2019届二轮复习　实验：研究平抛运动课件（37张）（全国通用） 37页

　实验：研究平抛运动 学习 目标 1. 知道用实验获得平抛运动轨迹的方法与步骤 . 2. 会根据平抛运动的轨迹计算平抛运动的初速度 . 3. 掌握描迹法、频闪照相法等探究实验的常用方法 . 考试要求 学考 选考 √ √ 内容索引 技能储备 明确原理 提炼方法 题型演练 学以致用 实训演练 达标检测 检测评价 达标过关 技能储备 一、描绘平抛运动的轨迹 1. 实验原理 用 法 ( 或喷水法 或 法 ) 得到物体平抛运动的轨迹 . 2. 实验器材 斜槽、小球 、 、 图钉 、 、 铅垂线、铅笔、白纸、铁架台 . 描迹 方木板 频闪照相 刻度尺 3. 实验步骤 (1) 按图 1 甲所示安装实验装置，使斜槽末端水平 ( 小球在斜槽末端恰好静止 ). 图 1 (2) 以水平槽末端端口上小球球心在 木板 上 的投影点为坐标原点 O ，过 O 点 画出竖 直 的 y 轴和水平的 x 轴 . (3) 使小球从斜槽 上 位置 由静止 滚 下，把 笔尖放在小球可能经过的位置上 ， 如果 小球运动中碰到笔尖，就用铅笔在该位置画上一点 . 用同样方法，在小球运动路线上描下若干点 . (4) 将白纸从木板上取下，从 O 点开始通过画出的若干点描出一 条 的 曲线，如图乙所示 . 图 1 同一 平滑 4. 注意事项 (1) 实验中必须调整斜槽末端 的切线 ( 将小球放在斜槽末端水平部分，若小球静止，则斜槽末端水平 ). (2) 方木板必须 处于 平面 内，固定时要用铅垂线检查坐标纸竖线 是否 . (3) 小球每次必须从斜槽 上 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木板上的投影点 . (5) 小球开始滚下的位置高度要适中，以使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 . 水平 竖直 竖直 同一 二、判断平抛运动的轨迹是不是抛物线 1. 数据处理 方法一　公式法 (1) 原理：若平抛运动的轨迹是抛物线，则当以抛出点为坐标原点，建立直角坐标系后，轨迹上各点的坐标应具有 y ＝ 的 关系，而且同一轨迹 a 是一个特定的值 . (2) 验证方法 用刻度尺测量几个点的 x 、 y 坐标，分别代入 y ＝ ax 2 中求出常量 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 . ax 2 方法二　图象法 建立 y － x 2 坐标系，根据所测量的各个点的 x 、 y 坐标值分别得到对应的 y 值和 x 2 值，在 y － x 2 坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，并求出该直线的斜率即为 a 值 . 2. 计算初速度 在小球平抛运动轨迹上任取一点，用刻度尺 ( 三角板 ) 测出它们的坐标 ( x ， y ) ，利用公式 y ＝ ____ 和 x ＝ ___ ， 求出小球做平抛运动的初速度 v 0 ( g 已知 ) ， 多 求几个点，然后求出 v 0 的平均值 . v 0 t 题型演练 一 、平 抛运动 的原理与实验操作 例 1 　 (2017· 浙江 4 月选考科目考试 ) 在 “ 研究平抛 运 动 ” 实验中 . (1) 图 2 是横挡条卡住平抛小球，用铅笔标注小球 最 高 点，确定平抛运动轨迹的方法，坐标原点应选 小 球 在斜槽末端点时的 ________. A. 球心 B . 球的 上端 C . 球的下端 在此实验中，下列说法正确的是 ________. A. 斜槽轨道必须 光滑 B . 记录的点应适当多一些 C. 用光滑曲线把所有的点连接 起来 D. y 轴的方向根据重锤线 确定 答案 √ √ √ 图 2 (2) 图 3 是利用图 2 装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片，由照片可判断实验操作错误的是 ________. A. 释放小球时初速度不为 0 B. 释放小球的初始位置不同 C. 