《新人教 高中物理 必修2--5.3 实验：研究平抛运动》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新人教 高中物理 必修2--5.3 实验：研究平抛运动（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、3 实验 研究平抛运动 一 二 三 四 一 实验目的1 用实验的方法描出平抛运动的轨迹 2 由实验轨迹求平抛运动物体的初速度 一 二 三 四 二 实验原理平抛物体的运动可以看成是由两个分运动合成的 即水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动 使小球做平抛运动 利用描迹法描出小球的运动轨迹 建立平面直角坐标系 测出轨迹曲线上某一点的坐标x和y 根据公式x v0t和 一 二 三 四 三 实验器材斜槽 带小球 木板及竖直固定支架 白纸 图钉 重锤线 三角板 铅笔 刻度尺 一 二 三 四 四 实验步骤1 实验装置如图所示 安装调整斜槽 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
2、端切线水平 2 调整木板 确定坐标原点 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 时球心所在木板上的投影点O O点即为坐标原点 用重锤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 一 二 三 四 3 描点 将小球从斜槽上某一位置由静止滚下 小球从轨道末端飞出 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 描绘出平抛运动的轨迹
3、 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 一 二 三 四 5 计算初速度 在小球平抛运动轨迹上选取分布均匀的六个点 A B C D E F 用刻度尺 三角板测出它们的坐标 x y 并记录在下面的表格中 已知g值 利用公式y gt2和x v0t 求出小球做平抛运动的初速度v0 最后算出v0的平均值 实验指导 典例剖析 一 注意事项1 保证斜槽末端切线水平 方木板竖直且与小球下落的平面平行 并使小球运动时靠近木板 但不接触 2 小球每次都从斜槽上同一位置由静止滚下 3 小球做平抛运动的起点不是槽口的端点 应是小球在槽口时 球的重心在木板上的水平投影点 4 小
4、球在斜槽上开始滚下的位置要适当 以便使小球运动的轨迹由木板的左上角到右下角 5 要选取距O点远些的点来计算小球的初速度 这样可减小误差 实验指导 典例剖析 二 实验误差来源和分析1 安装斜槽时 其末端切线不水平 2 建立坐标系时 以斜槽末端端口位置为坐标原点 实际上应是末端端口上的小球球心位置为坐标原点 3 小球每次自由滚下的位置不完全相同 4 数据测量时 测量不准确而产生误差 实验指导 典例剖析 三 数据处理1 计算初速度 1 在平抛小球运动轨迹上选取A B C D E五个点 测出它们的x y坐标值 2 把测到的坐标值依次代入公式y gt2和x v0t 求出小球平抛的初速度 并计算其平均值
5、2 验证轨迹是抛物线抛物线的数学表达式为y ax2 将某点 如B点 的坐标x y代入上式求出常数a 再将其他点的坐标代入此关系式看看等式是否成立 若等式对各点的坐标近似都成立 则说明所描绘得出的曲线为抛物线 实验指导 典例剖析 四 获得平抛运动轨迹的其他方法1 喷水法如图所示 倒置的饮料瓶内装着水 瓶塞内插着两根两端开口的细管 其中一根弯成水平 加上一个很细的喷嘴 水从喷嘴中射出 在空中形成弯曲的细水柱 它显示了平抛运动的轨迹 将它描在背后的纸上 进行分析处理 实验指导 典例剖析 2 频闪照相法用数码照相机可记录下平抛运动的轨迹 如图所示 由于相邻两帧照片间的时间间隔是相等的 只要测量相邻两照
6、片上小球的水平位移 就很容易判断平抛运动水平方向上的运动特点 实验指导 典例剖析 例题1 对实验步骤和原理的理解 在 研究平抛运动 的实验中 可以描绘平抛物体运动轨迹和求物体的平抛初速度 实验简要步骤如下 A 让小钢球多次从位置上滚下 记下小球运动途中经过的一系列位置 B 安装好器材 注意斜槽末端水平和木板竖直 记下小球在斜槽末端时球心在木板上的投影点O和过O点的竖直线 检测斜槽末端水平的方法是 C 测出曲线上某点的坐标x y 用v0 算出该小球的平抛初速度 实验需要对多个点求v0的值 然后求它们的平均值 D 取下白纸 以O为原点 以竖直线为y轴建立坐标系 用平滑曲线画平抛轨迹 上述实验步骤的
7、合理顺序是 只排列序号即可 实验指导 典例剖析 解析 步骤A中要记下小球运动途中经过的一系列位置 不可能在一次平抛中完成 每一次平抛一般只能确定一个位置 要确定多个位置 要求小球每次的轨迹重合 小球开始平抛时的初速度必须相同 因此小球每次必须从同一位置上滚下 步骤B中用平衡法 即将小球放到斜槽末端任一位置 如果斜槽末端是水平的 小球受到的支持力和重力是平衡的 不论将小球放到斜槽末端任何位置 小球均不会滚动 如果斜槽末端不是水平的 小球将发生滚动 答案 同一将小球放到斜槽末端任一位置 均不滚动BADC 实验指导 典例剖析 实验指导 典例剖析 例题2 导学号61270012 实验数据的分析和处理
