高中人教版 (2019)3 实验：探究平抛运动的特点完整版ppt课件

课题名

5.3 （实验）研究平抛运动

课型

新授课

教学目标

1.学会用实验的方法描绘平抛运动的轨迹.

2.会判断平抛运动的轨迹是不是抛物线.

3.会根据平抛运动的轨迹计算平抛运动的初速度.

4.掌握描迹法、频闪照相法等探究实验的常用方法.

教学重难点

重点：平抛运动在水平方向是匀速直线运动和在竖直方向是自由落体运动。

难点：平抛运动在水平方向是匀速直线运动和在竖直方向是自由落体运动的实验探索过程。

教学环节

教学过程

课堂导入

情境引入

师：复习各类抛体运动。抛体运动：以一定的初速度将物体抛出，只受重力作用。今天我们主要研究平抛运动。

知

识

精

讲

一、平抛运动

师：展示战斗机投掷炸弹和水流从水平管内流出的图片。我们给平抛运动下个定义。向向右匀速移动（图丙），观察蜡块的运动情况。

生：将物体以一定的初速度水平抛出，且只在重力作用下所作的运动。

师：做平抛运动的条件是什么？

生：①具有水平初速度 ②只受重力

师：我们想探究平抛运动的特点，应该如何来探究呢？平抛运动是曲线运动，他的速度、位移时刻在改变，我们能否将其分解为不同方向上相对简单的运动呢？

生：可以分解成水平、竖直的。

师：那我们需要研究哪些量呢？

生：位移、速度。

师：轨迹可不可以？带着问题我们一起来探究一下。

二、平抛运动竖直方向的运动规律

方案一：频闪照片法

图1

实验过程：用小锤打击弹簧金属片，金属片把A球沿水平方向抛出，同时小球被松开，自由下落．A、B两球同时开始运动．

学生观察时注意事项

第一次，同时观察两个小球的运动。

第二次，只观察A小球的运动。

第三次，判断AB两个球是否同时落地。

判断技巧：那就是不要用眼睛看．而是用耳朵听．两个小球落地后会不止蹦一下，我们只听它们落地的第一声响．如果我们只听到一声响，说明两个小球同时落地，如果听到两个落地声，说明两个小球先后落地．在做实验之前我们先来听一下一个小球落地的声音．

实验结论：同学们听到一个落地声，说明两个小球同时落地。结合理论分析，A球在金属片的打击下获得水平初速度后只在重力作用下运动，做的是平抛运动，竖直方向没有分速度；B球被松开后没有任何初速度且只受到重力的作用，因此做的是自由落体运动。

学生分组不断重复上述实验，确认结论。

最后的 结论：平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动。

三、平抛运动水平方向的运动规律

研究水平方向上的分运动，与匀速直线运动对比看是否一样？

观看平抛运动实验视频：

按照以下步骤准备实验装置 [演示实验]，如图2所示。

图2

将平抛运动实验器置于桌面，装好平抛轨道，使轨道的抛射端处于水平位置．调节调平螺丝，观察重垂线或气泡水准，使面板处于竖直平面内，卡好定位板。

将描迹记录纸衬垫一张复写纸或打字蜡纸，紧贴记录面板用压纸板固定在面板上，使横坐标x轴在水平方向上，纵坐标y轴沿竖直方向向下(若用白纸，可事先用铅笔在纸上画出x、y坐标轴线)，并注意使坐标原点的位置在乎抛物体(钢球)的质心(即球心)离开轨道处。

把接球挡板拉到最上方一格的位置。

将定位板定在某一位置固定好．钢球紧靠定位板释放，球沿轨道向下运动，以一定的初速度由轨道的平直部分水平抛出。

下落的钢球打在面板倾斜的接球挡板上，同时在面板上留下一个印迹点。

再将接球挡板向下拉一格，重复上述操作方法，打出第二个印迹点，如此继续下拉接球挡板，直至最低点，即可得到平抛的钢球下落时的一系列迹点。

变更定位板的位置，即可改变钢球乎抛的初速度，按上述实验操作方法，便可打出另一系列迹点。

取下记录纸，将各次实验所记录的点分别用平滑曲线连接起来，即可得到以不同的初速度做平抛运动的轨迹图线，如图3所示。

图3

根据自由落体运动的位移公式x=1/2gt2我们可以得出，在相邻相等的时间间隔内物体所发生的位移之比为1：3：5：…：(2n+1)，那么我们就可以从坐标系中的纵轴上选取长度分别为h、3h、5h的相邻的线段，即选取纵坐标分别为h、4h、9h的三个点．例如选择5、20、45这几个点．如图4所示，在平抛的轨迹上找出纵坐标与之相对应的点，这些点所对应的横坐标即为平抛运动的水平分运动在相邻相等的时间间隔里所达到的位置。

