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1、3实验：研究平抛运动目的和器材目的和器材实验目的目的1.1.用用实验的方法描出平抛运的方法描出平抛运动的的轨迹。迹。2.2.判断平抛运判断平抛运动的的轨迹是否迹是否为抛物抛物线。3.3.根据平抛运根据平抛运动的的轨迹求其初速度。迹求其初速度。实验器材器材斜槽、小球、方木板、斜槽、小球、方木板、铁架台、坐架台、坐标纸、图钉、重垂、重垂线、三角板、三角板、铅笔、刻度尺笔、刻度尺实验原理原理1.1.利用追踪法逐点描出小球运利用追踪法逐点描出小球运动的的轨迹。迹。2.2.建立坐建立坐标系，如果系，如果轨迹上各点的迹上各点的y y坐坐标与与x x坐坐标间的关系具有的关系具有y=axy=ax2 2的形式的
2、形式(a(a是一个常量是一个常量) )，则轨迹是一条抛物迹是一条抛物线。3.3.测出出轨迹上某点的坐迹上某点的坐标x x、y y，根据，根据x=vx=v0 0t t，y= gty= gt2 2得初速度得初速度v v0 0=x =x 。【实验过程】程】一、一、实验步步骤方法一：描迹法方法一：描迹法1.1.安装安装调整：整：(1)(1)将将带有斜槽有斜槽轨道的木板固定在道的木板固定在实验桌上，使其末端伸出桌面，桌上，使其末端伸出桌面，轨道末端切道末端切线水平。水平。(2)(2)用用图钉将坐将坐标纸固定于固定于竖直木板的左上角，把木板直木板的左上角，把木板调整到整到竖直位直位置，使板面与小球的运置，
3、使板面与小球的运动轨迹所在平面平行且靠近。如迹所在平面平行且靠近。如图所示：所示：2.2.建坐建坐标系：把小球放在槽口系：把小球放在槽口处，用，用铅笔笔记下小球在槽口下小球在槽口( (轨道末端道末端) )时球心所在木板上的投影点球心所在木板上的投影点O O，O O点即点即为坐坐标原点，利用重垂原点，利用重垂线画出画出过坐坐标原点的原点的竖直直线作作为y y轴，然后画出水平向右的，然后画出水平向右的x x轴。3.3.确定小球位置：确定小球位置：(1)(1)将小球从斜槽上某一位置由静止滑下，小球从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，用道末端射出，用眼睛粗略确定做平抛运眼睛粗略确定
4、做平抛运动的小球在某一的小球在某一x x值处的的y y值。(2)(2)让小球由同一位置自由小球由同一位置自由滚下，在粗略确定的位置附近用下，在粗略确定的位置附近用铅笔笔较准准确地描出小球通确地描出小球通过的位置，并在坐的位置，并在坐标纸上上记下下该点。点。(3)(3)用同用同样的方法确定的方法确定轨迹上其他各点的位置。迹上其他各点的位置。4.4.描点得描点得轨迹：取下坐迹：取下坐标纸，将坐，将坐标纸上上记下的一系列点用平滑曲下的一系列点用平滑曲线连起来，即得到小球平抛运起来，即得到小球平抛运动轨迹。迹。方法二：方法二：喷水法水法如如图所示，倒置的所示，倒置的饮料瓶内装有水，瓶塞内插着两根两料瓶
5、内装有水，瓶塞内插着两根两端开口的端开口的细管，其中一根弯成水平，且加上一个很管，其中一根弯成水平，且加上一个很细的的喷嘴。水从嘴。水从喷嘴中射出，在空中形成弯曲的嘴中射出，在空中形成弯曲的细水柱，它水柱，它显示了平抛运示了平抛运动的的轨迹。将它描在背后的迹。将它描在背后的纸上，上，进行分行分析析处理。理。方法三：方法三：频闪照相法照相法数数码照相机每秒拍下小球做平抛运照相机每秒拍下小球做平抛运动时的十几的十几帧或几十或几十帧照片。将照照片。将照片上不同片上不同时刻的小球的位置刻的小球的位置连成平滑曲成平滑曲线便得到了小球的运便得到了小球的运动轨迹。迹。二、数据二、数据处理理1.1.判断平抛运
6、判断平抛运动的的轨迹是否迹是否为抛物抛物线：在在x x轴上作出等距离的几个点上作出等距离的几个点A A1 1、A A2 2、A A3 3向下作垂向下作垂线，垂，垂线与抛体与抛体轨迹的交点迹的交点记为M M1 1、M M2 2、M M3 3用刻度尺用刻度尺测量各点的坐量各点的坐标(x(x，y)y)。(1)(1)代数代数计算法：将某点算法：将某点( (如如M M3 3点点) )的坐的坐标(x(x，y)y)代入代入y=axy=ax2 2求出常数求出常数a a，再将其他点的坐再将其他点的坐标代入此关系式看看等式是否成立，若等式代入此关系式看看等式是否成立，若等式对各点的各点的坐坐标都近似成立，都近似成
