高中物理(人教版)必修二课件:第5章 第3节 实验:研究平抛运动
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3实验:探究平抛运动的特点1.某种“探究平抛运动的特点”的实验装置如图所示:(1)当a小球从斜槽末端水平飞出时与b小球离地面的高度均为H,此瞬间电路断开使电磁铁释放b小球,最终两小球同时落地,改变H大小,重复实验,a、b仍同时落地,该实验结果可表明________。
A.两小球落地速度的大小相同B.两小球在空中运动的时间相等C.a小球在竖直方向的分运动与b小球的运动相同D.a小球在水平方向的分运动是匀加速直线运动(2)利用该实验装置研究a小球平抛运动的速度,从斜槽同一位置释放小球,实验得到小球运动轨迹中的三个点A、B、C,如图所示,图中O为抛出点,B点在两坐标线交点,坐标x B=40 cm,y B=20 cm,则a小球水平飞出时的初速度大小为v0=________ m/s;平抛小球在B点处的瞬时速度的大小为v B=________ m/s(g=10 m/s2)。
解析:(1)a球做平抛运动,b球做自由落体运动,实验现象是两球同时落地,改变H,a、b两球仍然是同时落地,可知两个小球在空中运动的时间相等,a球在竖直方向上的运动规律与b球相同,即平抛运动在竖直方向上做自由落体运动,故B、C正确,A、D错误。
(2)由B点的坐标知,图中每格长10 cm,根据Δy=gT2得相等的时间间隔为:T=Δyg=0.110s=0.1 s,则小球平抛运动的初速度为:v0=xT=0.20.1m/s=2.0 m/s。
B点的竖直分速度为:v By=y AC2T=0.40.2m/s=2.0 m/s,根据平行四边形定则知,B点的速度为:v B=v02+v By2=4+4m/s=22m/s。
答案:(1)BC(2)2.0222.(1)图甲所示为频闪摄影方法拍摄的探究物体做平抛运动的特点的照片,图中B、C为两个同时由同一点出发的小球。
BB′为B球以速度v被水平抛出后的运动轨迹;CC′为C球自由下落的运动轨迹,通过分析上述两条轨迹可得出结论:________________________________________________________________________。
3.实验:探究平抛运动的特点一、实验目的1.会用实验的方法研究平抛运动的两个分运动。
2.学会用实验的方法描绘平抛运动的轨迹。
3.根据平抛运动的轨迹求平抛初速度。
二、实验思路1.把复杂的曲线运动分解为不同方向上两个相对简单的直线运动。
2.平抛运动的分解方法:(1)平抛运动的特点物体是沿着水平方向抛出的,在运动过程中只受到竖直向下的重力作用。
(2)分解方法分解为水平方向的分运动和竖直方向的分运动。
实验方案方案一:分别研究水平和竖直方向分运动的规律1.探究平抛运动竖直分运动的特点:【实验步骤】(1)如图,用小锤击打弹性金属片后,A球沿水平方向抛出,做平抛运动,同时B球被释放,自由下落,做自由落体运动。
(2)观察两球的运动轨迹,比较它们落地时间的先后。
(3)分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度,多次重复实验,记录实验现象。
【数据收集与分析】根据A球与B球落地时间的先后,得出平抛运动竖直分运动的规律。
2.探究平抛运动水平分运动的特点:【实验步骤】(1)如图,钢球在斜槽M中从某一高度滚下,从末端飞出后做平抛运动(实验前,先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上)。
(2)钢球飞出后,落到挡板N上,在白纸上记录钢球此时的位置。
(3)上下调节挡板N,通过多次实验,在白纸上记录钢球所经过的多个位置。
(4)用平滑的曲线把这些印迹连接起来,得到钢球做平抛运动的轨迹。
