1、3.实验:探究平抛运动的特点 实验必备实验必备自主学习自主学习 一、实验目的一、实验目的 1.1.探究平抛运动竖直分运动的特点。探究平抛运动竖直分运动的特点。 2.2.探究平抛运动水平分运动的特点。探究平抛运动水平分运动的特点。 二、实验器材二、实验器材 斜槽、平抛运动实验器、白纸、复写纸、小球、图钉、铅笔、斜槽、平抛运动实验器、白纸、复写纸、小球、图钉、铅笔、_、 重垂线等。重垂线等。 刻度尺刻度尺 三、实验原理与设计三、实验原理与设计( (以课本以课本P11“P11“参考案例”为案例参考案例”为案例) ) 1.1.实验的基本思想实验的基本思想控制变量法。控制变量法。 2.2.实验原理实验原
2、理: : (1)(1)物体的平抛运动可以看作是两个方向的分运动的合成物体的平抛运动可以看作是两个方向的分运动的合成, ,一个是水平方向的分一个是水平方向的分 运动运动, ,另一个是竖直方向的分运动。另一个是竖直方向的分运动。 (2)(2)探究两个分运动探究两个分运动: : 探究小球在水平方向分运动的特点探究小球在水平方向分运动的特点; ; 探究小球在竖直方向分运动的特点。探究小球在竖直方向分运动的特点。 实验过程实验过程探究学习探究学习 1.1.探究平抛运动竖直分运动的特点探究平抛运动竖直分运动的特点: : 【实验步骤实验步骤】 (1)(1)如图如图, ,用小锤击打弹性金属片后用小锤击打弹性金
3、属片后,A,A球沿水平方向抛出球沿水平方向抛出, ,做做 平抛运动平抛运动, ,同时同时B B球被释放球被释放, ,自由下落自由下落, ,做自由落体运动。做自由落体运动。 (2)(2)观察两球的运动轨迹观察两球的运动轨迹, ,比较它们落地时间的先后。比较它们落地时间的先后。 (3)(3)分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度, ,多次重复多次重复 实验实验, ,记录实验现象。记录实验现象。 【数据收集与分析数据收集与分析】 根据根据A A球与球与B B球落地时间的先后球落地时间的先后, ,得出平抛运动竖直分运动随时间变化的规律。得出平抛运动竖直分运动随
4、时间变化的规律。 2.2.探究平抛运动水平分运动的特点探究平抛运动水平分运动的特点: : 【实验步骤实验步骤】 (1)(1)如图如图, ,钢球在斜槽钢球在斜槽M M中从某一高度滚下中从某一高度滚下, ,从末端飞出后做平从末端飞出后做平 抛运动抛运动( (实验前实验前, ,先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上) )。 (2)(2)钢球飞出后钢球飞出后, ,落到挡板落到挡板N N上上, ,在白纸上留下印迹在白纸上留下印迹, ,记录钢球所记录钢球所 经过的位置。经过的位置。 (3)(3)上下调节挡板上下调节挡板N,N,通过多次实验通过多次实验, ,在白纸上记录
5、钢球所经过的多个位置。在白纸上记录钢球所经过的多个位置。 (4)(4)用平滑的曲线把这些印迹连接起来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。得到钢球做平抛运动的轨迹。 【数据收集与分析数据收集与分析】 根据平抛运动的轨迹根据平抛运动的轨迹, ,设法确定相等的时间间隔设法确定相等的时间间隔, ,再看相等的时间内水平分运动再看相等的时间内水平分运动 的位移的位移, ,进而确定水平分运动的规律。进而确定水平分运动的规律。 【思考思考讨论讨论】 如何获取以下物体平抛运动的初速度如何获取以下物体平抛运动的初速度? ? ( (科学思维科学思维) ) 提示提示: :在竖直方向上在竖直方
6、向上, ,根据根据 y=2L=gTy=2L=gT2 2得相等的时间间隔得相等的时间间隔T= ,T= , 物体平抛运动的初速度物体平抛运动的初速度v v0 0= = 2L g 3LgL 3 T2 。 误差分析误差分析 1.1.安装斜槽时安装斜槽时, ,其末端切线不水平其末端切线不水平, ,导致小球离开斜槽后不做平抛运动产生误差。导致小球离开斜槽后不做平抛运动产生误差。 2.2.建立坐标系时建立坐标系时, ,坐标原点的位置确定不准确坐标原点的位置确定不准确, ,导致轨迹上各点的坐标不准确产导致轨迹上各点的坐标不准确产 生误差。生误差。 3.3.小球每次自由滚下时的起始位置不完全相同小球每次自由滚下