7、立，则说明所描明所描绘得出的曲得出的曲线为抛物抛物线。(2)(2)图像法：建立像法：建立y -xy -x2 2坐坐标系，根据所系，根据所测量的各个点的量的各个点的x x坐坐标值计算算出出对应的的x x2 2值，在坐，在坐标系中描点，系中描点，连接各点看是否在一条直接各点看是否在一条直线上，若上，若大致在一条直大致在一条直线上，上，则说明平抛运明平抛运动的的轨迹是抛物迹是抛物线。2.2.计算初速度：在小球平抛运算初速度：在小球平抛运动轨迹上迹上选取分布均匀的六个点取分布均匀的六个点A A、B B、C C、D D、E E、F F，用刻度尺、三角板，用刻度尺、三角板测出它出它们的坐的坐标(x(x，y
8、)y)，并，并记录在下面的表格中，已知在下面的表格中，已知g g值，利用公式，利用公式y= gty= gt2 2和和x=vx=v0 0t t，求出小，求出小球做平抛运球做平抛运动的初速度的初速度v v0 0，最后算出，最后算出v v0 0的平均的平均值。A AB BC CD DE EF Fx/mmx/mmy/mmy/mmv v0 0=x /(ms=x /(ms-1-1) )v v0 0的平均的平均值3.3.判定判定O O点是不是抛出点：点是不是抛出点：(1)(1)在如在如图所示的所示的轨迹上迹上选取取A A、B B、C C三点，三点，OAOA、ABAB、BCBC的水平距离相的水平距离相等，等，
9、则说明从明从O O到到A A、A A到到B B、B B到到C C的的时间相等，相等，过A A、B B、C C三点作水平三点作水平线和和y y轴相交，得出相交，得出A A、B B、C C三点的三点的纵坐坐标值y yA A、y yB B、y yC C。(2)(2)如果如果y yA AyyB ByyC C=149=149，则说明明O O点点为抛出点，抛出点，若不若不满足上述比例关系，足上述比例关系，则说明明O O点不是抛出点。点不是抛出点。【误差分析】差分析】(1)(1)安装斜槽安装斜槽时，其末端切，其末端切线不水平，不水平，导致小球离开斜槽后不做平抛致小球离开斜槽后不做平抛运运动产生生误差。差。(
10、2)(2)建立坐建立坐标系系时，坐，坐标原点的位置确定不准确，原点的位置确定不准确，导致致轨迹上各点的迹上各点的坐坐标不准确不准确产生生误差。差。(3)(3)小球每次自由小球每次自由滚下下时的起始位置不完全相同，的起始位置不完全相同，导致致轨迹出迹出现误差。差。(4)(4)确定小球运确定小球运动的位置的位置时，出，出现误差。差。(5)(5)量取量取轨迹上各点的坐迹上各点的坐标时，出，出现误差。差。【注意事【注意事项】(1)(1)斜槽安装：斜槽安装：实验中必中必须调整斜槽末端切整斜槽末端切线水平，将小球放在斜槽水平，将小球放在斜槽末端水平部分，若能使小球在平直末端水平部分，若能使小球在平直轨道上
11、的任意位置静止，斜槽末端道上的任意位置静止，斜槽末端的切的切线就水平了。就水平了。(2)(2)方木板固定：方木板必方木板固定：方木板必须处于于竖直平面内，固定直平面内，固定时要用重垂要用重垂线检查坐坐标纸竖线是否是否竖直。直。(3)(3)小球小球释放：放：小球每次必小球每次必须从斜槽上同一位置从斜槽上同一位置滚下。下。小球开始小球开始滚下的位置高度要适中，以使小球平抛运下的位置高度要适中，以使小球平抛运动的的轨迹由坐迹由坐标纸的左上角一直到达右下角的左上角一直到达右下角为宜。宜。(4)(4)坐坐标原点：坐原点：坐标原点不是槽口的端点，而是小球出槽口原点不是槽口的端点，而是小球出槽口时球心在球心