图4

这样我们就找出了水平分运动在相邻相等的时间间隔内所发生的位移，观察这些水平分位移，可以得到这些水平分位移都近似相等。

由此我们可以得出结论，平抛运动的水平分运动是匀速直线运动。

最后结论：平抛运动的水平分运动是匀速直线运动。

四、研究平抛运动规律的实验步骤

（一）、实验目的

(1)描出平抛物体的运动轨迹，并验证轨迹是一条抛物线。

(2)根据运动轨迹求平抛物体的初速度。

（二）、实验原理

1．利用追踪法逐点描出小球运动的轨迹。

2．建立坐标系，如果轨迹上各点的y坐标与x坐标间的关系具有y＝ax2的形式(a是一个常量)，则轨迹是一条抛物线。

3．测出轨迹上某点的坐标x、y，据x＝v0t、y＝gt2得初速度v0＝x· 。

（三）、实验器材

斜槽、小球、方木板、铁架台、白纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺。

（四）、实验步骤

1．安装调平

将带有斜槽轨道的木板固定在实验桌上，其末端伸出桌面外，轨道末端切线水平。如图5所示。

图5

2．建立坐标系

用图钉将坐标纸固定于竖直木板的左上角，把木板调整到竖直位置，使板面与小球的运动轨迹所在平面平行且靠近，把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口(轨道末端)时球心在木板上的投影点O，O点即为坐标原点，用重垂线画出过坐标原点的竖直线，作为y轴，画出水平向右的x轴。

3．确定球的位置

将小球从斜槽上某一位置由静止滑下，小球从轨道末端射出，先用眼睛粗略确定做平抛运动的小球在某一x值处的y值，然后让小球由同一位置自由滚下，在粗略确定的位置附近用铅笔较准确地描出小球通过的位置，并在坐标纸上记下该点。用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置。

4．描点得轨迹

取下坐标纸，将坐标纸上记下的一系列点，用平滑曲线连起来，即得到小球平抛运动轨迹。

（五）、数据处理

1．判断平抛运动的轨迹是抛物线

(1)如图6所示，在x轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3、…，把线段OA1的长度记为L，那么OA2＝2L、OA3＝3L、…，过A1、A2、A3、…向下作垂线，与轨迹的交点记为M1、M2、M3、…。

图6

(2)设轨迹是一条抛物线，则M1、M2、M3、…各点的y坐标与x坐标应该具有的形式为y＝ax2，a是常量。

(3)用刻度尺测量某点的x、y两个坐标，代入y＝ax2中，求出常量a。

(4)测量其他几个点的x、y坐标，代入上式，看由各点坐标求出的a值是否相等。如果在误差允许范围内相等，就说明该曲线为抛物线。

2．计算平抛物体的初速度

(1)在确定坐标原点为抛出点的情况下，在轨迹曲线上任取几点(如A、B、C、D)。

(2)用刻度尺和三角板分别测出它们的坐标x和y。

(3)据平抛运动水平方向是匀速直线运动(x＝v0t)及竖直方向是自由落体运动，分别计算小球的初速度v0，最后计算小球的初速度v0的平均值。

（六）、误差分析

(1)斜槽末端没有调水平，小球离开斜槽后不做平抛运动。

(2)确定小球运动的位置时不准确。

(3)量取轨迹上各点坐标时不准确。

（七）、注意事项

(1)实验中必须调整斜槽末端的切线水平(检验是否水平的方法是：将小球放在斜槽末端任一位置，看其是否能静止)。

(2)方木板必须处于竖直平面内，固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直。

(3)小球每次必须从斜槽上同一位置由静止滚下。

(4)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点。

(5)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角一直到达右下角为宜。

(6)在轨迹上选取离坐标原点O点较远的一些点来计算初速度。

巩固提升 一

1．图1是“研究平抛物体运动”的实验装置，通过描点画出平抛小球的运动轨迹。

（1）以下实验过程的一些做法，其中合理的有___________。

A．安装斜槽轨道，使其末端保持水平  B．每次小球释放的初始位置可以任意选择

C．每次小球应从同一高度由静止释放

D．为描出小球的运动轨迹，描绘的点可以用折线连接

（2）实验得到平抛小球的运动轨迹，在轨迹上取一些点，以平抛起点O为坐标原点，测量它们的水平坐标x和竖直坐标y，图2中y-x2图像能说明平抛小球的运动轨迹为抛物线的是__________

