实验五研究平抛物体的运动(新课标复习资料)

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1、第1页 第1页 实验五实验五 研究平抛物体的运动研究平抛物体的运动第一关第一关:基础关基础关 展望高考展望高考第2页 第2页 基础知识基础知识(一一)实验目的实验目的(1)用描迹法描出平抛物体的运动轨迹用描迹法描出平抛物体的运动轨迹.(2)求出平抛物体的初速度求出平抛物体的初速度.第3页 第3页 (二二)实验原理实验原理(1)平抛运动可以看作是由两个分运动合成平抛运动可以看作是由两个分运动合成,一个是在水平方一个是在水平方向上的匀速直线运动向上的匀速直线运动,其速度等于平抛物体运动的初速度其速度等于平抛物体运动的初速度,另一个是在竖直方向上的自由落体运动另一个是在竖直方向上的自由落体运动.(2

2、)在水平分运动中在水平分运动中,运用运用x=vt;在竖直分运动中在竖直分运动中,运用运用y=gt2或或y=gT2. 第4页 第4页 (三三)实验器材实验器材斜槽斜槽(附挡球板和重锤线附挡球板和重锤线) 水准仪水准仪 小钢球小钢球 木板木板 竖直固定支竖直固定支架架 刻度尺刻度尺 三角板三角板 白纸白纸 图钉图钉 定点用的有孔卡片定点用的有孔卡片 重锤线重锤线 铅笔等铅笔等.第5页 第5页 (四四)实验步骤实验步骤(1)描述平抛物体运动的轨迹描述平抛物体运动的轨迹将斜槽放在桌面上将斜槽放在桌面上,让其末端伸出桌面边缘外让其末端伸出桌面边缘外.借助水准仪借助水准仪调节末端调节末端,使槽末端切线水平

3、使槽末端切线水平,随之将其固定随之将其固定,如图所示如图所示.用图钉将白纸钉在木板上用图钉将白纸钉在木板上,让木板左上方靠近槽口处桌面让木板左上方靠近槽口处桌面边缘边缘,用支架将木板竖直固定用支架将木板竖直固定,使小球滚下飞出槽口后的轨使小球滚下飞出槽口后的轨迹平面跟板面平行迹平面跟板面平行.将小球飞出斜槽末端时的球心位置水平投影到白纸上描点将小球飞出斜槽末端时的球心位置水平投影到白纸上描点O,并过并过O沿重锤线用直尺描出竖直方向沿重锤线用直尺描出竖直方向.第6页 第6页 第7页 第7页 选择钢球从槽上滚下的合适初位置选择钢球从槽上滚下的合适初位置Q,在在Q点放上挡球板点放上挡球板.将小球从斜

4、槽上释放将小球从斜槽上释放,用中心有孔的卡片靠在纸面上并沿用中心有孔的卡片靠在纸面上并沿纸面移动纸面移动,当飞行的小球顺利地穿过卡片小孔时当飞行的小球顺利地穿过卡片小孔时,在小孔靠在小孔靠近纸面所在处做记号近纸面所在处做记号;重复该步骤重复该步骤,描下至少描下至少5个不同位置个不同位置的对应点的对应点.把白纸从木板上取下来把白纸从木板上取下来,将前面描述的一系列点用平滑的将前面描述的一系列点用平滑的曲线连接起来曲线连接起来,即为小球平抛运动的轨迹即为小球平抛运动的轨迹.第8页 第8页 (2)求小球平抛的初速度求小球平抛的初速度以以O为坐标原点为坐标原点,用三角板在白纸上建立用三角板在白纸上建立

5、xOy坐标系坐标系.在轨迹上选取点在轨迹上选取点M,并测出它的坐标值并测出它的坐标值(x,y),代入公式代入公式vx=x计算水平初速度计算水平初速度.再在曲线上选取不同点再在曲线上选取不同点,重复步骤重复步骤(2),测量测量 计算水平初速计算水平初速度度,最后求出其平均值最后求出其平均值,即为小球平抛初速度的测量值即为小球平抛初速度的测量值. 第9页 第9页 第二关第二关:技法关技法关 解读高考解读高考解题技法解题技法第10页 第10页 一一 实验操作技巧实验操作技巧技法讲解技法讲解1.实验中必须保证通过斜槽末端端点的切线水平实验中必须保证通过斜槽末端端点的切线水平,木板必须处木板必须处在竖直

