入y=axy=ax2 2求出常数求出常数a,a,再将其他点的坐标代入此关系式看看等式再将其他点的坐标代入此关系式看看等式是否成立是否成立
7、,若等式对各点的坐标都近似成立若等式对各点的坐标都近似成立,则说明描则说明描绘得出的曲线为抛物线。绘得出的曲线为抛物线。(2)(2)图像法图像法:建立建立y-xy-x2 2坐标系坐标系,根据所测量的各个点的根据所测量的各个点的x x坐标值计算出对应的坐标值计算出对应的x x2 2值值,在坐标系中描点在坐标系中描点,连接各点连接各点看是否在一条直线上看是否在一条直线上,若大致在一条直线上若大致在一条直线上,则说明平则说明平抛运动的轨迹是抛物线。抛运动的轨迹是抛物线。2.2.计算初速度计算初速度:在小球平抛运动轨迹上选取分布均匀的在小球平抛运动轨迹上选取分布均匀的六个点六个点AA、B B、C C、
8、D D、E E、F,F,用刻度尺、三角板测出用刻度尺、三角板测出它们的坐标它们的坐标(x,y),(x,y),并记录在下面的表格中并记录在下面的表格中,已知已知g g值值,利利用公式用公式y=gty=gt2 2和和x=vx=v0 0t,t,求出小球做平抛运动的初速度求出小球做平抛运动的初速度v v0 0,最后算出最后算出v v0 0的平均值。的平均值。12【思考思考讨论讨论】如何获取以下物体平抛运动的初速度如何获取以下物体平抛运动的初速度?(科学思维科学思维)提示提示:在竖直方向上在竖直方向上,根据根据y=2L=gTy=2L=gT2 2得相等的时间间得相等的时间间隔为隔为:T=,:T=,物体平抛
9、运动的初速度为物体平抛运动的初速度为:v:v0 0=3 =3 。2Lg3LTgL2【误差分析误差分析】1.1.用轨迹法时斜槽末端没有水平用轨迹法时斜槽末端没有水平,使得小球离开斜槽后使得小球离开斜槽后不做平抛运动。不做平抛运动。2.2.描点不准确。描点不准确。3.3.在轨迹上量取某点坐标在轨迹上量取某点坐标(x,y)(x,y)时出现误差。时出现误差。【注意事项注意事项】1.1.斜槽安装斜槽安装:实验中必须调整斜槽末端的切线水平实验中必须调整斜槽末端的切线水平,将将小球放在斜槽末端水平部分小球放在斜槽末端水平部分,若没有明显的运动倾向若没有明显的运动倾向,斜槽末端的切线就水平了。斜槽末端的切线就
10、水平了。2.2.方木板固定方木板固定:方木板必须处于竖直平面内方木板必须处于竖直平面内,固定时要固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直。用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直。3.3.小球释放小球释放:(1)(1)小球每次必须从斜槽上同一位置滚下。小球每次必须从斜槽上同一位置滚下。(2)(2)小球开始滚下的位置高度要适中小球开始滚下的位置高度要适中,以使小球平抛运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。动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜。4.4.坐标原点坐标原点:坐标原点不是槽口的端点坐标原点不是槽口的端点,应是小球出槽应是小球出槽口时球心在木板上的投影点。口时球心在木板上的
11、投影点。5.5.初速度的计算初速度的计算:在轨迹上选取离坐标原点在轨迹上选取离坐标原点O O点较远的点较远的一些点来计算初速度。一些点来计算初速度。【思考思考讨论讨论】如图所示是此装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片如图所示是此装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片,由由照片可以判断实验操作错误的原因是什么照片可以判断实验操作错误的原因是什么?(科学科学探究探究)提示提示:斜槽末端没有调节切线水平。斜槽末端没有调节切线水平。类型一实验原理及操作类型一实验原理及操作【典例典例1 1】用如图用如图1 1所示装置研究平抛运动。将白纸和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
12、复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道轨道PQPQ滑下后从滑下后从Q Q点飞出点飞出,落在水平挡板落在水平挡板MNMN上。由于挡上。由于挡板靠近硬板一侧较低板靠近硬板一侧较低,钢球落在挡板上时钢球落在挡板上时,钢球侧面会钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板,重新释放钢球重新释放钢球,如此重复如此重复,白纸上将留下一系列痕迹点。白纸上将留下一系列痕迹点。(1)(1)下列实验条件必须满足的有下列实验条件必须满足的有_。A.A.斜槽轨道光滑斜槽轨道光滑B.B.斜槽轨道末段水平斜槽轨道末段水平C.C.挡板高度等间距变化挡板高度等间距变化D.D.每次