（3）某同学在做平抛运动实验时得到了如图所示的物体运动轨迹，因为没有记录轨道末端位置，所以该同学在轨迹上任取一点a为坐标原点建立如图所示的坐标系（y轴竖直，x轴水平），又在轨迹上另取b、c两点的位置（如图）。（g取10m/s2）根据图中数据，可判断：小球平抛时的初速度为__________m/s。

【答案】解析：A C     C    2.0   

【详解】

(1)[1]A．为了保证小球的初速度水平，斜槽的末端需水平，故A正确；

BC．为了使小球的初速度相等，每次让小球从斜槽的同一位置由静止滚下，故B错误，C正确；

D．描绘小球的运动轨迹，用平滑曲线连接，故D错误。

故选AC。

(2)[2]在竖直方向上的位移 水平方向 

联立解得

所以平抛小球运动轨迹的y－x2图线是一条过原点的直线，故选C。

(3)[3]由水平距离间隔相同，因此a到b、b到c运动时间相同，由竖直方向

解得    T=0.1s   水平方向           解得  v0=2.0m/s

巩固提升二

2.研究平抛运动的实验装置如图甲所示，实验过程中用频闪照相法来获取小球做平抛运动

时不同时刻的位置。

（1）某次实验过程中获得连续三个时刻小球的位置如图乙所示，若频闪照相机的频率，用刻度尺测得照片上、，照片上物体影像的大小与实际物体的实际大小之比为，则当地的重力加速度_______（用字母表示）= _____计算结果保留至小数点后两位。

（2）要测出小球离开斜槽末端的速度，还需要测量的物理量是___________，使用的仪器是_________。

（3）若实验中，斜槽末端切线不水平，则仅从这一因素的影响分析，重力加速度的测量值_______填“偏大”“偏小”或“没有影响”，小球离开斜槽末端的速度的测量值________填“偏大”“偏小”或“没有影响”。

【答案】        9.60    A、B两点间的水平距离    刻度尺    没有影响    偏小   

【详解】

(1)[1][2]由题意可知小球从A到B的时间与从B到C的时间相等，小球在竖直方向做匀加速直线运动，根据以及照片上物体影像的大小与实际物体的实际大小之比，可得

即                  代入数据得  

(2)[3]要测出小球离开斜楼末端的速度，还需要测量A、B两点间的水平距离或B、C两点间的水平距离x，或A、C两点间的水平距离，即  

[4]需要用到的仪器是刻度尺。

(3)[5]无论斜槽末端切线是否水平，小球均做抛体运动，竖直方向的分运动为匀加速直线运动，水平方向的运动不会影响竖直方向的运动，故仅从“斜槽末端切线不水平”这一因素的影响分析，重力加速度的测量值没有影响。

[6]若斜槽末端切线不水平，则利用计算得到的是小球离开斜槽末端时速度在水平方向的分速度，它与小球离开斜槽末端时的速度相比较，测量值偏小。

巩固提升三

3．某物理兴趣小组利用实验室提供的器材“研究平抛物体的运动”。

（1）下列关于实验步骤的说法正确的是_________。

A．将斜槽的末端切线调成水平

B．将木板校准到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直平面平行

C．小球每次必须从斜面上的同一位置由静止开始释放

D．斜槽轨道必须光滑

（2）如图为一小球做平抛运动的闪光照相照片的一部分，今

取A点为坐标原点，建立了如图所示坐标系，平抛轨道上三点

的坐标值图中已标出，则：

①闪光时间间隔T为_______s；

②小球平抛的初速度为________；

③小球经过B点时的竖直分速度大小为________；

④小球水平抛出点的坐标为：______；_______。

【答案】ABC    0.1    1    2    -10    5   

【详解】

(1)[1]A．为了保证小球做平抛运动，将斜槽的末端切线调成水平，所以A正确；

B.将木板校准到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直平面平行，能准确记录小球在竖直平面上的运动，所以B正确；

