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1、第第五五章章实验理论指导实验理论指导典题案例典题案例导析导析题型一题型一题型二题型二第第3 3节节题型三题型三知能演练提升知能演练提升 三、实验器材三、实验器材 1描迹法描迹法 斜槽轨道、小钢球、木板、白纸、图钉、重锤、直尺、斜槽轨道、小钢球、木板、白纸、图钉、重锤、直尺、三角板、铅笔等。三角板、铅笔等。 2喷水法喷水法 饮料瓶、瓶塞、两端开口的细管饮料瓶、瓶塞、两端开口的细管(其中一根弯成直角，其中一根弯成直角，其一端接一段更细的硬管其一端接一段更细的硬管)、白纸、木板。、白纸、木板。 四、实验步骤四、实验步骤 1描迹法描迹法 实验装置如图实验装置如图531所示，钢球从所示，钢球从斜槽上滚下
2、，冲过水平槽飞出后做平抛斜槽上滚下，冲过水平槽飞出后做平抛运动。每次都使钢球在斜槽的同一位置运动。每次都使钢球在斜槽的同一位置滚下，钢球在空中做平抛运动的轨迹就是一定的。用铅笔滚下，钢球在空中做平抛运动的轨迹就是一定的。用铅笔描出小球每次经过的位置，通过多次实验，在竖直白纸上描出小球每次经过的位置，通过多次实验，在竖直白纸上记录钢球经过的多个位置，连起来可得到钢球平抛运动的记录钢球经过的多个位置，连起来可得到钢球平抛运动的轨迹。轨迹。图图5 53 31 1 2喷水法喷水法 如图如图532所示，倒置的饮料瓶内装着所示，倒置的饮料瓶内装着水，瓶塞内插着两根两端开口的细管，其中水，瓶塞内插着两根两端
3、开口的细管，其中一根弯成水平，加上一个很细的喷嘴。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。行分析处理。图图5 53 32 2 3频闪照相法频闪照相法 用数码照相机可记录下平抛运动的用数码照相机可记录下平抛运动的轨迹，如图轨迹，如图533所示。所示。 由于相邻两帧照片间的时间间隔是由于相邻两帧照片间的时间间隔是相等的，只要测量相邻两照片上小球的相等的，只要测量相邻两照片上小球的水平位移，就很容易判断平抛运动水平水平位移
4、，就很容易判断平抛运动水平方向上的运动特点。方向上的运动特点。图图5 53 33 3 五、数据处理五、数据处理 1判断平抛运动的轨迹是抛物线判断平抛运动的轨迹是抛物线 (1)如图如图534所示，在所示，在x轴上作轴上作出等距离的几个点出等距离的几个点A1、A2、A3、，把，把线段线段OA1的长度记为的长度记为L，那么，那么OA22L、OA33L、，过，过A1、A2、A3、向下向下作垂线，与轨迹的交点记为作垂线，与轨迹的交点记为M1、M2、M3、图图5 53 34 4 (2)设轨迹是一条抛物线，则设轨迹是一条抛物线，则M1、M2、M3、各点的各点的y坐标与坐标与x坐标应该具有的形式为坐标应该具有
5、的形式为yax2，a是常量。是常量。 (3)用刻度尺测量某点的用刻度尺测量某点的x、y两个坐标，代入两个坐标，代入yax2中，中，求出常量求出常量a。 (4)测量其他几个点的测量其他几个点的x、y坐标，代入上式，看由各点坐标，代入上式，看由各点坐标求出的坐标求出的a值是否相等。如果在误差允许范围内相等，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。就说明该曲线为抛物线。 六、注意事项六、注意事项 (1)利用描迹法做实验时必须调整斜槽末端的切线沿水利用描迹法做实验时必须调整斜槽末端的切线沿水平方面。平方面。 (2)方木板必须处于竖直平面内，固定时要用重垂线检方木板必须处于竖直平面内
6、，固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直。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滚下。小球每次必须从斜槽上同一位置滚下。 (4)坐标原点不能是槽口的端点，应是小球出槽口时坐标原点不能是槽口的端点，应是小球出槽口时球心在木板上的投影点。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，以使小球做平小球开始滚下的位置高度要适中，以使小球做平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜。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在轨迹上选取离坐标原点O点较远的一些点来计点较远的一些点来计算初速度。算初速度。 七、误差分析七、误差分析
7、 (1)用描迹法时斜槽末端没有水平，使得小球离用描迹法时斜槽末端没有水平，使得小球离开斜槽后不做平抛运动。开斜槽后不做平抛运动。 (2)描点不准确。描点不准确。 (3)在轨迹上量取某点坐标在轨迹上量取某点坐标(x，y)时出现误差。时出现误差。八、它案设计八、它案设计对比实验法研究平抛运动规律。对比实验法研究平抛运动规律。实验装置如图实验装置如图535所示。所示。图图5 53 35 5 1研究水平方向上的分运动的性质研究水平方向上的分运动的性质 (1)把两个小钢珠分别吸在电磁铁把两个小钢珠分别吸在电磁铁C、D上，切断电源，上，切断电源，使两个小钢珠以相同的初速度分别从轨道使两个小钢珠以相同的初速