12、在木板上的投影点。木板上的投影点。(5)(5)初速度的初速度的计算：在算：在轨迹上迹上选取离坐取离坐标原点原点O O较远的一些点来的一些点来计算初算初速度。速度。热点一点一 实验操作及原理操作及原理【典例【典例1 1】(2015(2015宜昌高一宜昌高一检测) )在在“研究平抛物体的运研究平抛物体的运动”的的实验中：中：(1)(1)为使小球水平抛出，必使小球水平抛出，必须调整斜槽，使其末端的切整斜槽，使其末端的切线成水平方向，成水平方向，检查方法是方法是_ _ _。(2)(2)小球抛出点的位置必小球抛出点的位置必须及及时记录在白在白纸上，然后从上，然后从这一点画水平一点画水平线和和竖直直线作作
13、为x x轴和和y y轴，竖直直线是用是用_来确定的。来确定的。(3)(3)某同学建立的直角坐某同学建立的直角坐标系如系如图所示，所示，设他在他在安装安装实验装置和其他操作装置和其他操作时准确无准确无误，只有一，只有一处失失误，即是，即是_。(4)(4)该同学在同学在轨迹上任取一点迹上任取一点M M，测得坐得坐标为(x(x，y)y)，则初速度的初速度的测量量值为_，测量量值比真比真实值要要_(_(选填填“偏大偏大”“”“偏偏小小”或或“不不变”)”)。【正确解答】【正确解答】(1)(1)斜槽末端水平时小球处处平衡，放在槽口能静止不斜槽末端水平时小球处处平衡，放在槽口能静止不动。动。(2)(2)用
14、重垂线来确定竖直线最准确。用重垂线来确定竖直线最准确。(3)(3)描绘小球的运动轨迹的起描绘小球的运动轨迹的起始位置时应描绘球心的位置，因此坐标原点应在平抛起点的球心位始位置时应描绘球心的位置，因此坐标原点应在平抛起点的球心位置，即坐标原点应该是小球在槽口时球心在白纸上的水平投影点。置，即坐标原点应该是小球在槽口时球心在白纸上的水平投影点。(4)(4)根据根据x=vx=v0 0t t，y= gty= gt2 2，两式联立得：，两式联立得：v v0 0= = ，因为坐标原点，因为坐标原点靠下，造成靠下，造成y y值偏小，从而值偏小，从而v v0 0偏大。偏大。答案：答案：(1)(1)将小球放置在
15、槽口处轨道上，小球能保持静止将小球放置在槽口处轨道上，小球能保持静止(2)(2)重垂线重垂线(3)(3)坐标原点应该是小球在槽口时球心在白纸上的水平投影点坐标原点应该是小球在槽口时球心在白纸上的水平投影点(4) (4) 偏大偏大热点二点二 实验误差与数据差与数据处理理【典例【典例2 2】图甲是甲是“研究平抛运研究平抛运动”的的实验装置装置图。(1)(1)实验前前应对实验装置反复装置反复调节，直到斜槽末端切，直到斜槽末端切线_。每。每次次让小球从同一位置由静止小球从同一位置由静止释放，是放，是为了每次平抛了每次平抛_。(2)(2)图乙是正确乙是正确实验取得的数据，其中取得的数据，其中O O为抛出
16、点，抛出点，则此小球做平抛运此小球做平抛运动的初速度的初速度为_m/s_m/s。(3)(3)在另一次在另一次实验中将白中将白纸换成方格成方格纸，每小格的，每小格的边长L=5cmL=5cm，通，通过实验，记录了小球在运了小球在运动途中的三个位置，如途中的三个位置，如图丙所示，丙所示，则该小球做平小球做平抛运抛运动的初速度的初速度为_m/s_m/s；B B点的点的竖直分速度直分速度为_m/s_m/s。【正确解答】【正确解答】(1)(1)要使小球做平抛运动，斜槽末端切线应水平，同时要使小球做平抛运动，斜槽末端切线应水平，同时为了使每次平抛的初速度相同，应让小球从同一位置由静止释放。为了使每次平抛的初
17、速度相同，应让小球从同一位置由静止释放。(2)(2)由由x=vx=v0 0t t，y= gty= gt2 2得得v v0 0=x =x ，将，将(32.0(32.0，19.6)19.6)代入得代入得v v0 0= = 0.32 m/s=1.6m/s0.32 m/s=1.6m/s。(3)(3)由图丙可知，小球由由图丙可知，小球由ABAB和由和由BCBC所用时间相等，且有所用时间相等，且有y=gTy=gT2 2，x=vx=v0 0T T，解得，解得v v0 0=1.5m/s=1.5m/s，v vByBy= =2m/s=2m/s。答案：答案：(1)(1)水平初速度相同水平初速度相同(2)1.6(2)1.6(3)1.5(3)1.52 2
