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1、高高 考考 总总 复复 习习 优优 化化 设设 计计GAO KAO ZONG FU XI YOU HUA SHE JIGAO KAO ZONG FU XI YOU HUA SHE JI实验实验5 5探究平抛运动的特点探究平抛运动的特点第四章第四章2023内容索引010203强基础强基础 增分策略增分策略增素能增素能 精准突破精准突破练思维练思维 迁移运用迁移运用强基础强基础 增分策略增分策略一、实验目的一、实验目的1.学会用实验的方法探究平抛运动的特点。2.掌握描迹法、频闪照相法等探究实验的常用方法。3.能设计不同的实验方案,并对方案进行可行性论证,根据学校现有条件,选择最优方案。4.能获取信
2、息,通过数据分析描绘平抛运动的轨迹。二、实验思路二、实验思路1.提出问题平抛运动是曲线运动,速度和位移的大小和方向时刻在发生变化。这个复杂的曲线运动有什么规律呢?能否分解为两个简单的直线运动?2.科学猜想由于物体是沿水平方向抛出的,在运动过程中只受重力作用。因此平抛运动可能是水平方向和竖直方向分运动的合成。那么只要研究出这两个分运动的特点,平抛运动的规律就清楚了。三、进行实验三、进行实验方案一:利用频闪照相法探究平抛运动的特点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,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
3、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。1.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。(2)测出相邻两帧照片中小球移动的水平距离和竖直距离。(3)根据水平位移和竖直位移随时间变化的具体数据分析小球水平方向分运动和竖直方向分运动的特点。2.结果分析水平方向的分运动是匀速直线运动,竖直方向的分运动是自由落体运动。方案二:利用描迹法探究平抛运动的特点1.实验器材小钢球、斜槽轨道、木板及竖直固定支架、坐标纸、图钉、重锤、铅笔、三角板、刻度尺等。2.实验步骤实验装置如图所示。斜槽M末
4、端水平。钢球在斜槽中从 每次从同一高度由静止释放某一高度滚下,从末端飞出后做平抛运动。在装置中有一个水平放置的可上下调节的倾斜挡板N,钢球飞出后,落到挡板上。实验前,先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上。钢球落到倾斜的挡板上后,就会挤压复写纸,在白纸上留下印迹。上下调节挡板N,通过多次实验,保证球抛出时速度方向水平 在白纸上记录钢球所经过的多个位置。最后,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。非折线连接方案三:用传感器和计算机描绘物体做平抛运动的轨迹见人教版教材必修第二册P12拓展学习。易错辨析(1)用描迹法探究平抛运动的特点时,应保持斜槽末端的切线水平。()(2)用描迹
5、法探究平抛运动的特点时,小钢球每次必须从斜槽上同一位置无初速度滚下。()(3)用描迹法探究平抛运动的特点时,坐标原点(小钢球做平抛运动的起点)就是槽口的端点。()增素能增素能 精准突破精准突破考点一考点一考点二考点二考点一考点一教材原型教材原型实验典例1.用如图甲所示装置研究平抛运动,将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上,钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点水平飞出,落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低,钢球落在挡板上时,钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板,重新释放钢球,如此重复,白纸上将留下一系列痕迹点。(1)(多选)下列实验条件必须满足的有。A.斜槽轨道光滑B.斜槽轨道末
6、段水平C.挡板高度等间距变化D.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球甲考点一考点一考点二考点二(2)为定量研究,建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。取平抛运动的起始点为坐标原点,将钢球静置于Q点,钢球的(选填“最上端”“最下端”或“球心”)对应白纸上的位置即为原点。乙若遗漏记录平抛轨迹的起始点,如图乙所示,在轨迹上取A、B、C三点,AB和BC的水平间距相等且均为x,测得AB和BC的竖直间距分别是y1和y2,则考点一考点一考点二考点二答案(1)BD(2)球心解析(1)通过步骤理解实验原理和方法,控制实验条件,确保平抛的初速度大小一定、方向水平,只要小球无初速度等高释放,由动能定理知,
7、到斜槽末端速度大小一定,和斜槽是否光滑无关;描出的运动轨迹和挡板高度是否等间距变化无关,故选B、D。(2)为了凸显研究质点的运动,应该体现球心,所以选球心为原点;由水平间距相等,知时间相等,若初速度为零,则竖直间距之比应该是13,而A点不是抛出点,故比值应大于。考点一考点一考点二考点二考题点睛 考点考向点睛平抛运动坐标纸的使用规律:确保平抛初速度v0大小不变、方向水平方法:控制实验条件模型:平抛正交分解模型考点一考点一考点二考点二考点二考点二实验的改的改进与与创新新典例2.某同学设计了一个探究平抛运动的实验。实验装置示意图如图所示,A是一块平面木板,在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽(图中P0