C.小球每次必须从斜面上的同一位置由静止开始释放，这样子才能保证小球能具有相同的初速度做平抛运动，所以C正确；

D.斜槽轨道不需要光滑，只要从同一位置滑下小球就具有相同初速度，所以D错误；

故选ABC。

(3)①[2]闪光时间间隔为T，根据           

 代入数据解得

②[3]小球平抛的初速度为

③[4]小球在竖直方向做匀加速直线运动，由平均速度表示中间时刻的瞬时速度，则小球经过B点时的竖直分速度大小为                    

④[5][6]小球开始运动到B点的时间为

则有 

   所以小球水平抛出点的坐标为  x=

课堂

小结

1．什么是平抛运动?

初速度方向为水平方向的抛体运动叫做平抛运动．

2．平抛运动水平和竖直两个方向上的分运动分别是什么运动?

水平方向是匀速直线运动；竖直方向是自由落体运动．

3．平抛运动实验：

3.1 实验器材： 

3.2 实验步骤: 

3.3  思考与讨论：

3.4 实验注意事项 

3.5  实验数据的处理与结论

板书设计

1．什么是平抛运动?

初速度方向为水平方向的抛体运动叫做平抛运动．

2．平抛运动水平和竖直两个方向上的分运动分别是什么运动?

水平方向是匀速直线运动；竖直方向是自由落体运动．

3．平抛运动实验：

3.1 实验器材： 

3.2 实验步骤: 

3.3  思考与讨论：

3.4 实验注意事项 

3.5  实验数据的处理与结论

课后作业

1．如图所示，用小锤击打弹性金属片，A球沿水平方向飞出，同时B球自由落下。多次改变小球距地面的高度和打击的力度，均可观察到两球同时落地。这个实验现象说明（　　）

A．A球在竖直方向上做自由落体运动 

B．A球在竖直方向上做匀速直线运动

C．A球在水平方向上做匀速直线运动 

D．A球在水平方向上做匀加速直线运动

2．用如图所示装置研究平抛运动，小锤击打金属片，使A 球沿水平方向抛出，同时B 球自由下落。发现位于同一高度的A、B两个小球总是同时落地。该实验现象说明了做平抛运动的物体（　　）

A．竖直方向的分运动是自由落体运动  

B．竖直方向的分运动是匀速直线运动

C．水平方向的分运动是匀减速直线运动 

D．水平方向的分运动是匀加速直线运动

3．如图所示，在竖直板上不同高度处各固定两个完全相同的圆弧轨道，轨道的末端水平，在它们相同的位置上各安装一个电磁铁，两个电磁铁由同一个开关控制，通电后，两电磁铁分别吸住两个相同的小铁球A、B，断开开关，两个小铁球同时开始运动。离开圆弧轨道后，A球做平抛运动，B球进入一个光滑的水平轨道，则：

（1）球B在光滑的水平轨道上做______运动；实验过程中观察到球A正好砸在球B上，由此现象可以得出平抛运动水平方向的分运动为_______的结论；

（2）若两个小球相碰的位置恰好在水平轨道

上的P点处，固定在竖直板上的方格纸为正方

形小格，每小格的边长均为5cm，则可算出球

B到达P点的速度为______m/s。（g取10 m/s2）

答案

1．A

【详解】

本实验将A的做平抛运动与竖直方向下落的B的运动对比，只能说明A竖直方向运动情况，不能反映A水平方向的运动情况，每次两球都同时落地，说明A竖直方向的分运动是自由落体运动。

故选A。

2．A

【详解】

因B球做自由落体运动，A球做平抛运动，位于同一高度的A、B两个小球总是同时落地，说明两球在竖直方向的运动是相同的，即该实验现象说明了做平抛运动的物体竖直方向的分运动是自由落体运动。

故选A。

3．匀速直线    匀速直线运动    1   

【详解】

（1）[1][2]球B在光滑的水平轨道上所受合外力为零，做匀速直线运动，实验过程中观察到球A正好砸在球B上，由此现象可以得出平抛运动水平方向的分运动为匀速直线运动的结论；

（2）[3]球A从抛出到运动至P点所经历的时间为

所以球B到达P点的速度为

教学反思