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3实验:探究平抛运动的特点学习目标思维导图1.知道平抛运动的条件及相应控制方法。2.知道常见的几种获取平抛运动轨迹的方法。3.会根据平抛运动的轨迹探究物体的速度和位移随时间的变化关系。必备知识自我检测一、实验目的1.平抛运动: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。如果初速度是沿水平方向,这样的抛体运动就叫平抛运动。2.实验目的:探究物体做平抛运动的特点,即物体的速度或位移随时间的变化关系。二、实验思路平抛运动是曲线运动,我们可以尝试将它分解为水平方向的分运动和竖直方向的分运动。只要知道这两个方向的位移或速度随时间变化的关系,平抛运动的特点就清楚了。必备知识自我检测三、进行实验方案一、利用频闪照相或者录制视频的方法,记录物体做平抛运动时经过相等时间所到达的位置。方案二、设法描绘物体做平抛运动的轨迹,先研究水平方向的运动规律,再研究竖直方向的运动规律。必备知识自我检测1.在探究平抛运动的特点实验中,为减小空气阻力对小球运动的影响,应采用()A.实心小铁球B.空心小铁球C.实心小木球D.以上三种小球都可以解析:为减小空气阻力对小球运动的影响,阻力和球的重力相比越小,影响越小,故A选项正确。答案:A必备知识自我检测2.安装实验装置的过程中,斜槽末端的切线必须是水平的,这样做的目的是()A.保证小球飞出时,速度既不太大,也不太小B.保证小球飞出时,初速度方向水平C.保证小球在空中运动的时间每次都相等D.保证小球运动的轨迹是一条抛物线解析:平抛运动初速度的大小不是由斜槽末端是否水平决定的,而是由小球释放点到斜槽水平端的竖直高度决定的,故A项不正确;研究平抛物体的运动,旨在弄清物体在水平和竖直两个方向上怎样运动,必须保证小球抛出时速度是水平的,并非要研究小球在空中运动的时间,故B项正确,C项不正确;无论小球飞出的初速度是水平还是倾斜的,其运动轨迹都是一条抛物线,故D项不正确。答案:B探究一探究二随堂检测实验操作情景导引为获得物体做平抛运动的轨迹,你能想到哪些方法?要点提示:1.数码相机2.平抛运动实验仪知识归纳方案一、利用频闪照相或者录制视频的方法,记录物体做平抛运动轨迹的实验步骤1.让小球从水平桌面上飞出,在小球后面放置带方格的黑板做背景。2.用数码相机的摄像功能,拍摄小球从桌面飞出后做平抛运动的几张连续照片。3.利用Photoshop软件将多个影像合成为同一幅照片。探究一探究二随堂检测注意事项:1.保证相机静止不动。2.拍摄时光源用高效节能灯或更大功率的白炽灯。3.背景和小球之间的反差要大。方案二、利用平抛演示仪探究平抛运动的特点。步骤1.探究平抛运动竖直分运动的特点。1.把两个等大的金属小球放置在图中装置上。2.用小锤击打弹性金属片,观察两球的运动轨迹,确定它们落地时间的先后。3.分别改变小球距离地面的高度和小锤击打的力度,多次重复实验,确定它们落地时间的先后。4.若两小球总是同时落地,则表明平抛运动的竖直分运动是自由落体运动。探究一探究二随堂检测步骤2.探究平抛运动水平分运动的特点。1.将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上。2.按照图示安装实验装置,使斜槽末端水平。3.把水平槽末端上小球球心位置记录在白纸上。4.使小球从斜槽上同一位置由静止滚下,上下调节装置中的倾斜挡板N,使钢球落到上面,钢球挤压复写纸,在白纸上留下印迹。5.上下调节挡板N,重复步骤4,在白纸上记录钢球所经过的多个位置。6.用平滑曲线把这些印迹连接起来,就得到钢球做平抛运动的轨迹。7.以O点为坐标原点,水平方向为x轴、竖直方向为y轴建立平面直角坐标系。探究一探究二随堂检测8.在运动轨迹上取点A、B、C,在竖直方向上,满足yOA∶yAB∶yBC=1∶3∶5,若水平方向上,满足xOA=xAB=xBC,则表明平抛运动的水平分运动为匀速直线运动。探究一探究二随堂检测实例引导例1如图所示,在探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:A.