8、P0、P1P1、),槽间距离均为d。把覆盖复写纸的白纸铺贴在硬板B上。实验时依次将B板插入A板的各插槽中,每次让小球从斜轨的同一位置由静止释放。每打完一点后,把B板插入后一槽中并同时向内侧平移距离d。实验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点,如图所示。考点一考点一考点二考点二(1)实验前应对实验装置反复调节,直到斜槽。每次让小球从同一位置由静止释放,是为了。(2)每次将B板向内侧平移距离d,是为了。(3)在图中绘出小球做平抛运动的轨迹。考点一考点一考点二考点二答案(1)末端水平保持小球水平抛出的初速度相同(2)保持相邻痕迹点的水平距离大小相同(3)考点一考点一考点二考点二解析(1)平抛运动可分解为
9、水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。实验前应对实验装置反复调节,直到斜槽末端水平,每次让小球从同一位置由静止释放,是为了保持小球水平抛出的初速度相同。(2)每次将B板向内侧平移距离d,是为了保持相邻痕迹点的水平距离大小相同。(3)将图中各点用平滑的曲线相连,做出平抛运动的轨迹。考点一考点一考点二考点二考题点睛 考点考向点睛平抛运动的条件轨迹描绘方法:控制实验条件,确保初速度大小一定、方向水平规律:平抛运动的规律练思维练思维 迁移运用迁移运用1.(2021全国乙卷)某同学利用图甲所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄,频闪仪每隔0.05s
10、发出一次闪光,某次拍摄后得到的照片如图乙所示(图中未包括小球刚离开轨道的影像)。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板,纸板与小球轨迹所在平面平行,其上每个方格的边长为5cm。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图乙中标出。甲完成下列填空:(结果均保留2位有效数字)(1)小球运动到图乙中位置A时,其速度的水平分量大小为m/s,竖直分量大小为m/s。(2)根据图乙中数据可得,当地重力加速度的大小为m/s2。乙答案(1)1.02.0(2)9.72.(1)平抛物体的运动规律可以概括为两点:水平方向做匀速直线运动;竖直方向做自由落体运动。下图为研究平抛运动的实验装置,现把两个小铁球分别吸在电
11、磁铁C、E上,然后切断电磁铁C的电源,使电磁铁C上的小铁球从轨道A射出,并在射出时碰到碰撞开关S,使电磁铁E断电释放它吸着的另一小铁球,两铁球同时落地。这个实验。A.只能说明上述规律中的第条B.只能说明上述规律中的第条C.不能说明上述规律中的任何一条 D.能同时说明上述两条规律(2)下图为一小球做平抛运动的闪光照相照片的一部分,图中背景方格的边长均为5cm。如果g取10m/s2,那么:闪光频率是,小球运动中水平分速度是,小球经过B点时的速度是。答案(1)B(2)10Hz1.5m/s2.5m/s解析(1)两球同时落地,可知平抛运动在竖直方向上的运动规律与自由落体运动的规律相同,但该实验不能得出平
12、抛运动在水平方向上的运动规律。故选B。3.在做研究平抛运动的实验中,为了确定小球在空中不同时刻的位置,用了如图所示的装置。先将斜槽轨道的末端调整水平,在一块平整的木板表面钉上白纸和复写纸。将该木板竖直立于水平地面上,使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,小球撞到木板并在白纸上留下痕迹A;再将木板远离槽口平移距离x,使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,小球撞在木板上得到痕迹B;再将木板远离槽口平移距离x,使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,再得到痕迹C。若测得木板每次移动距离x=10.00cm,A、B间距离y1=5.00cm,B、C间距离y2=14.80cm。(g取9.80m/s2)(1)每次都要
13、使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放的原因是 。(2)根据以上直接测量的物理量求得小球初速度的表达式为v0=。(用题中所给字母表示)(3)小球初速度的值为v0=m/s。(结果保留两位小数)4.如图所示,某物理兴趣小组将研究平抛运动的实验装置改装后用来测量当地的重力加速度。在轨道的水平部分加装光电门,以测量小球平抛的初速度v0;固定轨道,测量轨道末端的离地高度,即小球平抛的竖直位移h;测量小球从轨道的不同位置释放后平抛的水平位移x,多次计算小球的运动时间,求平均值以获得小球的运动时间t;利用运动学公式计算当地的重力加速度。(1)(多选)下列关于实验误差的说法正确的是。A.小球和轨道间的摩擦是造成系
14、统误差的原因之一B.小球平抛运动过程中受到的空气阻力是造成系统误差的原因之一C.轨道末端未调水平是造成偶然误差的原因之一D.实验中测量长度时的读数误差属于偶然误差(2)该小组在实验中测得h=0.420m,v0和x的测量值如下表所示,则得到当地的重力加速度为g=m/s2。(结果保留两位小数)v0/(ms-1)0.7411.0341.3181.584x/cm21.730.338.646.4答案(1)BD(2)9.78解析(1)小球和轨道间的摩擦影响的是初速度v0,不会对本实验造成误差,故A错误;小球平抛运动过程中受到的空气阻力会影响实验结果,属于系统误差,故B正确;轨道末端未调水平会使小球的运动变成斜上抛或斜下抛,造成的误差属于系统误差,故C错误;测量长度时的读数误差属于偶然误差,故D正确。本 课 结 束