高中物理 第五章 曲線運(yùn)動 第3節(jié) 實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動課件 新人教必修2

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1、第第五五章章實(shí)驗(yàn)理論指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)理論指導(dǎo)典題案例典題案例導(dǎo)析導(dǎo)析題型一題型一題型二題型二第第3 3節(jié)節(jié)題型三題型三知能演練提升知能演練提升 三、實(shí)驗(yàn)器材三、實(shí)驗(yàn)器材 1描跡法描跡法 斜槽軌道、小鋼球、木板、白紙、圖釘、重錘、直尺、斜槽軌道、小鋼球、木板、白紙、圖釘、重錘、直尺、三角板、鉛筆等。三角板、鉛筆等。2噴水法噴水法 飲料瓶、瓶塞、兩端開口的細(xì)管飲料瓶、瓶塞、兩端開口的細(xì)管(其中一根彎成直角，其中一根彎成直角，其一端接一段更細(xì)的硬管其一端接一段更細(xì)的硬管)、白紙、木板。、白紙、木板。四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟 1描跡法描跡法 實(shí)驗(yàn)裝置如圖實(shí)驗(yàn)裝置如圖531所示，鋼球從所示，鋼球從斜槽上滾下，沖

2、過水平槽飛出后做平拋斜槽上滾下，沖過水平槽飛出后做平拋運(yùn)動。每次都使鋼球在斜槽的同一位置運(yùn)動。每次都使鋼球在斜槽的同一位置滾下，鋼球在空中做平拋運(yùn)動的軌跡就是一定的。用鉛筆滾下，鋼球在空中做平拋運(yùn)動的軌跡就是一定的。用鉛筆描出小球每次經(jīng)過的位置，通過多次實(shí)驗(yàn)，在豎直白紙上描出小球每次經(jīng)過的位置，通過多次實(shí)驗(yàn)，在豎直白紙上記錄鋼球經(jīng)過的多個(gè)位置，連起來可得到鋼球平拋運(yùn)動的記錄鋼球經(jīng)過的多個(gè)位置，連起來可得到鋼球平拋運(yùn)動的軌跡。軌跡。圖圖5 53 31 1 2噴水法噴水法 如圖如圖532所示，倒置的飲料瓶內(nèi)裝著所示，倒置的飲料瓶內(nèi)裝著水，瓶塞內(nèi)插著兩根兩端開口的細(xì)管，其中水，瓶塞內(nèi)插著兩根兩端開口

3、的細(xì)管，其中一根彎成水平，加上一個(gè)很細(xì)的噴嘴。一根彎成水平，加上一個(gè)很細(xì)的噴嘴。水從噴嘴中射出，在空中形成彎曲的細(xì)水從噴嘴中射出，在空中形成彎曲的細(xì)水柱，它顯示了平拋運(yùn)動的軌跡。將它描在背后的紙上，進(jìn)水柱，它顯示了平拋運(yùn)動的軌跡。將它描在背后的紙上，進(jìn)行分析處理。行分析處理。圖圖5 53 32 2 3頻閃照相法頻閃照相法 用數(shù)碼照相機(jī)可記錄下平拋運(yùn)動的用數(shù)碼照相機(jī)可記錄下平拋運(yùn)動的軌跡，如圖軌跡，如圖533所示。所示。由于相鄰兩幀照片間的時(shí)間間隔是由于相鄰兩幀照片間的時(shí)間間隔是相等的，只要測量相鄰兩照片上小球的相等的，只要測量相鄰兩照片上小球的水平位移，就很容易判斷平拋運(yùn)動水平水平位移，就很容

4、易判斷平拋運(yùn)動水平方向上的運(yùn)動特點(diǎn)。方向上的運(yùn)動特點(diǎn)。圖圖5 53 33 3 五、數(shù)據(jù)處理五、數(shù)據(jù)處理 1判斷平拋運(yùn)動的軌跡是拋物線判斷平拋運(yùn)動的軌跡是拋物線 (1)如圖如圖534所示，在所示，在x軸上作軸上作出等距離的幾個(gè)點(diǎn)出等距離的幾個(gè)點(diǎn)A1、A2、A3、，把線段把線段OA1的長度記為的長度記為L，那么，那么OA22L、OA33L、，過，過A1、A2、A3、向下作垂線，與軌跡的交點(diǎn)記為向下作垂線，與軌跡的交點(diǎn)記為M1、M2、M3、圖圖5 53 34 4 (2)設(shè)軌跡是一條拋物線，則設(shè)軌跡是一條拋物線，則M1、M2、M3、各點(diǎn)的各點(diǎn)的y坐標(biāo)與坐標(biāo)與x坐標(biāo)應(yīng)該具有的形式為坐標(biāo)應(yīng)該具有的形式為y