让小球多次由释放,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.按图安装好器材,注意,记下平抛初位置O点和过O点的水平线与竖直线。探究一探究二随堂检测C.取下方格纸,以O为原点,以水平线为x轴,竖直线为y轴建立坐标系,用平滑曲线画出小球平抛运动的轨迹。(1)完成上述步骤,将答案填在横线上。(2)上述实验步骤的合理顺序是。解析:该实验需让小球重复同一个平抛运动轨迹多次,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。答案:(1)同一位置静止斜槽末端切线水平(2)BAC探究一探究二随堂检测变式训练1在探究平抛物体的运动的实验中:(1)为使小球水平抛出,必须调整斜槽,使其末端的切线成水平方向,检查方法是。(2)小球的位置必须及时记录在白纸上,然后从这一点画水平线和竖直线作为x轴和y轴。(3)某同学建立的直角坐标系如图所示,设他在安装实验装置和其他操作时准确无误,只有一处失误,即是。探究一探究二随堂检测解析:(1)斜槽末端水平时小球处处平衡,放在槽口能静止不动。(2)应记录小球抛出点的位置。(3)描绘小球的运动轨迹的起始位置时应描绘球心的位置,因此坐标原点应在平抛起点的球心位置,即坐标原点应该是小球在槽口时球心在白纸上的水平投影点。答案:(1)将小球放置在槽口处轨道上,小球能保持静止(2)抛出点(3)坐标原点应该是小球在槽口时球心在白纸上的水平投影点探究一探究二随堂检测实验数据处理和实验注意事项情景导引如果用数码相机已经描绘了平抛物体的运动轨迹,但没有记录抛出点,仅记录了竖直方向,能否计算出平抛运动的加速度?要点提示:可以计算出平抛运动的加速度。方法是在轨迹上取三个点,让相邻两点间的水平距离都是x,测量相邻两点间的竖直距离分别为y1和y2,根据y2-y1=aT2,T为频闪周期,可得加速度a。探究一探究二随堂检测知识归纳一、利用频闪照片探究平抛运动的规律1.判断平抛运动的轨迹是不是抛物线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,轨迹上各点的坐标具有y=ax2的关系,且同一轨迹上a是一个特定的值。②验证方法方法一:代入法用刻度尺测量几个点的x、y坐标,分别代入y=ax2中求出常数a,看计算得到的a值在误差范围内是否为一常数。方法二:图象法建立y-x2坐标系,根据所测量的各个点的x、y坐标值分别计算出对应y值的x2值,在y-x2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。探究一探究二随堂检测2.探究水平和竖直分运动的规律(1)以小球的第一张照片位置中心为原点O,水平方向为x轴、竖直方向为y轴建立平面直角坐标系。(2)小球其他照片位置中心依次为A、B、C、D…,过A、B、C、D点分别作x、y轴的垂线,在x、y轴上测量OA、AB、BC、CD之间的距离,记为xOA、yOA等。(3)在误差允许的范围内,若xOA=xAB=xBC=xCD,则表明平抛运动的水平分运动为匀速直线运动。(4)在误差允许的范围内,若yCD-yBC=yBC-yAB=yAB-yOA,根据(yCD+yBC)-(yAB+yOA)=4aT2,T为频闪周期,可得加速度a;若a=g(重力加速度),则表明平抛运动的竖直分运动为自由落体运动。探究一探究二随堂检测二、利用斜槽描绘平抛运动轨迹时的注意事项(1)斜槽安装:实验中必须调整斜槽末端切线水平,将小球放在斜槽末端水平部分,若能使小球静止,斜槽末端的切线就水平了。(2)方木板固定:方木板必须处于竖直平面内,检查坐标纸竖线是否竖直。(3)小球释放:①小球每次必须从斜槽上同一位置由静止滚下。②小球开始滚下的位置高度要适中,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。(4)坐标原点:坐标原点不是槽口的端点,而是小球出槽口时球心在木板上的投影点。探究一探究二随堂检测实例引导例2图甲是探究平抛运动特点的实验装置图。