備戰(zhàn)2025屆新高考物理一輪總復(fù)習(xí)第4章拋體運(yùn)動(dòng)與圓周運(yùn)動(dòng)第5講實(shí)驗(yàn)探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)課件-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)會(huì)用實(shí)驗(yàn)的方法探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。2.掌握描跡法、頻閃照相法等探究實(shí)驗(yàn)的常用方法。3.能設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)方案,并對(duì)方案進(jìn)行可行性論證,根據(jù)學(xué)?，F(xiàn)有條件,選擇最優(yōu)方案。4.能獲取信息,通過數(shù)據(jù)分析描繪平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。
三、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案一:利用頻閃照相法探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)數(shù)碼相機(jī)每秒拍下小球做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)的十幾幀或幾十幀照片,將照片上不同時(shí)刻的小球的位置連成平滑曲線,便得到小球的運(yùn)動(dòng)軌跡,由于相鄰兩幀照片間的時(shí)間間隔相等,只要測(cè)出相鄰兩幀照片上小球位置間的水平距離和豎直距離,就很容易判斷平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向和豎直方向的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。
1.數(shù)據(jù)處理(1)建立以拋出點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),以小球水平拋出時(shí)的初速度方向?yàn)閤軸正方向,以豎直向下為y軸正方向的直角坐標(biāo)系。(2)測(cè)出相鄰兩幀照片中小球移動(dòng)的水平距離和豎直距離。(3)根據(jù)水平位移和豎直位移隨時(shí)間變化的具體數(shù)據(jù)分析小球水平方向分運(yùn)動(dòng)和豎直方向分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。2.結(jié)果分析水平方向的分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng),豎直方向的分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)。
方案二:利用描跡法探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)1.實(shí)驗(yàn)器材小鋼球、斜槽軌道、木板及豎直固定支架、坐標(biāo)紙、圖釘、重錘、鉛筆、三角板、刻度尺等。
實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。斜槽M末端水平。鋼球在斜槽中從某一高度滾下,從末端飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)。在裝置中有一個(gè)水平放置的可上下調(diào)節(jié)的傾斜擋板N,鋼球飛出后,落到擋板上。實(shí)驗(yàn)前,先將一張白紙和復(fù)寫紙固定在裝置的背板上。鋼球落到傾斜的擋板上后,就會(huì)擠壓復(fù)寫紙,在白紙上留下印跡。上下調(diào)節(jié)擋板N,通過多次實(shí)驗(yàn),在白紙上記錄鋼球所經(jīng)過的多個(gè)位置。最后,用平滑曲線把這些印跡連接起來,就得到鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。
保證球拋出時(shí)速度方向水平
每次從同一高度由靜止釋放
考向一　實(shí)驗(yàn)原理與操作典題1 (2022浙江1月選考)在研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中,以小球離開軌道末端時(shí)球心位置為坐標(biāo)原點(diǎn)O,建立水平與豎直坐標(biāo)軸。讓小球從斜槽上離水平桌面高為h處由靜止釋放,使其水平拋出,通過多次描點(diǎn)可繪出小球做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)球心的軌跡,如圖所示。在軌跡上取一點(diǎn)A,讀取其坐標(biāo)(x0,y0)。
(1)下列說法正確的是　　　　。?A.實(shí)驗(yàn)所用斜槽應(yīng)盡量光滑B.畫軌跡時(shí)應(yīng)把所有描出的點(diǎn)用平滑的曲線連接起來C.求平拋運(yùn)動(dòng)初速度時(shí)應(yīng)讀取軌跡上離原點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn)的數(shù)據(jù)
(2)根據(jù)題目所給信息,小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度大小v0=　　　　。?
(3)在本實(shí)驗(yàn)中要求小球多次從斜槽上同一位置由靜止釋放的理由是　。?
確保多次運(yùn)動(dòng)的軌跡相同
解析 (1)只要保證小球每次從同一位置由靜止釋放,到達(dá)斜槽末端的速度大小都相同即可,與實(shí)驗(yàn)所用斜槽是否光滑無關(guān),故A錯(cuò)誤;畫軌跡時(shí)應(yīng)舍去誤差較大的點(diǎn),把誤差小的點(diǎn)用平滑的曲線連接起來,故B錯(cuò)誤;求平拋運(yùn)動(dòng)初速度時(shí)應(yīng)讀取軌跡上離原點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn)的數(shù)據(jù),便于減小讀數(shù)產(chǎn)生的偶然誤差,故C正確。
(3)小球多次從斜槽上同一位置由靜止釋放是為了保證到達(dá)斜槽末端的速度大小都相同,從而能確保多次運(yùn)動(dòng)的軌跡相同。
考向二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與誤差分析典題2 (2022福建卷)某實(shí)驗(yàn)小組利用圖甲所示裝置驗(yàn)證小球平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)時(shí),先將斜槽固定在貼有復(fù)寫紙和白紙的木板邊緣,調(diào)節(jié)槽口水平并使木板豎直;把小球放在槽口處,用鉛筆記下小球在槽口時(shí)球心在木板上的水平投影點(diǎn)O,建立xOy坐標(biāo)系。然后從斜槽上固定的位置釋放小球,小球落到擋板上并在白紙上留下印跡,上下調(diào)節(jié)擋板進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,測(cè)量各印跡中心點(diǎn)O1、O2、O3……的坐標(biāo),并填入表格中,計(jì)算對(duì)應(yīng)的x2值。
(1)根據(jù)上表數(shù)據(jù),在圖乙給出的坐標(biāo)紙上補(bǔ)上O4數(shù)據(jù)點(diǎn),并繪制y-x2圖線。
(2)由y-x2圖線可知,小球下落的高度y與水平距離的二次方x2成　　　　(選填“線性”或“非線性”)關(guān)系,由此判斷小球下落的軌跡是拋物線。?(3)由y-x2圖線求得斜率k,小球平拋運(yùn)動(dòng)的初速度表達(dá)式為v0=　　　　(用斜率k和重力加速度g表示)。?