5、ax2，a是常量。是常量。(3)用刻度尺測量某點(diǎn)的用刻度尺測量某點(diǎn)的x、y兩個(gè)坐標(biāo)，代入兩個(gè)坐標(biāo)，代入yax2中，中，求出常量求出常量a。(4)測量其他幾個(gè)點(diǎn)的測量其他幾個(gè)點(diǎn)的x、y坐標(biāo)，代入上式，看由各點(diǎn)坐標(biāo)，代入上式，看由各點(diǎn)坐標(biāo)求出的坐標(biāo)求出的a值是否相等。如果在誤差允許范圍內(nèi)相等，值是否相等。如果在誤差允許范圍內(nèi)相等，就說明該曲線為拋物線。就說明該曲線為拋物線。六、注意事項(xiàng)六、注意事項(xiàng) (1)利用描跡法做實(shí)驗(yàn)時(shí)必須調(diào)整斜槽末端的切線沿水利用描跡法做實(shí)驗(yàn)時(shí)必須調(diào)整斜槽末端的切線沿水平方面。平方面。(2)方木板必須處于豎直平面內(nèi)，固定時(shí)要用重垂線檢方木板必須處于豎直平面內(nèi)，固定時(shí)要用重垂線

6、檢查坐標(biāo)紙豎線是否豎直。查坐標(biāo)紙豎線是否豎直。(3)小球每次必須從斜槽上同一位置滾下。小球每次必須從斜槽上同一位置滾下。(4)坐標(biāo)原點(diǎn)不能是槽口的端點(diǎn)，應(yīng)是小球出槽口時(shí)坐標(biāo)原點(diǎn)不能是槽口的端點(diǎn)，應(yīng)是小球出槽口時(shí)球心在木板上的投影點(diǎn)。球心在木板上的投影點(diǎn)。(5)小球開始滾下的位置高度要適中，以使小球做平小球開始滾下的位置高度要適中，以使小球做平拋運(yùn)動的軌跡由坐標(biāo)紙的左上角一直到達(dá)右下角為宜。拋運(yùn)動的軌跡由坐標(biāo)紙的左上角一直到達(dá)右下角為宜。(6)在軌跡上選取離坐標(biāo)原點(diǎn)在軌跡上選取離坐標(biāo)原點(diǎn)O點(diǎn)較遠(yuǎn)的一些點(diǎn)來計(jì)點(diǎn)較遠(yuǎn)的一些點(diǎn)來計(jì)算初速度。算初速度。七、誤差分析七、誤差分析 (1)用描跡法時(shí)斜槽末端沒

7、有水平，使得小球離用描跡法時(shí)斜槽末端沒有水平，使得小球離開斜槽后不做平拋運(yùn)動。開斜槽后不做平拋運(yùn)動。(2)描點(diǎn)不準(zhǔn)確。描點(diǎn)不準(zhǔn)確。(3)在軌跡上量取某點(diǎn)坐標(biāo)在軌跡上量取某點(diǎn)坐標(biāo)(x，y)時(shí)出現(xiàn)誤差。時(shí)出現(xiàn)誤差。八、它案設(shè)計(jì)八、它案設(shè)計(jì)對比實(shí)驗(yàn)法研究平拋運(yùn)動規(guī)律。對比實(shí)驗(yàn)法研究平拋運(yùn)動規(guī)律。實(shí)驗(yàn)裝置如圖實(shí)驗(yàn)裝置如圖535所示。所示。圖圖5 53 35 5 1研究水平方向上的分運(yùn)動的性質(zhì)研究水平方向上的分運(yùn)動的性質(zhì) (1)把兩個(gè)小鋼珠分別吸在電磁鐵把兩個(gè)小鋼珠分別吸在電磁鐵C、D上，切斷電源，上，切斷電源，使兩個(gè)小鋼珠以相同的初速度分別從軌道使兩個(gè)小鋼珠以相同的初速度分別從軌道A、B同時(shí)射出。同時(shí)