7、时的起始位置不完全相同, ,导致轨迹出现误差。导致轨迹出现误差。 4.4.确定小球运动的位置时确定小球运动的位置时, ,出现误差。出现误差。 5.5.量取轨迹上各点的坐标时量取轨迹上各点的坐标时, ,出现误差。出现误差。 注意事项注意事项 1.1.斜槽安装斜槽安装: :实验中必须调整斜槽末端的切线水平实验中必须调整斜槽末端的切线水平, ,将小球放在斜槽末端水平部将小球放在斜槽末端水平部 分分, ,若没有明显的运动倾向若没有明显的运动倾向, ,斜槽末端的切线就水平了。斜槽末端的切线就水平了。 2.2.方木板固定方木板固定: :方木板必须处于竖直平面内方木板必须处于竖直平面内, ,固定时要用重垂线
8、检查坐标纸竖线固定时要用重垂线检查坐标纸竖线 是否竖直。是否竖直。 3.3.小球释放小球释放: : (1)(1)小球每次必须从斜槽上同一位置滚下。小球每次必须从斜槽上同一位置滚下。 (2)(2)小球开始滚下的位置高度要适中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。角一直到达右下角为宜。 4.4.坐标原点坐标原点: :坐标原点不是槽口的端点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应是小球出槽口时球心在木板上的投影 点。点。 5.5.初速度的计算初速度的计算: :在轨迹上选取离坐标原点在轨
9、迹上选取离坐标原点O O点较远的一些点来计算初速度。点较远的一些点来计算初速度。 【思考思考讨论讨论】 如图所示是此装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片如图所示是此装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片, ,由照片可以判断实验操作由照片可以判断实验操作 错误的原因是什么错误的原因是什么? ? ( (科学探究科学探究) ) 提示提示: :斜槽末端没有调节切线水平。斜槽末端没有调节切线水平。 实验研析创新学习 类型一类型一 教材原型实验教材原型实验 角度角度1 1 实验原理和实验操作实验原理和实验操作 【典例典例1 1】(2020(2020金华高一检测金华高一检测)(1)(1)在“研究平抛运动”实验中在“研
10、究平抛运动”实验中, ,利用如图所利用如图所 示的装置研究平抛运动示的装置研究平抛运动, ,为了画出一条钢球做平抛运动的轨迹为了画出一条钢球做平抛运动的轨迹, ,下列说法正确的下列说法正确的 是是_。 A.A.斜槽可以是粗糙的斜槽可以是粗糙的 B.B.钢球每次可以从斜槽上不同的位置滚下钢球每次可以从斜槽上不同的位置滚下 C.C.斜槽末端的切线可以不调成水平斜槽末端的切线可以不调成水平 (2)(2)小明设计了一个探究平抛运动的实验装置小明设计了一个探究平抛运动的实验装置, ,如图所示。在水平桌面上放置一如图所示。在水平桌面上放置一 个斜面个斜面, ,滚过桌边后钢球便做平抛运动。他把桌子搬到墙的附
11、近滚过桌边后钢球便做平抛运动。他把桌子搬到墙的附近, ,使从水平桌面使从水平桌面 上滚下的钢球能打到墙上上滚下的钢球能打到墙上, ,把复写纸附在墙上把复写纸附在墙上, ,记录钢球的落点。现测得钢球直记录钢球的落点。现测得钢球直 径为径为D,D,某次实验桌子边缘到墙的距离为某次实验桌子边缘到墙的距离为x,x,钢球的落点到桌面的高度差为钢球的落点到桌面的高度差为H,H,重力重力 加速度为加速度为g g。则钢球此次实验平抛的水平位移为。则钢球此次实验平抛的水平位移为_;_;竖直位移为竖直位移为 _。 (3)(3)上述实验小明同学若将白纸和复写纸直接铺在地面上上述实验小明同学若将白纸和复写纸直接铺在地
12、面上, ,某次实验测得桌子边某次实验测得桌子边 缘到落点的水平距离为缘到落点的水平距离为x,x,桌面与地面的高度差为桌面与地面的高度差为H,H,为了得到平抛运动的初速度为了得到平抛运动的初速度, , 你认为有必要测得钢球的直你认为有必要测得钢球的直( (半半) )径吗径吗?_(?_(选填“有”或“没有”选填“有”或“没有”) )。 角度角度2 2 实验数据处理实验数据处理 【典例典例2 2】(1)(1)在“研究平抛物体的运动”的实验中在“研究平抛物体的运动”的实验中, ,为减小空气阻力对小球的为减小空气阻力对小球的 影响影响, ,选择小球时选择小球时, ,应选择下列的应选择下列的_。 A.A.