(4)該實(shí)驗(yàn)得到的y-x2圖線若不經(jīng)過原點(diǎn),可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。?
水平射出點(diǎn)未與O點(diǎn)重合
解析 (1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描出O4數(shù)據(jù)點(diǎn),并繪制y-x2圖線如圖所示。
(2)由y-x2圖線為一條傾斜的直線可知,小球下落的高度y與水平距離的二次方x2成線性關(guān)系。
(4)y-x2圖線是一條直線,若不經(jīng)過原點(diǎn),說明實(shí)驗(yàn)中測(cè)量的y值偏大或偏小一個(gè)定值,這是小球的水平射出點(diǎn)未與O點(diǎn)重合,位于坐標(biāo)原點(diǎn)O上方或下方所造成的。
考點(diǎn)二　實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新
考向一實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新典題3 (2024廣東梅州虎山中學(xué)模擬)某物理小組利用如圖甲所示的裝置驗(yàn)證平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律,在斜槽軌道的末端安裝一個(gè)光電門,調(diào)節(jié)激光束與實(shí)驗(yàn)所用小鋼球的球心等高,斜槽末端切線水平,又分別在該裝置正上方A處和右側(cè)正前方B處安裝頻閃攝像頭進(jìn)行拍攝,鋼球從斜槽上的固定位置無初速度釋放,通過光電門后拋出,得到的頻閃照片如圖丙所示,O為拋出點(diǎn),P為運(yùn)動(dòng)軌跡上某點(diǎn),g取10 m/s2。
(1)用20分度游標(biāo)卡尺測(cè)得鋼球直徑如圖乙所示,則鋼球直徑d=　　　　 mm。?(2)在圖丙中,A處攝像頭所拍攝的頻閃照片為　　　　(選填“a”或“b”)。?(3)測(cè)得圖丙a中OP距離為89.10 cm,b中OP距離為45.00 cm,則鋼球平拋的初速度大小v0=　　　　 m/s(結(jié)果保留兩位小數(shù))。?(4)通過比較鋼球通過光電門的速度v與由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律解得的平拋初速度v0的關(guān)系,從而驗(yàn)證平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。
解析 (1)根據(jù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)律,該讀數(shù)為4 mm+0.05×10 mm=4.50 mm。(2)A處攝像頭所拍攝的頻閃照片顯示鋼球在水平方向上的分運(yùn)動(dòng),而鋼球水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),可知,鋼球的像應(yīng)均勻分布,A處攝像頭所拍攝的頻閃照片為a。(3)圖丙a中OP距離為89.10 cm,則有sOP=v0t,b中OP距離為45.00 cm,則有hOP= gt2,解得v0=2.97 m/s。
考向二實(shí)驗(yàn)思路的創(chuàng)新典題4 (2024廣東廣州第二中學(xué)模擬)某同學(xué)設(shè)計(jì)如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證向心力公式和平拋運(yùn)動(dòng)水平分運(yùn)動(dòng)為勻速運(yùn)動(dòng)。將四分之一圓弧固定在桌面上,圓弧底下安裝一個(gè)壓力傳感器,光電門固定在圓弧底端正上方。實(shí)驗(yàn)步驟如下:
①讓小球靜止在圓弧底端,傳感器示數(shù)為F0;②讓小球從圓弧某一位置由靜止釋放,記錄通過光電門的時(shí)間t、壓力傳感器示數(shù)F和落點(diǎn)與圓弧底端的水平位移x;③改變釋放位置,重復(fù)步驟②。
請(qǐng)回答以下問題:(1)為完成實(shí)驗(yàn),關(guān)于實(shí)驗(yàn)裝置及相關(guān)測(cè)量,下列說法正確的是　　　;?A.圓弧要保持光滑B.小球要選擇體積小、密度大的C.要測(cè)量小球到地面的豎直高度D.要測(cè)量小球的質(zhì)量(2)用游標(biāo)卡尺測(cè)量小球直徑,如圖所示,則小球直徑為　　　　 mm;?(3)以　　　　(選填“F”或“F-F0”)為縱軸、為橫軸作圖像,若圖像是　　　　　　　　　　,則說明向心力大小與小球速度二次方成正比;?
(5)甲、乙兩位同學(xué)以不同的桌面高度進(jìn)行實(shí)驗(yàn),得到的x-y圖像如圖所示,其中甲同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)的桌面高度比乙同學(xué)的　　　　(選填“高”或“低”)。?
解析 (1)圓弧沒必要保持光滑,從不同高度下滑,小球經(jīng)過光電門的速度不同,速度根據(jù)小球直徑和光電門測(cè)量的擋光時(shí)間測(cè)出,A錯(cuò)誤;小球要選擇體積小、密度大的,減小阻力的影響,B正確;沒有必要測(cè)量小球到地面的豎直高度,只要保證豎直高度相同,則平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相同,只需證明水平位移和水平速度成正比即可證明平拋運(yùn)動(dòng)水平方向的分運(yùn)動(dòng)為勻速運(yùn)動(dòng),C錯(cuò)誤;小球在圓弧底端時(shí)有F-F0= ,要驗(yàn)證向心力公式,需要測(cè)量小球的質(zhì)量,D正確。(2)小球的直徑d=6 mm+0.05×14 mm=6.70 mm。

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