13、从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球(2)(2)为定量研究为定量研究,建立以水平方向为建立以水平方向为x x轴、竖直方向为轴、竖直方向为y y轴的坐标系。轴的坐标系。a.a.取平抛运动的起始点为坐标原点取平抛运动的起始点为坐标原点,将钢球静置于将钢球静置于Q Q点点,钢球的钢球的_(_(选填选填“最上端最上端”“”“最下端最下端”或或“球心球心”)对应白纸上的位置即为原点对应白纸上的位置即为原点;在确定在确定y y轴时轴时_(_(选填选填“需要需要”或或“不需要不需要”)y)y轴与重垂轴与重垂线平行。线平行。b.b.若遗漏记录平抛轨迹的起始点若遗漏记录平抛轨
14、迹的起始点,也可按下述方法处理也可按下述方法处理数据数据:如图如图2 2所示所示,在轨迹上取在轨迹上取A A、B B、C C三点三点,AB,AB和和BCBC的水的水平间距相等且均为平间距相等且均为x,x,测得测得ABAB和和BCBC的竖直间距分别是的竖直间距分别是y y1 1和和y y2 2,则则 _ (选填选填“大于大于”“”“等于等于”或或“小于小于”)。可求得钢球平抛的初速度。可求得钢球平抛的初速度v v0 0大小为大小为_(_(已知当地重力加速度为已知当地重力加速度为g,g,结果用结果用上述字母表示上述字母表示)。12yy13(3)(3)为了得到平抛物体的运动轨迹为了得到平抛物体的运动
15、轨迹,同学们还提出了以同学们还提出了以下三种方案下三种方案,其中可行的是其中可行的是_。A.A.从细管水平喷出稳定的细水柱从细管水平喷出稳定的细水柱,拍摄照片拍摄照片,即可得到即可得到平抛运动轨迹平抛运动轨迹B.B.用频闪照相法在同一底片上记录平抛钢球在不同时用频闪照相法在同一底片上记录平抛钢球在不同时刻的位置刻的位置,平滑连接各位置平滑连接各位置,即可得到平抛运动轨迹即可得到平抛运动轨迹C.C.将铅笔垂直于竖直的白纸板放置将铅笔垂直于竖直的白纸板放置,笔尖紧靠白纸板笔尖紧靠白纸板,铅笔以一定初速度水平抛出铅笔以一定初速度水平抛出,将会在白纸上留下笔尖的将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹平抛运
16、动轨迹【解析解析】根据平抛运动的规律根据平抛运动的规律:水平方向匀速直线运动水平方向匀速直线运动,竖直方向自由落体运动解答。竖直方向自由落体运动解答。(1)(1)本实验中要保证钢球飞出斜槽末端时的速度水平本实验中要保证钢球飞出斜槽末端时的速度水平,即钢球做平抛运动即钢球做平抛运动,且每次飞出时的速度应相同且每次飞出时的速度应相同,所以所以只要每次将钢球从斜槽上同一位置由静止释放即可只要每次将钢球从斜槽上同一位置由静止释放即可,故故B B、D D正确正确;(2)a.(2)a.平抛运动的起始点应为钢球静置于平抛运动的起始点应为钢球静置于Q Q点时点时,钢球的钢球的球心对应纸上的位置球心对应纸上的位
17、置,由于平抛运动在竖直方向做自由由于平抛运动在竖直方向做自由落体运动落体运动,所以在确定所以在确定y y轴时需要轴时需要y y轴与重垂线平行轴与重垂线平行;b.b.由初速度为零的匀加速直线运动规律即在相等时间由初速度为零的匀加速直线运动规律即在相等时间间隔内所通过的位移之比为间隔内所通过的位移之比为1 13 35 57 7可知可知,由于由于A A点不是抛出点点不是抛出点,所以所以 ;设设AB,BCAB,BC间所用的时间为间所用的时间为12yy13T,T,竖直方向有竖直方向有:y:y2 2-y-y1 1=gT=gT2 2,水平方向有水平方向有:x=v:x=v0 0T,T,联立解联立解得得:v:v
18、0 0=x ;=x ;21gyy(3)(3)细管细管A A始终在水面之下始终在水面之下,B,B就会喷出就会喷出稳定的细水柱稳定的细水柱,故可行。故可行。A A正确正确;用频闪照相法在同一底片上记录钢球用频闪照相法在同一底片上记录钢球不同时刻的位置即平抛运动的轨迹上的点不同时刻的位置即平抛运动的轨迹上的点,平滑连接在平滑连接在一起即为平抛运动轨迹一起即为平抛运动轨迹,所以此方案可行所以此方案可行,B,B正确正确;将铅将铅笔垂直于竖直的白板放置笔垂直于竖直的白板放置,以一定初速度水平抛出以一定初速度水平抛出,笔笔尖与白纸间有摩擦阻力尖与白纸间有摩擦阻力,所以铅笔做的不是平抛运动所以铅笔做的不是平抛