斜槽末端切线不水平 √ 答案 图 3 图 2 (3) 图 4 是利用稳定的细水柱显示平抛运动轨迹的装置，其中正确的是 ________. 答案 √ 1. 为保证小球做平抛运动，必须使斜槽的末端水平 . 2. 为保证小球每次平抛的初速度相同，必须让小球从同一位置由静止释放，如果用细水柱显示轨迹，必须保证管口处的压强不变 . 归纳总结 二、计算平抛运动的初速度 计算平抛运动的初速度可以分为两种情况 (1) 平抛轨迹完整 ( 即含有抛出点 ) 在轨迹上任取一点，测出该点离坐标原点的水平位移 x 及竖直位移 y ，就可求出初速度 v 0 . (2) 平抛轨迹残缺 ( 即无抛出点 ) 在轨迹上任取三点 A 、 B 、 C ( 如图 5 所示 ) ，使 A 、 B 间 及 B 、 C 间的水平距离相等，由平抛运动的规律可知 A 、 B 间与 B 、 C 间所用时间相等，设为 t ，则 Δ h ＝ h BC － h AB ＝ gt 2 图 5 例 2 　某同学在做 “ 研究平抛运动 ” 实验时得到 了 如 图 6 所示的运动轨迹， a 、 b 、 c 三点的位置在 运动 轨迹 上已标出，则 ： (1) 小球平抛的初速度为 __m / s .( g 取 10 m / s 2 ) 图 6 2 解析 　 由 平抛运动公式，在 x 轴方向上 x ab ＝ v 0 T ，在竖直方向上 h bc － h ab ＝ gT 2 ，代入数据解得 T ＝ 0.1 s ， v 0 ＝ 2 m/s . 答案 解析 (2) 小球运动到 b 点时速度大小 v b ＝ _______ ， 方向 ___________________. 图 6 答案 解析 2.5 m/s 与 x 轴方向夹角为 37° (3) 小球抛出点的位置坐标 x ＝ _____cm ， y ＝ ______cm . 图 6 答案 解析 － 10 － 1.25 根据平抛运动轨迹测定初速度时，不要随便把题目所提供的第一个记录点当成平抛运动的抛出点 . 可利用自由落体运动在竖直方向上连续相同时间内下落高度之比为 1 ∶ 3 ∶ 5 … 的关系来判断第一个记录点是否为抛出点，若不是，只能由 Δ h ＝ gT 2 求出时间间隔 . 易错警示 三、创新实验设计 例 3 　某同学设计了一个研究平 抛 运动 的实验 . 实验装置示意图如图 7 甲 所示， A 是一块平面木板，在 其 上等 间隔地开凿出一组平行的 插槽 ( 图中 P 0 P 0 ′ 、 P 1 P 1 ′ 、 … ) ，槽 间距 离 均为 d . 把覆盖复写纸的白纸铺贴在平面硬板 B 上 . 实验时依次将 B 板插入 A 板的各插槽中，每次让小球从斜轨道的同一位置由静止释放 . 每打完一点后，把 B 板插入后一槽中并同时向纸面内侧平移距离 d . 实验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点，如图乙所示 . 图 7 (1) 实验前应对实验装置反复调节，直到 ________. 每次让小球从同一位置由静止释放，是为了 _____________________________________________. 图 7 答案 解析 答案 　 见解析 解析 　 本实验把小球通过的水平相等位移 ( 即槽间距离 d ) ，巧妙转化为题图中 x 轴上通过相同的位移 ( 即向纸内侧平移距离 d ) ，而竖直方向确定的落点为竖直位置，因而可画出平抛运动的轨迹 . 根据 实验设计方案，实验前应对实验装置进行调节，使斜轨道末端切线水平，以保证小球飞出时的速度沿水平方向，小球做平抛运动 . 每次让小球从同一位置由静止释放的目的是使小球每次做平抛运动的初速度相同，轨迹相同 . (2) 每次将 B 板向内侧平移距离 d ，是为了 ________________________. 图 7 答案 解析 答案 　 见解析 解析 　 每次将 B 板向内侧平移距离 d 是为了保持记录纸上每两点之间的水平距离相同 . (3) 在图乙中绘出小球做平抛运动的轨迹 . 图 7 答案 解析 答案 　 见解析 解析 　 如图所示 ( 注意要用平滑的曲线连接 ). 1. 本实验中，把小球的平抛运动的轨迹由纸面内转换到垂直纸面的平面内 . 2. B 板每向右平移距离 d ，同时向纸面内侧平移距离 d ，使转换具有等效性 . 