8、射出。(2)同步改變電磁鐵同步改變電磁鐵C、D與軌道出口水平線之間的高度，與軌道出口水平線之間的高度，多次重復(fù)以上步驟。多次重復(fù)以上步驟。我們看到兩個(gè)小鋼珠每次都發(fā)生相碰，因此可以得出兩我們看到兩個(gè)小鋼珠每次都發(fā)生相碰，因此可以得出兩個(gè)小鋼珠在水平方向的運(yùn)動是相同的，即平拋運(yùn)動在水平方個(gè)小鋼珠在水平方向的運(yùn)動是相同的，即平拋運(yùn)動在水平方向上的分運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動。向上的分運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動。2研究豎直方向上的分運(yùn)動的性質(zhì)研究豎直方向上的分運(yùn)動的性質(zhì) (1)把兩個(gè)小鋼珠分別吸在電磁鐵把兩個(gè)小鋼珠分別吸在電磁鐵C、E上，切斷電磁上，切斷電磁鐵鐵C的電源，使一只小鋼珠從軌道的電源，使一只小鋼珠從軌道

9、A射出，并在射出時(shí)碰射出，并在射出時(shí)碰撞開關(guān)撞開關(guān)S，使電磁鐵，使電磁鐵E斷電釋放它吸著的小鋼珠。斷電釋放它吸著的小鋼珠。(2)調(diào)整電磁鐵調(diào)整電磁鐵E的位置，讓電磁鐵的位置，讓電磁鐵E從從N向向M移動，移動，多次重復(fù)以上步驟。多次重復(fù)以上步驟。我們看到兩個(gè)小鋼珠每次都發(fā)生相碰，因此可以得我們看到兩個(gè)小鋼珠每次都發(fā)生相碰，因此可以得出兩個(gè)小鋼珠在豎直方向的運(yùn)動是相同的，即平拋運(yùn)動出兩個(gè)小鋼珠在豎直方向的運(yùn)動是相同的，即平拋運(yùn)動在豎直方向上的分運(yùn)動是自由落體運(yùn)動。在豎直方向上的分運(yùn)動是自由落體運(yùn)動。例例1在在“研究平拋運(yùn)動研究平拋運(yùn)動”的實(shí)驗(yàn)中，可以描繪平拋物體的實(shí)驗(yàn)中，可以描繪平拋物體運(yùn)動軌跡和

10、求物體的平拋初速度。實(shí)驗(yàn)簡要步驟如下：運(yùn)動軌跡和求物體的平拋初速度。實(shí)驗(yàn)簡要步驟如下：A.讓小鋼球多次從讓小鋼球多次從_位置上滾下，記下小球運(yùn)動位置上滾下，記下小球運(yùn)動途中經(jīng)過的一系列位置；途中經(jīng)過的一系列位置；B安裝好器材，注意斜槽末端水平和木板豎直，記下小安裝好器材，注意斜槽末端水平和木板豎直，記下小球在斜槽末端時(shí)球心在木板上的投影點(diǎn)球在斜槽末端時(shí)球心在木板上的投影點(diǎn)O和過和過O點(diǎn)的豎直線，點(diǎn)的豎直線，檢測斜槽末端水平的方法是檢測斜槽末端水平的方法是_。C測出曲線上某點(diǎn)的坐標(biāo)測出曲線上某點(diǎn)的坐標(biāo)x、y，用，用v0_算算出該小球的平拋初速度，實(shí)驗(yàn)需要對多個(gè)點(diǎn)求出該小球的平拋初速度，實(shí)驗(yàn)需要對

11、多個(gè)點(diǎn)求v0的值，然的值，然后求它們的平均值。后求它們的平均值。D取下白紙，以取下白紙，以O(shè)為原點(diǎn)，以豎直線為為原點(diǎn)，以豎直線為y軸建立坐標(biāo)軸建立坐標(biāo)系，用平滑曲線畫平拋軌跡。系，用平滑曲線畫平拋軌跡。上述實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是上述實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是_(只排列序號即可只排列序號即可)。解析解析A項(xiàng)中要記下小球運(yùn)動途中經(jīng)過的一系列位置，項(xiàng)中要記下小球運(yùn)動途中經(jīng)過的一系列位置，不可能在一次平拋中完成，每一次平拋一般只能確定一個(gè)不可能在一次平拋中完成，每一次平拋一般只能確定一個(gè)位置，要確定多個(gè)位置，要求小球每次的軌跡重合，小球位置，要確定多個(gè)位置，要求小球每次的軌跡重合，小球開始平拋時(shí)的初速度必須相