8、如图甲所示 某种 研究平抛运动 的实验装置 1 多选 当a小球从斜槽末端水平飞出时与b小球离地面的高度均为H 此瞬间电路断开使电磁铁释放b小球 最终两小球同时落地 该实验结果可表明 A 两小球落地速度的大小相同B 两小球在空中运动的时间相等C a小球在竖直方向的分运动与b小球的运动相同D 两小球在空中运动时的加速度相等 实验指导 典例剖析 2 利用该实验装置研究a小球平抛运动的速度 从斜槽同一位置释放小球 实验得到小球运动轨迹中的三个点A B C 如图乙所示 图中O为坐标原点 B点在两坐标线交点 坐标xB 40cm yB 20cm A C点均在坐标线的中点 则a小球水平飞出时的初速度大小为v0
9、 m s 平抛小球在B点处的瞬时速度的大小vB m s 实验指导 典例剖析 解析 1 两小球同时落地 表明两小球在竖直方向的运动是一样的 选项B C D正确 答案 1 BCD 2 22 实验指导 典例剖析 实验指导 典例剖析 变式训练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L 1 25cm 若小球在平抛运动中的几个位置如图中的a b c d所示 则小球的初速度的计算公式为v0 用L g表示 其值是 g取9 8m s2 实验指导 典例剖析 解析 ab bc cd水平方向等间距 x 2L v0T 竖直方向 y aT2 即L gT2 实验指导 典例剖析 例题3 导学号612
10、70013 对实验原理的理解和迁移应用 某科学兴趣小组利用下列装置验证小球平抛运动规律 设计方案如图甲所示 用轻质细线拴接一小球 在悬点O正下方有水平放置的炽热的电热丝P 当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断 MN为水平木板 已知悬线长为L 悬点到木板的距离OO h h L 实验指导 典例剖析 1 电热丝P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 最后小球落到木板上的C点 O C s 则小球做平抛运动的初速度v0 3 在其他条件不变的情况下 若改变释放小球时悬线与竖直方向的夹角 小球落点与O 点的水平距离s将随之改变 经多次实验 以s2为纵坐标 cos 为横坐标 得到如图乙所示图象
11、 则当 30 时 s为m 实验指导 典例剖析 解析 1 电热丝P放在悬点正下方 是因为当小球摆到最低点时 速度v0为水平方向 此时悬线刚好被烧断 以保证小球做平抛运动 3 由s2 cos 图象可知s2 2 2cos 当 30 时 代入上式得s 0 52m 12345 1 在 研究平抛物体的运动 的实验中 已备有下列器材 有孔的硬纸片 白纸 图钉 平板 铅笔 弧形斜槽 小球 刻度尺 铁架台 还需要的器材有 A 停表B 天平C 重锤线D 测力计解析 实验不需要测量时间和质量 也不需要测量力 也就不需要停表 天平 测力计这些器材 但竖直线需要用重锤线来确定 选项C正确 答案 C 12345 2 如图
12、所示 在研究平抛运动时 小球A沿轨道滑下 离开轨道末端 末端水平 时撞开轻质碰撞开关S 被电磁铁吸住的小球B同时自由下落 改变整个装置的高度H做同样的实验 发现位于同一高度的A B两球总是同时落地 该实验现象说明了A球在离开轨道后 A 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C 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解析 A B两球同时落地 只能说明A球的竖直分运动与B球自由落体运动情况相同 故选项C正确 答案 C 12345 3 多选 在 研究平抛物体的运动 的实验中 小球做平抛运动的坐标原点位置是 设小球半径为r A 斜槽口末端O点B 小
13、球在槽口时 球心在木板上的投影点C 槽口O点正前方r处D 小球放在槽口末端时 过小球最高点的水平线与槽口的竖直线的交点正下方r处解析 小球做平抛运动的起点不是槽口的端点 而是球的球心在槽口上方时 球心在板上的水平投影点 该投影点的位置要比槽口的位置高一些 确定该投影点的位置用选项B D的说法即可 答案 BD 12345 4 在 研究平抛运动的实验 中 不会增大实验误差的是 A 小球每次自由滚落的高度不同B 斜槽末端不水平C 小球飞行过程受到空气阻力D 斜槽与小球之间有摩擦解析 为保证小球每次做平抛运动的初速度相同 每次释放小球时应在斜槽上的同一位置 选项A错误 斜槽末端不水平 小球离开斜槽后不
14、做平抛运动 选项B错误 小球飞行过程受到空气阻力作用 它不做平抛运动 运动轨迹不是严格的抛物线 选项C错误 实验中只要求小球离开斜槽末端的瞬时速度水平且相同就可以了 即使斜槽与小球间有摩擦 这一要求也能做到 选项D正确 答案 D 12345 5 导学号61270014 选做题 如图为一小球做平抛运动的频闪照片的一部分 图中背景方格的边长均为5cm 如果g取10m s2 那么 1 照相机的闪光频率是Hz 2 小球运动中水平分速度的大小是m s 3 小球经过B点时的速度大小是m s 12345 解析 1 因为xAB xBC 所以tAB tBC 在竖直方向上 由 y gT2得5L 3L gT2 解得T 0 1s 故闪光频率为10Hz 答案 1 10 2 1 5 3 2 5