13、实心小铁球实心小铁球 B.B.空心铁球空心铁球 C.C.实心小木球实心小木球 D.D.以上三种球都可以以上三种球都可以 (2)(2)在研究平抛运动的实验中在研究平抛运动的实验中, ,斜槽末端要斜槽末端要_,_,且要求且要求 小球要从小球要从_释放释放, ,现用一张印有小方格的纸记录轨迹现用一张印有小方格的纸记录轨迹, , 小方格边长小方格边长L=2.5 cm,L=2.5 cm,若小球在平抛运动途中的几个位置如若小球在平抛运动途中的几个位置如 图所示图所示, ,小球由小球由A A到到B B位置的时间间隔为位置的时间间隔为_s,_s,小球平抛小球平抛 的初速度大小为的初速度大小为_m/s_m/s。
14、小球在。小球在B B点的速度为点的速度为_m/s_m/s。 类型二类型二 创新型实验创新型实验 【典例典例3 3】如图如图, ,探究平抛运动的特点的实验装置放置在水平桌面上探究平抛运动的特点的实验装置放置在水平桌面上, ,利用光电利用光电 门传感器和碰撞传感器可测得小球的水平初速度和飞行时间门传感器和碰撞传感器可测得小球的水平初速度和飞行时间, ,底板上的标尺可底板上的标尺可 以测得水平位移。保持水平槽口距底板高度以测得水平位移。保持水平槽口距底板高度h=0.420 mh=0.420 m不变。改变小球在斜槽不变。改变小球在斜槽 导轨上下滑的起始位置导轨上下滑的起始位置, ,测出小球做平抛运动的
15、初速度测出小球做平抛运动的初速度v v0 0、飞行时间、飞行时间t t和水平位和水平位 移移d,d,记录在表中。记录在表中。 v v0 0/(ms/(ms- -1 1) ) 0.7410.741 1.0341.034 1.3181.318 1.5841.584 t/mst/ms 292.7292.7 293.0293.0 292.8292.8 292.9292.9 d/cmd/cm 21.721.7 30.330.3 38.638.6 46.446.4 (1)(1)由表中数据可知由表中数据可知, ,在在h h一定时一定时, ,小球水平位移小球水平位移d d与其初速度与其初速度v v0 0成成_
16、关系。关系。 (2)(2)一位同学计算出小球飞行时间的理论值一位同学计算出小球飞行时间的理论值t t理 理= = =289.8 ms,=289.8 ms, 发现理论值与测量值之差约为发现理论值与测量值之差约为3 ms3 ms。经检查。经检查, ,实验及测量无误实验及测量无误, ,其原因是其原因是_ _。 (3)(3)另一位同学分析并纠正了上述偏差后另一位同学分析并纠正了上述偏差后, ,另做了这个实验另做了这个实验, ,竟发现测量值竟发现测量值tt依依 然大于自己得到的理论值然大于自己得到的理论值t t理 理, ,但二者之差在但二者之差在3 37 ms7 ms之间之间, ,且初速度越大差值且初速
17、度越大差值 越小。对实验装置的安装进行检查越小。对实验装置的安装进行检查, ,确认斜槽槽口与底座均水平确认斜槽槽口与底座均水平, ,则导致偏差的则导致偏差的 原因是原因是_。 2h2 0.420 s g10 【创新评价创新评价】(1)(1)利用光电门传感器和碰撞传感器可测得小球的水平初速度和利用光电门传感器和碰撞传感器可测得小球的水平初速度和 飞行时间。飞行时间。 (2)(2)理论值与测量值存在差值的探究。理论值与测量值存在差值的探究。 【创新探究创新探究】使用光电门传感器和碰撞传感器的优点是什么使用光电门传感器和碰撞传感器的优点是什么? ? 提示提示: :通过光电门传感器和碰撞传感器可以直接
18、从计算机中得到数据通过光电门传感器和碰撞传感器可以直接从计算机中得到数据, ,不用再通不用再通 过测得的一些数据进行计算了。节省时间过测得的一些数据进行计算了。节省时间, ,效率比较高效率比较高, ,精确度也比较高。精确度也比较高。 课堂检测课堂检测素养达标素养达标 1.(20201.(2020台州高一检测台州高一检测) )如图如图, ,用小锤轻击弹簧金属片用小锤轻击弹簧金属片,A,A球向水平方向飞出球向水平方向飞出, , 同时同时B B球被松开球被松开, ,竖直向下运动。竖直向下运动。 (1)(1)(多选多选) )用不同的力打击弹簧金属片用不同的力打击弹簧金属片, ,可以观察到可以观察到 (