【数据收集与分析】根据平抛运动的轨迹,设法确定相等的时间间隔,再看相等的时间内水平分运动的位移,进而确定水平分运动的规律。
方案二:利用频闪照相法探究平抛运动的特点1.实验原理:数码相机每秒拍下小球做平抛运动时的十几帧或几十帧照片,将照片上不同时刻的小球的位置连成平滑曲线,便得到小球的运动轨迹,如图所示,由于相邻两帧照片间的时间间隔相等,只要测出相邻两帧照片上小球位置间的水平距离和竖直距离,就很容易判断平抛运动在水平方向和竖直方向的运动特点。
2.数据处理:(1)建立以抛出点为坐标原点,以小球水平抛出时的初速度方向为x轴正方向,以竖直向下为y轴正方向的直角坐标系。
5.3 实验:探究平抛运动的特点基础知识梳理一、抛体运动和平抛运动1.抛体运动:以一定的速度将物体抛出,在空气阻力可以忽略的情况下,物体只受作用的运动.2.平抛运动:初速度沿方向的抛体运动.3.平抛运动的特点:(1)初速度沿水平方向;(2)只受作用.二、实验:探究平抛运动的特点【实验思路】(1)基本思路:根据运动的分解,把平抛运动分解为不同方向上两个相对简单的运动,分别研究物体在这两个方向的运动特点.(2)平抛运动的分解:可以尝试将平抛运动分解为方向的分运动和方向的分运动.【进行实验】方案一:频闪照相(或录制视频)的方法(1)通过频闪照相(或视频录制),获得小球做平抛运动时的频闪照片(如图所示);(2)以抛出点为原点,建立直角坐标系;(3)通过频闪照片描出物体经过时间间隔所到达的位置;(4)测量出经过T,2T,3T,…时间内小球做平抛运动的位移和位移,并填入表格;(5)分析数据得出小球水平分运动和竖直分运动的特点.方案二:分别研究水平和竖直方向分运动规律步骤1:探究平抛运动竖直分运动的特点图2(1)如图2所示,用小锤击打弹性金属片后,A球做运动;同时B球被释放,做运动.观察两球的运动轨迹,听它们落地的声音.(2)改变小球距地面的高度和小锤击打的力度,即改变A球的初速度,发现两球同时落地,说明平抛运动在竖直方向的分运动为运动.步骤2:探究平抛运动水平分运动的特点1.装置和实验(1)如图所示,安装实验装置,使斜槽M末端水平,使固定的背板竖直,并将一张白纸和复写纸固定在背板上,N为水平装置的可上下调节的向背板倾斜的挡板.(2)让钢球从斜槽上某一高度滚下,从末端飞出后做平抛运动,使小球的轨迹与背板.钢球落到倾斜的挡板N上,挤压复写纸,在白纸上留下印迹.(3) 调节挡板N,进行多次实验,每次使钢球从斜槽上同一位置由静止滚下,在白纸上记录钢球所经过的多个位置.(4)以斜槽水平末端端口处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.(5)取下纸,用平滑的曲线把这些印迹连接起来,得到钢球做平抛运动的轨迹.(6)根据钢球在竖直方向是自由落体运动的特点,在轨迹上取竖直位移为y、4y、9y…的点,即各点之间的时间间隔,测量这些点之间的水平位移,确定水平方向分运动特点.(7)结论:平抛运动在相等时间内水平方向相等,平抛运动水平方向为运动.2.注意事项:(1)实验中必须调整斜槽末端的(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)背板必须处于,固定时要用铅垂线检查坐标纸竖线是否竖直.(3)小球每次必须从斜槽上由静止释放.(4)坐标原点不是槽口的端点,应是小球出槽口时钢球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坐标纸的一直到达为宜.【参考答案】重力水平重力直线水平竖直平抛自由落体自由落体平行上下坐标 相等 位移 匀速直线 切线水平 竖直面内 同一位置 左上角 右下角考点一:平抛运动概念、性质、条件、特征【例1】2022年2月15日,北京冬奥会单板滑雪男子大跳台决赛中,中国选手苏翊鸣夺得冠军。