8、度分别从轨道A、B同时射出。同时射出。 (2)同步改变电磁铁同步改变电磁铁C、D与轨道出口水平线之间的高度，与轨道出口水平线之间的高度，多次重复以上步骤。多次重复以上步骤。 我们看到两个小钢珠每次都发生相碰，因此可以得出两我们看到两个小钢珠每次都发生相碰，因此可以得出两个小钢珠在水平方向的运动是相同的，即平抛运动在水平方个小钢珠在水平方向的运动是相同的，即平抛运动在水平方向上的分运动是匀速直线运动。向上的分运动是匀速直线运动。 2研究竖直方向上的分运动的性质研究竖直方向上的分运动的性质 (1)把两个小钢珠分别吸在电磁铁把两个小钢珠分别吸在电磁铁C、E上，切断电磁上，切断电磁铁铁C的电源，使一只
9、小钢珠从轨道的电源，使一只小钢珠从轨道A射出，并在射出时碰射出，并在射出时碰撞开关撞开关S，使电磁铁，使电磁铁E断电释放它吸着的小钢珠。断电释放它吸着的小钢珠。 (2)调整电磁铁调整电磁铁E的位置，让电磁铁的位置，让电磁铁E从从N向向M移动，移动，多次重复以上步骤。多次重复以上步骤。 我们看到两个小钢珠每次都发生相碰，因此可以得我们看到两个小钢珠每次都发生相碰，因此可以得出两个小钢珠在竖直方向的运动是相同的，即平抛运动出两个小钢珠在竖直方向的运动是相同的，即平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动。在竖直方向上的分运动是自由落体运动。 例例1在在“研究平抛运动研究平抛运动”的实验中，可以描绘
10、平抛物体的实验中，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：运动轨迹和求物体的平抛初速度。实验简要步骤如下： A.让小钢球多次从让小钢球多次从_位置上滚下，记下小球运动途位置上滚下，记下小球运动途中经过的一系列位置；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球在斜槽末端时球心在木板上的投影点O和过和过O点的竖直线，点的竖直线，检测斜槽末端水平的方法是检测斜槽末端水平的方法是_。 C测出曲线上某点的坐标测出曲线上某点的坐标x、y，用，用v0_算算出该小球的平抛初速度，
11、实验需要对多个点求出该小球的平抛初速度，实验需要对多个点求v0的值，然的值，然后求它们的平均值。后求它们的平均值。 D取下白纸，以取下白纸，以O为原点，以竖直线为为原点，以竖直线为y轴建立坐标轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛轨迹。系，用平滑曲线画平抛轨迹。上述实验步骤的合理顺序是上述实验步骤的合理顺序是_(只排列序号即可只排列序号即可)。 解析解析A项中要记下小球运动途中经过的一系列位置，项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，小球位置，要确定多个位置
12、，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。位置上滚下。 B项中用平衡法，即将小球放到斜槽末端任一位置，如项中用平衡法，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。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。斜槽末端不是水平的，小球将发生滚动。C项中运用项中运用xv0t及及ygt2联立即可求得联立即可求得v0x
13、。 例例2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，小方用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长格的边长L1.25 cm，若小球在平抛运，若小球在平抛运动途中的几个位置如图动途中的几个位置如图536中中a、b、c、d所示，则：所示，则： (1)小球做平抛运动的初速度的计算小球做平抛运动的初速度的计算式是什么式是什么(用用L、g表示表示)？其值是多少？其值是多少？ (2)a点是平抛小球抛出点的位置吗点是平抛小球抛出点的位置吗？如果不是，那么抛出点的位置怎样确？如果不是，那么抛出点的位置怎样确定？定？图图5 53 36 6 例例3利用单摆验证小球平抛运动规律，
14、设计方案利用单摆验证小球平抛运动规律，设计方案如图如图537甲所示，在悬点甲所示，在悬点O正下方有水平放置的炽热正下方有水平放置的炽热的电热丝的电热丝P，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断；，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断；MN为水平木板，已知悬线长为为水平木板，已知悬线长为L，悬点与木板间的距离，悬点与木板间的距离OOh(hL)。图图5 53 37 7(1)电热丝电热丝P必须置于悬点正下方的理由是：必须置于悬点正下方的理由是：_。(2)将小球向左拉起后自由释放，最后小球落在木板上的将小球向左拉起后自由释放，最后小球落在木板上的C点，点，OCx，则小球做平抛运动的初速度，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间的夹角直方向间的夹角，小球落点与，小球落点与O点的水平距离点的水平距离x将随之改变，将随之改变，经多次实验，以经多次实验，以x2为纵坐标、为纵坐标、cos 为横坐标，得到如图为横坐标，得到如图537乙所示图像。则当乙所示图像。则当30时，时，x_m。