19、 ( ) ) A.AA.A球运动线路不同球运动线路不同,B,B球的运动线路相同球的运动线路相同 B.AB.A、B B两球运动线路相同两球运动线路相同 C.AC.A、B B两球同时落地两球同时落地 D.D.力越大力越大,A,A、B B两球落地时间间隔越大两球落地时间间隔越大 (2)(2)改变此装置距地面的高度改变此装置距地面的高度, ,重复上述实验重复上述实验, ,仍然可以看到相同的实验现象仍然可以看到相同的实验现象, ,根根 据此现象分析可知据此现象分析可知 ( ( ) ) A.A.小球小球A A在水平方向做匀速运动在水平方向做匀速运动 B.B.小球小球A A在水平方向做匀加速运动在水平方向做
20、匀加速运动 C.C.小球小球B B在竖直方向做匀加速运动在竖直方向做匀加速运动 D.D.小球小球A A与与B B在竖直方向运动规律相同在竖直方向运动规律相同 2.2.某同学在描绘平抛运动轨迹时某同学在描绘平抛运动轨迹时, , 得到的部分轨迹曲线如图所示。在曲线上取得到的部分轨迹曲线如图所示。在曲线上取 A A、B B、C C三个点三个点, ,测量得到测量得到A A、B B、C C三点间竖直距离三点间竖直距离h h1 1=10.20 cm,h=10.20 cm,h2 2=20.20 cm,=20.20 cm, A A、B B、C C三点间水平距离三点间水平距离x x1 1=x=x2 2=x=12
21、.40 cm,g=x=12.40 cm,g取取10 m/s10 m/s2 2, ,则小球平抛运动的初则小球平抛运动的初 速度速度v v0 0的计算式为的计算式为_(_(用字母用字母h h1 1、h h2 2、x x、g g表示表示),),代入数据得其大小代入数据得其大小 为为_m/s_m/s。 3.3.在研究平抛运动的实验中在研究平抛运动的实验中, ,用一张印有小方格的纸记录轨迹。小方格的边长用一张印有小方格的纸记录轨迹。小方格的边长 L=2.5 cm,L=2.5 cm,若小球在平抛运动中先后经过的几个位置如图中所示的若小球在平抛运动中先后经过的几个位置如图中所示的a a、b b、c c、d
22、d 四个点四个点, ,则小球由则小球由a a到到b b位置的时间间隔为位置的时间间隔为_s,_s,小球平抛的初速度小球平抛的初速度 大小为大小为v v0 0=_m/s,=_m/s,小球在小球在c c位置时的速度大小为位置时的速度大小为_m/s_m/s。(g(g取取 10 m/s10 m/s2 2) ) 4.(20194.(2019浙江浙江4 4月选考月选考) )采用如图所示的实验装置做“研究平抛运动”的实验采用如图所示的实验装置做“研究平抛运动”的实验, , (1)(1)实验时需要下列哪个器材实验时需要下列哪个器材_。 A.A.弹簧测力计弹簧测力计 B.B.重垂线重垂线 C.C.打点计时器打点
23、计时器 (2)(2)做实验时做实验时, ,让小球多次沿同一轨道运动让小球多次沿同一轨道运动, ,通过描点法画出小球平抛运动的轨通过描点法画出小球平抛运动的轨 迹。下列的一些操作要求迹。下列的一些操作要求, ,正确的是正确的是_。 A.A.每次必须由同一位置静止释放小球每次必须由同一位置静止释放小球 B.B.每次必须严格地等距离下降记录小球位置每次必须严格地等距离下降记录小球位置 C.C.小球运动时不应与木板上的白纸相接触小球运动时不应与木板上的白纸相接触 D.D.记录的点应适当多一些记录的点应适当多一些 (3)(3)若用频闪摄影方法来验证小球在平抛过程中水平方向是若用频闪摄影方法来验证小球在平