12、同，因此小球每次必須從同一開始平拋時(shí)的初速度必須相同，因此小球每次必須從同一位置上滾下。位置上滾下。B項(xiàng)中用平衡法，即將小球放到斜槽末端任一位置，如項(xiàng)中用平衡法，即將小球放到斜槽末端任一位置，如果斜槽末端是水平的，小球受到的支持力和重力是平衡的。果斜槽末端是水平的，小球受到的支持力和重力是平衡的。不論將小球放到斜槽末端任何位置，小球均不會滾動。如果不論將小球放到斜槽末端任何位置，小球均不會滾動。如果斜槽末端不是水平的，小球?qū)l(fā)生滾動。斜槽末端不是水平的，小球?qū)l(fā)生滾動。C項(xiàng)中運(yùn)用項(xiàng)中運(yùn)用xv0t及及ygt2聯(lián)立即可求得聯(lián)立即可求得v0 x 。例例2在研究平拋運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)中，在研究平拋運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)中

13、，用一張印有小方格的紙記錄軌跡，小方用一張印有小方格的紙記錄軌跡，小方格的邊長格的邊長L1.25 cm，若小球在平拋運(yùn)，若小球在平拋運(yùn)動途中的幾個(gè)位置如圖動途中的幾個(gè)位置如圖536中中a、b、c、d所示，則：所示，則：(1)小球做平拋運(yùn)動的初速度的計(jì)算小球做平拋運(yùn)動的初速度的計(jì)算式是什么式是什么(用用L、g表示表示)？其值是多少？其值是多少？(2)a點(diǎn)是平拋小球拋出點(diǎn)的位置嗎？點(diǎn)是平拋小球拋出點(diǎn)的位置嗎？如果不是，那么拋出點(diǎn)的位置怎樣確定？如果不是，那么拋出點(diǎn)的位置怎樣確定？圖圖5 53 36 6 例例3利用單擺驗(yàn)證小球平拋運(yùn)動規(guī)律，設(shè)計(jì)方案利用單擺驗(yàn)證小球平拋運(yùn)動規(guī)律，設(shè)計(jì)方案如圖如圖537

14、甲所示，在懸點(diǎn)甲所示，在懸點(diǎn)O正下方有水平放置的熾熱正下方有水平放置的熾熱的電熱絲的電熱絲P，當(dāng)懸線擺至電熱絲處時(shí)能輕易被燒斷；，當(dāng)懸線擺至電熱絲處時(shí)能輕易被燒斷；MN為水平木板，已知懸線長為為水平木板，已知懸線長為L，懸點(diǎn)與木板間的距離，懸點(diǎn)與木板間的距離OOh(hL)。圖圖5 53 37 7(1)電熱絲電熱絲P必須置于懸點(diǎn)正下方的理由是：必須置于懸點(diǎn)正下方的理由是：_。(2)將小球向左拉起后自由釋放，最后小球落在木板上的將小球向左拉起后自由釋放，最后小球落在木板上的C點(diǎn)，點(diǎn)，OCx，則小球做平拋運(yùn)動的初速度，則小球做平拋運(yùn)動的初速度v0_。(3)在其他條件不變的情況下，若改變釋放小球時(shí)懸線與在其他條件不變的情況下，若改變釋放小球時(shí)懸線與豎直方向間的夾角豎直方向間的夾角，小球落點(diǎn)與，小球落點(diǎn)與O點(diǎn)的水平距離點(diǎn)的水平距離x將隨之改變，將隨之改變，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，以經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，以x2為縱坐標(biāo)、為縱坐標(biāo)、cos 為橫坐標(biāo)，得到如圖為橫坐標(biāo)，得到如圖537乙所示圖像。則當(dāng)乙所示圖像。則當(dāng)30時(shí)，時(shí)，x_m。