19、运动,故此方案不可行故此方案不可行,C,C错误。错误。答案答案:(1)B(1)B、D D(2)a.(2)a.球心需要球心需要b.b.大于大于x x (3)A(3)A、B B21gyy类型二数据处理类型二数据处理【典例典例2 2】(1)(1)在在“研究平抛物体的运动研究平抛物体的运动”的实验中的实验中,为为减小空气阻力对小球的影响减小空气阻力对小球的影响,选择小球时选择小球时,应选择下列应选择下列的的_。A.A.实心小铁球实心小铁球 B.B.空心铁球空心铁球C.C.实心小木球实心小木球D.D.以上三种球都可以以上三种球都可以(2)(2)在研究平抛运动的实验中在研究平抛运动的实验中,斜槽末端要斜槽
20、末端要_,_,且要求小球要从且要求小球要从_释放释放,现用现用一张印有小方格的纸记录轨迹一张印有小方格的纸记录轨迹,小方格边长小方格边长L=2.5 cm,L=2.5 cm,若小球在平抛运动途中的几个位置如图所示若小球在平抛运动途中的几个位置如图所示,小球由小球由A A到到B B位置的时间间隔为位置的时间间隔为_s,_s,小球平抛的小球平抛的初速度大小为初速度大小为_m/s_m/s。小球在。小球在B B点的速度为点的速度为_m/s_m/s。【解析解析】(1)(1)为了减小空气阻力对小球的影响为了减小空气阻力对小球的影响,要选择要选择体积较小质量较大的小球体积较小质量较大的小球,故选实心小铁球故选
21、实心小铁球,故故A A正正确确,B,B、C C、D D错误错误;(2)(2)在研究平抛运动的实验中在研究平抛运动的实验中,为保证小球做平抛运动为保证小球做平抛运动斜槽末端要水平斜槽末端要水平,为保证每次运动轨迹相同要求小球从为保证每次运动轨迹相同要求小球从同一位置释放同一位置释放,小球竖直方向做自由落体运动小球竖直方向做自由落体运动,有有:h=gTh=gT2 2,即为即为:L=gT:L=gT2 2,得得:T=s=0.05 s:T=s=0.05 s。小球初速度为小球初速度为:v v0 0=m/s=1 m/s;=m/s=1 m/s;B B位置竖直方向速度为位置竖直方向速度为:2L2.5 10g10
22、2x22.5 10T0.05v vy y=m/s=0.75 m/s;=m/s=0.75 m/s;则则B B点的速度为点的速度为:v vB B=m/s=1.25 m/s=m/s=1.25 m/s。答案答案:(1)A(1)A(2)(2)切线水平同一位置切线水平同一位置0.050.051 11.251.2523L32.5 102T20.0522220yvv10.75类型三实验创新类型三实验创新【典例典例3 3】如图所示如图所示,请利用频闪照相的方法请利用频闪照相的方法,设计实验方案测量设计实验方案测量平抛运动的速度。平抛运动的速度。1.1.实验创新思路实验创新思路:改进平抛运动轨迹上点迹的确定方改进
23、平抛运动轨迹上点迹的确定方式。式。2.2.实验步骤实验步骤:(1)(1)按照如图所示的装置组装实验器材按照如图所示的装置组装实验器材,并调节并调节_。(2)(2)让小球从斜槽上某点由让小球从斜槽上某点由_,_,从斜槽末端开始从斜槽末端开始做平抛运动。做平抛运动。斜槽末斜槽末端切线水平端切线水平静止释放静止释放(3)(3)由频闪照相法记录小球在不同时刻的位置。由频闪照相法记录小球在不同时刻的位置。(4)(4)用平滑的轨迹将小球的位置连起来。用平滑的轨迹将小球的位置连起来。(5)(5)以抛出点为坐标原点以抛出点为坐标原点,沿水平和竖直方向分别建立沿水平和竖直方向分别建立x x轴和轴和y y轴。轴。
24、(6)(6)测量运动轨迹上某点的水平和竖直位移。测量运动轨迹上某点的水平和竖直位移。3.3.误差分析误差分析:(1)(1)轨道要求轨道要求:轨道斜槽末端切线水平。轨道斜槽末端切线水平。(2)(2)坐标系原点的确定坐标系原点的确定:以小球静止在斜槽末端时以小球静止在斜槽末端时,球心在竖直面内的投影位置球心在竖直面内的投影位置为坐标原点。为坐标原点。【创新评价创新评价】凡事都是多棱镜,不同的角度会看到不同的结果。若能把一些事看淡了,就会有个好心境,若把很多事看开了,就会有个好心情。让聚散离合犹如月缺月圆那样寻常,凡事都是多棱镜,不同的角度会凡事都是多棱镜,不同的角度会看到不同的结果。若能把一些事看
25、淡了,就会有个好心境,若把很多事看开了,就会有个好心情。让聚散离合犹如月缺月圆那样寻常,让得失利弊犹如花开花谢那样自然,不计较,也不刻意执着;让生命中各种的喜怒哀乐,就像风儿一样,来了,不管是清风拂面,还是寒风凛冽,都报以自然的微笑,坦然的接受命运的馈赠,把是非曲折,都当作是人生的定数,不因攀比而困惑,不为贪婪而费神,无论欢乐还是忧伤,都用平常心去接受;无论得到还是失去,都用坦然的心去面对,人生原本就是在得与失中轮回的,让一切所有的经历,都化作脸上的云淡风轻。人的一生说白了,也就是三万余天,贫穷与富贵,都是一种生活境遇。懂得爱自己的人,对生活从来就没有过高的奢望,只是对生存的现状欣然接受。漠漠
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