6、平面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行在竖直平面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行,并并使小球的运动靠近木板但不接触使小球的运动靠近木板但不接触.2.小球必须每次从斜槽上同一位置滚下小球必须每次从斜槽上同一位置滚下,为此在斜槽上固定一为此在斜槽上固定一个挡板个挡板,每次都从挡板处无初速释放小球每次都从挡板处无初速释放小球.第11页 第11页 3.坐标原点坐标原点(小球做平抛运动的起点小球做平抛运动的起点)不是槽口的端点不是槽口的端点,应是小应是小球在槽口时球在槽口时,球心在木板上的水平投影点球心在木板上的水平投影点.4.要在斜槽上适当的高度释放小球要在斜槽上适当的高度释放小球,使它水平抛出

7、后其轨迹由使它水平抛出后其轨迹由木板左上角到达右下角木板左上角到达右下角,这样可以减小测量误差这样可以减小测量误差.5.要在平抛轨迹上选取距要在平抛轨迹上选取距O点远些的点来计算球的初速度点远些的点来计算球的初速度,这这样可使结果的误差较小样可使结果的误差较小.第12页 第12页 典例剖析典例剖析第13页 第13页 【例例1】 在做在做“研究平抛运动研究平抛运动”的实验时的实验时,让小球多次沿同让小球多次沿同一轨道运动一轨道运动,通过描点法画小球做平抛运动的轨迹通过描点法画小球做平抛运动的轨迹.为了能为了能较准确地描绘运动轨迹较准确地描绘运动轨迹,下面列出了一些操作要求下面列出了一些操作要求,

8、将你认将你认为正确的选项前面的字母填在横线上为正确的选项前面的字母填在横线上:_.(a)通过调节使斜槽的末端保持水平通过调节使斜槽的末端保持水平(b)每次释放小球的位置必须不同每次释放小球的位置必须不同(c)每次必须由静止释放小球每次必须由静止释放小球第14页 第14页 (d)记录小球位置用的木条记录小球位置用的木条(或凹槽或凹槽)每次必须严格地等距离每次必须严格地等距离下降下降(e)小球运动时不应与木板上的白纸小球运动时不应与木板上的白纸(或方格纸或方格纸)相接触相接触(f)将球的位置记录在纸上后将球的位置记录在纸上后,取下纸取下纸,用直尺将点连成折线用直尺将点连成折线 第15页 第15页

9、解析解析 只有斜槽的末端保持水平只有斜槽的末端保持水平,小球才具有水平初速度小球才具有水平初速度,其运动才是平抛运动其运动才是平抛运动.每次由静止释放小球每次由静止释放小球,是为了使小球是为了使小球有相同的初速度有相同的初速度.如果小球在运动过程中与木板上的白纸如果小球在运动过程中与木板上的白纸相接触就会改变它的运动相接触就会改变它的运动,便不是平抛运动便不是平抛运动.故故(a)(c)(e)选项正确选项正确.第16页 第16页 (b)选项中选项中,每次释放小球的位置必须相同每次释放小球的位置必须相同,以保证小球有相以保证小球有相同的水平初速度同的水平初速度.(d)选项中选项中,因平抛运动竖直分

10、运动是自因平抛运动竖直分运动是自由落体运动由落体运动,是加速运动是加速运动,在相同时间里在相同时间里,随着运动的进行随着运动的进行,位移越来越大位移越来越大,因此木条下降的距离不应是等距的因此木条下降的距离不应是等距的.(f)应将各点用平滑的曲线连接起来应将各点用平滑的曲线连接起来.答案答案 (a)(c)(e) 第17页 第17页 二二 利用平抛运动两分运动的特点求初速度利用平抛运动两分运动的特点求初速度 轨迹上某点的轨迹上某点的速率速率 确定抛出点坐标确定抛出点坐标技法讲解技法讲解(1)水平方向水平方向:x=v0t竖直方向竖直方向:y=gt2,vy=gt(2)轨迹上某点的速率轨迹上某点的速率

11、 (3)若取连续相等的时间间隔若取连续相等的时间间隔T,竖直方向连续相等的时间间隔竖直方向连续相等的时间间隔内位移之差等于常数内位移之差等于常数.即即y=gT2第18页 第18页 (4)竖直方向的一段分位移竖直方向的一段分位移,中间时刻的瞬时速度等于这段时中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度间内的平均速度.第19页 第19页 典例剖析典例剖析第20页 第20页 【例例2】 如图所示如图所示,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,用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,小方格的边长小方格的边长l=1.25 cm.若小球在平抛运动途中的几个位置如图中

12、的若小球在平抛运动途中的几个位置如图中的a b c d所示所示,则小球平抛的初速度的计算式为则小球平抛的初速度的计算式为(用用l和和g表示表示)_,其值是其值是_(g=9.8 m/s2),小球在小球在b点点的速率是的速率是_.0.70 m/s0.875 m/s第21页 第21页 解析解析 平抛运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直平抛运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动即初速度为零的匀加速直线运方向的自由落体运动即初速度为零的匀加速直线运动动.当应用公式当应用公式v0=sx/t,sy=gt2/2时时,必须已知必须已知(或从图中得到或从图中得到)从抛从抛出点开始算起的水平