创新点评 达标检测 1 2 3 1. ( 实验方案的设计 ) (2018· 浙江省名 校新高考研究联盟第二次联考 ) 在 探究平抛运动的规律时，可以 选用 如图 8 所示的各种装置图，则 以下操作 合理的 是 图 8 图 8 A. 选用装置图甲研究平抛物体的竖直分运动时，可多次改变小球距 地面 的 高度 ，但 必须控制每次打击的力度 不变 B. 选用装置图乙并要获得稳定的细水柱显示出平抛运动的轨迹，竖直管 上端 A 一定要低于水面 C . 选用装置图丙并要获得钢球做平抛运动的轨迹，每次不一定从斜槽 上 同 一位置由静止释放钢球 D. 选用装置图丙并要获得钢球做平抛运动的轨迹，要以槽口的端点为 原 点 建立 坐标系 答案 解析 √ 1 2 3 解析 　 要根据自由落体运动比较平抛运动竖直方向上的运动性质，与水平方向上的运动无关，而击打力度只影响水平方向上的速度，所以不需要控制每次的击打力度， A 错误 ； A 管内与大气相通，为外界大气压强， A 管在水面下保证 A 管上出口处的压强为大气压强，因而另一出水管的上端口处压强与 A 管上出口处的压强有恒定的压强差，保证另一出水管出水压强恒定，从而出水速度恒定， B 正确 ； 选用 装置图丙要获得钢球的平抛轨迹，每次一定要从斜槽上同一位置由静止释放钢球，这样才能保证初速度相同，故 C 错误 ； 建立 坐标系时，以斜槽末端端口上方小球球心在木板上的投影点为坐标原点， D 错误 . 1 2 3 2. ( 初速度的计算 ) (2018· 浙江 4 月选考科目考试 ) 图 9 是小球 做平抛运动的频闪照片，其上覆盖了一张 透 明方格纸 . 已知方格纸每小格的边长均为 0.80 cm. 由 图 可知小球 的初速度大小为 ___________________m /s ( g ＝ 10 m/ s 2 ，结果保留 两位有效数字 ). 答案 解析 0.70(0.66 ～ 0.74 均可 ) 图 9 1 2 3 解析 　 方法一 　水平方向做匀速直线运动，相邻两点间水平位移 3.5 l ＝ v 0 T 竖直方向 Δ y ＝ y 2 － y 1 ＝ 2 l ＝ gT 2 将 l ＝ 0.8 × 10 － 2 m 代入可得： v 0 ＝ 0.70 m/s 方法二 　四个位置间的竖直分位移之比为 1 ∶ 3 ∶ 5 ，故可知第一个球的位 置为抛出点 . 由 l ＝ gt 2 , 3.5 l ＝ v 0 t ，将 l ＝ 0.8 × 10 － 2 m 代入可得： v 0 ＝ 0.70 m/s 1 2 3 A. 让小球多次从 _____________ 释放 ，在一张印有 小 方格 的纸上记下小球经过的一系列位置，如图中 a 、 b 、 c 、 d 所示 . B. 安装好器材，注意 ___________________ ， 记下平抛初位置 O 点和过 O 点的水平线与竖直线 . C. 取下方格纸，以 O 为原点，以水平线为 x 轴，竖直线为 y 轴建立直角坐标系，用平滑曲线画出小球做平抛运动的轨迹 . (1) 完成上述步骤，将正确的答案填在横线上 . 3. ( 实验操作及速度的计算 ) 如图 10 所示，在 “ 研究平抛运动 ” 的实验中，可以描绘出小球平抛运动的轨迹，实验简要步骤如下： 答案 解析 图 10 同一位置静止 斜 槽末端切线水平 1 2 3 解析 　 这种 方法，需让小球重复同一个平抛运动多次，才能记录出小球的一系列位置，故必须让小球每次由同一位置静止释放．斜槽末端切线水平，小球才会做平抛运动． 1 2 3 (2) 上述实验步骤的合理顺序是 ____________. 答案 解析 图 10 答案 　 BAC (3) 已知图中小方格的边长 L ＝ 1.25 cm ，则小球平抛的初速度为 v 0 ＝ ______( 用 L 、 g 表示 ) ，其值是 ________.( 取 g ＝ 9.8 m/s 2 ) 0.7 m/s 解析 　 由 Δ y ＝ gT 2 得相邻两点之间的时间间隔 T ＝ ， 所以小球的 初速度 ， 代入数据得 v 0 ＝ 0.7 m/s. 1 2 3 (4) b 点的速度 v b ＝ ________.( 用 L 、 g 表示 ) 答案 解析 图 10 1 2 3