探究一探究二随堂检测(1)图乙是正确实验取得的数据,其中O为抛出点,若已知当地重力加速度为9.8m/s2,则此小球做平抛运动的初速度为m/s。(2)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,则该小球做平抛运动的初速度为m/s,B点的竖直分速度为m/s。(g取10m/s2)探究一探究二随堂检测解析:(1)由x=v0t,y=12gt2得v0=x𝑔2𝑦,将(32.0,19.6)代入得v0=0.32×9.82×0.196m/s=1.6m/s。(2)由题图丙可知,小球由A→B和由B→C所用时间相等,且有Δy=gT2,x=v0T,解得v0=1.5m/s,vBy=𝑦𝐴𝐶2𝑇=2m/s。答案:(1)1.6(2)1.52探究一探究二随堂检测变式训练2某同学在做平抛运动实验时得到了如图所示的运动轨迹,a、b、c三点的位置在运动轨迹上已标出。(g取10m/s2)则(1)小球平抛的初速度为m/s。(2)小球抛出点的位置坐标x=cm,y=cm。探究一探究二随堂检测解析:(1)由平抛运动公式,在x轴方向上xab=v0T,在竖直方向上hbc-hab=gT2,代入数据解得T=0.1s,v0=2m/s。(2)小球经过b点时竖直分速度vby=ℎ𝑎𝑐2𝑇=1.5m/s,小球从开始运动到经过b时历时tb=𝑣𝑏𝑦𝑔=0.15s,说明小球经过a点时已经运动了ta=0.05s,所以小球抛出点的坐标为x=-v0ta=-10cm;y=-12𝑔𝑡𝑎2=-1.25cm。答案:(1)2(2)-10-1.25探究一探究二随堂检测1.(多选)数码相机大多具有摄像功能,每秒钟拍摄大约15帧照片,一同学用它拍摄小球从水平面飞出后做平抛运动的几张连续照片,下列处理正确的是()A.只要测出相邻三照片上小球的距离,就能判断平抛运动的特点B.只要测出相邻三照片上小球的水平距离,就能判断平抛运动在水平方向上的运动特点C.只要测出相邻三照片上小球的竖直距离,就能判断平抛运动在水平方向上的运动特点D.只要测出相邻三照片上小球的竖直距离,就能判断平抛运动在竖直方向上的运动特点解析:连续照片之间的时间间隔已知道,因此只需测量两个方向上的对应距离,即可研究两个分运动的性质。答案:BD探究一探究二随堂检测2.三个同学根据不同的实验条件,进行了“探究平抛运动规律”的实验。(1)a同学采用如图甲所示的装置。用小锤打击弹性金属片,金属片把A球沿水平方向弹出,同时B球被松开,自由下落,观察到两球同时落地,改变小锤打击的力度,即改变A球被弹出时的速度,两球仍然同时落地,这说明。探究一探究二随堂检测(2)b同学采用如图乙所示的装置。两个相同的弧形轨道M、N分别用于发射小铁球P、Q,其中N的末端与光滑的水平板相切,两轨道上端分别装有电磁铁C、D。调节电磁铁C、D的高度,使AC=BD,从而保证小铁球P、Q在轨道出口处的水平初速度v0相等。现将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上,然后切断电源,使两小铁球能以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的下端射出。实验可观察到P、Q两球相碰。仅仅改变弧形轨道M、N的高度,重复上述实验,仍能观察到相同的现象,这说明。(3)c同学采用频闪照相的方法拍摄到如图丙所示的“小球做平抛运动”的照片。图中每个小方格的边长为10cm,则由图可求得该小球做平抛运动的初速度大小为m/s。(g取10m/s2)探究一探究二随堂检测解析:(1)在打击金属片时,两小球同时分别做平抛运动与自由落体运动,结果同时落地,则说明平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动。(2)让两小球同时从相同的弧形轨道上的相同高度滚下,从而使两小球同时滚离轨道并具有相同的速度。小球P做平抛运动,小球Q做匀速直线运动,两小球相遇则说明平抛运动在水平方向的分运动是匀速直线运动。(3)平抛运动可看成竖直方向的自由落体运动与水平方向的匀速直线运动的合运动。在竖直方向上,由Δh=gt2可得t=Δℎ𝑔=2𝐿-𝐿𝑔=0.1s