13、位移出点开始算起的水平位移sx和竖直位移和竖直位移sy.本题通过分析图象本题通过分析图象可知可知,a点不是抛出点点不是抛出点,所以不能用上式求所以不能用上式求,但但a b c d每相邻两每相邻两点之间的时间间隔是相等的点之间的时间间隔是相等的,设为设为T,又根据匀变速直线运动连又根据匀变速直线运动连续相等时间内位移差续相等时间内位移差s=at2可得可得s=gT2 l=gT2第22页 第22页 第23页 第23页 第三关第三关:训练关训练关 笑对高考笑对高考随堂随堂训练训练第24页 第24页 1.如图所示如图所示,在研究平抛运动时在研究平抛运动时,小球沿轨道滑下小球沿轨道滑下,离开轨道末离开轨道

14、末端端(末端水平末端水平)时时,撞开轻质接触式开关撞开轻质接触式开关S,被电磁铁吸住的被电磁铁吸住的小球小球B同时自由下落同时自由下落,改变整个装置的高度改变整个装置的高度H做同样的实验做同样的实验,发现位于同一高度的发现位于同一高度的A B两球总是同时落地两球总是同时落地,该实验现象该实验现象说明了说明了A球离开轨道后球离开轨道后( )第25页 第25页 A.水平方向的分运动是匀速直线运动水平方向的分运动是匀速直线运动B.水平方向的分运动是匀加速直线运动水平方向的分运动是匀加速直线运动C.竖直方向的分运动是自由落体运动竖直方向的分运动是自由落体运动D.竖直方向的分运动是匀速直线运动竖直方向的

15、分运动是匀速直线运动解析解析:A球平抛的同时球平抛的同时,B球自由下落球自由下落,有两球在同一高度上有两球在同一高度上,又又两球总是同时落地两球总是同时落地,这只能说明这只能说明A球在抛出后竖直方向上的球在抛出后竖直方向上的分运动是自由落体运动分运动是自由落体运动,但不能说明但不能说明A球的水平分运动是匀球的水平分运动是匀速直线运动速直线运动,解题时千万不能凭主观想象来判断解题时千万不能凭主观想象来判断.答案答案:C第26页 第26页 2.安装实验装置的过程中安装实验装置的过程中,斜槽末端的切线必须是水平的斜槽末端的切线必须是水平的,这这样做的目的是样做的目的是( )A.保证小球飞出时保证小球

16、飞出时,速度既不太大速度既不太大,也不太小也不太小B.保证小球飞出时保证小球飞出时,初速度水平初速度水平C.保证小球在空中运动的时间每次都相等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保证小球运动的轨迹是一条抛物线解析解析:实验为研究平抛运动的规律实验为研究平抛运动的规律.答案答案:B第27页 第27页 3.某研究性学习小组在做某研究性学习小组在做“探究平抛物体运动规律探究平抛物体运动规律”的实验的实验时时,通过描点法画出小球平抛运动的轨迹通过描点法画出小球平抛运动的轨迹,并求出平抛运动并求出平抛运动的初速度的初速度.实验装置如图所示实验装置如图所示.关于这个实验关于

17、这个实验,以下说法中正确的是以下说法中正确的是( )第28页 第28页 A.小球释放的初始位置越高越好小球释放的初始位置越高越好B.每次小球要从同一高度由静止释放每次小球要从同一高度由静止释放C.实验前要用重垂线检查坐标纸上的竖线是否竖直实验前要用重垂线检查坐标纸上的竖线是否竖直D.小球的平抛运动要靠近木板但不接触小球的平抛运动要靠近木板但不接触第29页 第29页 解析解析:在做在做“探究平抛物体运动规律探究平抛物体运动规律”的实验中的实验中,初始位置的初始位置的高低对选取轨迹有影响要求小球每次都要从同一高度由静高低对选取轨迹有影响要求小球每次都要从同一高度由静止释放止释放,以确保小球以同样大

18、小的初速度平抛以确保小球以同样大小的初速度平抛.实验前用重实验前用重垂线检查坐标纸上的竖线是否竖直垂线检查坐标纸上的竖线是否竖直,是为了保证在处理数是为了保证在处理数据时纵横坐标正确表达小球的水平和竖直方向上的位移据时纵横坐标正确表达小球的水平和竖直方向上的位移.另外小球做平抛运动时要靠近木板另外小球做平抛运动时要靠近木板,但不能与木板接触但不能与木板接触,若若与木板接触与木板接触,会使小球与木板之间产生摩擦而影响测量精会使小球与木板之间产生摩擦而影响测量精度度.答案答案:BCD第30页 第30页 4.如图为研究小球的平抛运动时拍摄的闪光照片的一部分如图为研究小球的平抛运动时拍摄的闪光照片的一