24、抛过程中水平方向是 匀速运动的匀速运动的, ,记录下如图所示的频闪照片。在测得记录下如图所示的频闪照片。在测得x x1 1、x x2 2、 x x3 3、x x4 4后后, ,需要验证的关系是需要验证的关系是_。已知频闪。已知频闪 周期为周期为T,T,用下列计算式求得的水平速度用下列计算式求得的水平速度, ,误差较小的是误差较小的是 _。 3124 xxxx A B. C. D. T2T3T4T 5.5.三个同学根据不同的实验条件三个同学根据不同的实验条件, ,进行了“探究平抛运动规律”的实验进行了“探究平抛运动规律”的实验: : (1)(1)甲同学采用如图甲所示的装置甲同学采用如图甲所示的装
25、置, ,金属片把金属片把A A球沿水平方向弹出球沿水平方向弹出, ,同时同时B B球被松球被松 开开, ,自由下落自由下落, ,观察到两球同时落地观察到两球同时落地, ,改变改变A A球被弹出时的速度球被弹出时的速度, ,两球仍然同时落两球仍然同时落 地地, ,这说明这说明_。 (2)(2)乙同学采用如图乙所示的装置乙同学采用如图乙所示的装置, ,两个相同的弧形轨道两个相同的弧形轨道M M、N,N,两小铁球两小铁球P P、Q Q能能 以相同的初速度同时分别从轨道下端水平射出。实验可观察到的现象应是以相同的初速度同时分别从轨道下端水平射出。实验可观察到的现象应是 _。 仅仅改变弧形轨道仅仅改变弧
26、形轨道 M M 的高度的高度, ,重复上述实验重复上述实验, ,仍能观察到相同的现象仍能观察到相同的现象, ,这说明这说明 _。 (3)(3)丙同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图丙所示的“小球做平抛运动”的照丙同学采用频闪摄影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片。图中每个小方格的边长为 10 cm,10 cm,则由图可求得拍摄时每则由图可求得拍摄时每_s_s曝光曝光 一次一次, ,该小球平抛的初速度大小为该小球平抛的初速度大小为_m/s,_m/s,经过经过 b b点时速度大小为点时速度大小为 _m/s_m/s。(g(g取取10 m/s10 m/s2 2)
27、) 6.(20206.(2020天津等级考天津等级考) )某实验小组利用图某实验小组利用图1 1所示装置测定平抛运动的初速度。所示装置测定平抛运动的初速度。 把白纸和复写纸叠放一起固定在竖直木板上把白纸和复写纸叠放一起固定在竖直木板上, ,在桌面上固定一个斜面在桌面上固定一个斜面, ,斜面的底斜面的底 边边abab与桌子边缘及木板均平行。每次改变木板和桌边之间的距离与桌子边缘及木板均平行。每次改变木板和桌边之间的距离, ,让钢球从斜让钢球从斜 面顶端同一位置滚下面顶端同一位置滚下, ,通过碰撞复写纸通过碰撞复写纸, ,在白纸上记录钢球的落点。在白纸上记录钢球的落点。 (1)(1)为了正确完成实
28、验为了正确完成实验, ,以下做法必要的是以下做法必要的是_。 A.A.实验时应保持桌面水平实验时应保持桌面水平 B.B.每次应使钢球从静止开始释放每次应使钢球从静止开始释放 C.C.使斜面的底边使斜面的底边abab与桌边重合与桌边重合 D.D.选择对钢球摩擦力尽可能小的斜面选择对钢球摩擦力尽可能小的斜面 (2)(2)实验小组每次将木板向远离桌子的方向移动实验小组每次将木板向远离桌子的方向移动0.2 m,0.2 m,在白纸上在白纸上 记录了钢球的记录了钢球的4 4个落点个落点, ,相邻两点之间的距离依次为相邻两点之间的距离依次为15.0 cm15.0 cm、 25.0 cm25.0 cm、35.0 cm,35.0 cm,示意如图示意如图2 2。重力加速度。重力加速度g=10 m/sg=10 m/s2 2, ,钢球平钢球平 抛的初速度为抛的初速度为_m/s_m/s。 (3)(3)图图1 1装置中装置中, ,木板上悬挂一条铅垂线木板上悬挂一条铅垂线, ,其作用是其作用是_ _。