19、部分,其其背景是边长为背景是边长为5 cm的小方格的小方格,重力加速度重力加速度g取取10 m/s2.由由图可知图可知:小球从小球从A点运动到点运动到B点经历的时间点经历的时间_(填填“小于小于” “等于等于”或或“大于大于”)从从B点运动到点运动到C点经历的点经历的时间时间;照相机的闪光频率为照相机的闪光频率为_Hz;小球抛出时的初小球抛出时的初速度大小为速度大小为_m/s.等于等于102.5第31页 第31页 解析解析:该实验考查的是平抛运动中闪光照片图象该实验考查的是平抛运动中闪光照片图象.从从A B C三三点之间的水平间距相等可以看出点之间的水平间距相等可以看出B是是A C两点之间的中

20、点两点之间的中点时刻时刻,在竖直方向上由在竖直方向上由h=gT2可以得出闪光周期为可以得出闪光周期为0.1 s,所以闪光频率为所以闪光频率为10 Hz,抛出时候的初速度为抛出时候的初速度为2.5 m/s.第32页 第32页 5.在做在做“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,为了确定小球在不为了确定小球在不同时刻所通过的位置同时刻所通过的位置,实验时用如下图所示的装置实验时用如下图所示的装置,先将斜先将斜槽轨道的末端调整水平槽轨道的末端调整水平,在一块平木板表面钉上复写纸和在一块平木板表面钉上复写纸和白纸白纸,并将该木板竖直立于槽口附近处并将该木板竖直立于槽口附近处.使小球从

21、斜槽上紧使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放靠挡板处由静止释放,小球撞到木板并在白纸上留下痕迹小球撞到木板并在白纸上留下痕迹A;将木板向远离槽口平移距离将木板向远离槽口平移距离x,再使小球从斜槽上紧靠挡再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放板处由静止释放,小球撞在木板上得到痕迹小球撞在木板上得到痕迹B;又将木板再又将木板再向远离槽口平移距离向远离槽口平移距离x,小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止释放释放,再得到痕迹再得到痕迹C.若测得木板每次移动距离若测得木板每次移动距离x=10.00 cm,A B间距离间距离y1=4.78 cm,B C间距离间距离y2=14.58 cm

22、.(g取取9.80 m/s2)第33页 第33页 第34页 第34页 (1)根据以上直接测量的物理量得小球初速度为根据以上直接测量的物理量得小球初速度为v0=_(用题中所给字母表示用题中所给字母表示).(2)小球初速度的测量值为小球初速度的测量值为_m/s.(保留两位有效数保留两位有效数字字).1.0第35页 第35页 6.利用单摆验证小球平抛运动规律利用单摆验证小球平抛运动规律,设计方案如图所示设计方案如图所示,在悬在悬点点O正下方有水平放置的炽热的电热丝正下方有水平放置的炽热的电热丝P,当悬线摆至电热当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断丝处时能轻易被烧断;MN为水平木板为水平木板,已知悬线长为

23、已知悬线长为L,悬点悬点到木板的距离到木板的距离OO=h(hL).第36页 第36页 (1)电热丝电热丝P必须放在悬点正下方的理由是必须放在悬点正下方的理由是:_.(2)将小球向左拉起后自由释放将小球向左拉起后自由释放,最后小球落到木板上的最后小球落到木板上的C点点,OC=s,则小球做平抛运动的初速度为则小球做平抛运动的初速度为v0=_.(3)在其他条件不变的情况下在其他条件不变的情况下,若改变释放小球时悬线与竖若改变释放小球时悬线与竖直方向的夹角直方向的夹角,小球落点与小球落点与O点的水平距离点的水平距离s将随之改变将随之改变,经多次实验经多次实验,以以s2为纵坐标为纵坐标,cos为横坐标为

24、横坐标,得到如图所示得到如图所示图象图象.则当则当=30时时,s为为_m;若悬线长若悬线长L=1.0 m.悬悬点到木板间的距离点到木板间的距离OO为为_m.保证小球沿水平方向抛出保证小球沿水平方向抛出0.521.5第37页 第37页 解析解析:(1)单摆小球做圆周运动单摆小球做圆周运动,到达最低点时到达最低点时,速度沿水平方速度沿水平方向与圆弧轨迹相切向与圆弧轨迹相切,而此时悬线而此时悬线(半径半径)与速度垂直与速度垂直,沿竖直沿竖直方向方向,在此时烧断悬线在此时烧断悬线,恰能使小球沿水平方向抛出恰能使小球沿水平方向抛出,所以所以要把电热丝要把电热丝p放在悬点放在悬点O的正下方的正下方.第38页 第38页