實驗：驗證平拋運(yùn)動

1、實驗研究平拋運(yùn)動一、實驗?zāi)康?1) 描出平拋物體的運(yùn)動軌跡，并驗證軌跡是一條拋物線。(2) 根據(jù)運(yùn)動軌跡求平拋物體的初速度。二、實驗原理 平拋運(yùn)動可以看做兩個分運(yùn)動的合成， 一個是水平方向的勻速直線運(yùn)動， 另一個是豎直12 方向的自由落體運(yùn)動。在直角坐標(biāo)系上，它們的位移方程分別表示為x v0t、y12gt2，令小球做平拋運(yùn)動， 利用追蹤法逐點描出小球運(yùn)動的軌跡， 則可作出小球做平拋運(yùn)動的曲線。 建立坐標(biāo)系后，對曲線上的任一點均可求出其橫坐標(biāo)x、縱坐標(biāo) y，用公式 y21gt2 可求出小球從原點到該點的運(yùn)動時間，再用公式xv0t 則可求出小球做平拋運(yùn)動的初速度。三、實驗器材斜槽、小球、方木板、鐵

2、架臺、白紙、圖釘、重垂線、三角板、鉛筆、刻度尺。四、實驗步驟1安裝調(diào)平 將帶有斜槽軌道的木板固定在實驗桌上，其末端伸出桌面外，軌道 末端切線水平。如圖 531 所示。2建立坐標(biāo)系用圖釘將坐標(biāo)紙固定于豎直木板的左上角，把木板調(diào)整到豎直位置，使板面與小球的運(yùn)(軌道末端 )時球心動軌跡所在平面平行且靠近，把小球放在槽口處，用鉛筆記下小球在槽口在木板上的投影點 O， O 點即為坐標(biāo)原點，用重垂線畫出過坐標(biāo)原點的豎直線，作為y 軸， 畫出水平向右的 x 軸。3確定球的位置將小球從斜槽上某一位置由靜止滑下， 小球從軌道末端射出， 先用眼睛粗略確定做平拋 運(yùn)動的小球在某一 x值處的 y 值，然后讓小球由同一

3、位置自由滾下， 在粗略確定的位置附近 用鉛筆較準(zhǔn)確地描出小球通過的位置， 并在坐標(biāo)紙上記下該點。 用同樣的方法確定軌跡上其 他各點的位置。4描點得軌跡取下坐標(biāo)紙， 將坐標(biāo)紙上記下的一系列點， 用平滑曲線連起來， 即得到小球平拋運(yùn)動軌 跡。五、數(shù)據(jù)處理1計算初速度在小球平拋運(yùn)動軌跡上選取分布均勻的六個點 A、B、C、D、E、F，用刻度尺、三角板測出它們的坐標(biāo) (x，y)，并記錄在下面的表格中， 已知 g值，利用公式 y 12gt2和 xv0t， 求出小球做平拋運(yùn)動的初速度 v0，最后算出 v0 的平均值。ABCDEFx/mmy/mmv0 x g/2y /（m ·s1）v0 的平均值2驗

4、證軌跡是拋物線拋物線的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 yax2，將某點 (如 B 點)的坐標(biāo) x、y 代入上式求出常數(shù) a，再將 其他點的坐標(biāo)代入此關(guān)系式看看等式是否成立， 若等式對各點的坐標(biāo)近似都成立， 則說明所 描繪得出的曲線為拋物線。六、誤差分析(1) 斜槽末端沒有調(diào)水平，小球離開斜槽后不做平拋運(yùn)動。(2) 確定小球運(yùn)動的位置時不準(zhǔn)確。(3) 量取軌跡上各點坐標(biāo)時不準(zhǔn)確。七、注意事項(1) 實驗中必須調(diào)整斜槽末端的切線水平(檢驗是否水平的方法是：將小球放在斜槽末端任一位置，看其是否能靜止 )。(2) 方木板必須處于豎直平面內(nèi)，固定時要用重垂線檢查坐標(biāo)紙豎線是否豎直。(3) 小球每次必須從斜槽上同一位置由靜

5、止?jié)L下。(4) 坐標(biāo)原點不是槽口的端點，應(yīng)是小球出槽口時球心在木板上的投影點。(5) 小球開始滾下的位置高度要適中，以使小球平拋運(yùn)動的軌跡由坐標(biāo)紙的左上角一直到達(dá)右下角為宜。(6) 在軌跡上選取離坐標(biāo)原點 O 點較遠(yuǎn)的一些點來計算初速度。八、獲得平拋運(yùn)動軌跡的其他方法1.噴水法的細(xì)管，其中一根彎成水平，加上一個很細(xì)的噴嘴。圖 5 3 2水從噴嘴中射出， 在空中形成彎曲的細(xì)水柱，它顯示了平拋運(yùn)動的軌跡。 將它描在背后的紙上，進(jìn)行分析處理。2頻閃照相法用數(shù)碼照相機(jī)可記錄下平拋運(yùn)動的軌跡，如圖533 所示。由于相鄰兩幀照片間的時間間隔是相等的，只要測量相鄰兩照片上 小球的水平位移，就很容易判斷平拋運(yùn)

6、動水平方向上的運(yùn)動特點。圖 5 3 3實驗原理及實驗步驟如圖 532 所示，倒置的飲料瓶內(nèi)裝著水，瓶塞內(nèi)插著兩根兩端開口例 1 在“探究平拋物體的運(yùn)動規(guī)律 ”的實驗中， 可以描繪出小球做平拋運(yùn)動的軌跡， 實驗簡要步驟如下：A 讓小球多次從 位置上滾下，記下小球碰到鉛筆筆尖的一系列位置。B安裝好器材，注意 ，記下平拋初位置 O 點和過 O 點的豎直線。C取下白紙，以 O為原點，以豎直線為 y 軸建立坐標(biāo)系，用平滑曲線畫出平拋運(yùn)動物 體的軌跡。(1) 完成上述步驟，將正確的答案填在橫線上。(2) 上述實驗步驟的合理順序是 。解析 (1)A 中為了保證小球每次平拋初速度相同，軌跡重合，應(yīng)讓小球從同一

7、位置滾 下。B 中為了保證小球做平拋運(yùn)動，要注意斜槽末端切線水平。(2)上述實驗步驟的合理順序是 BAC 。答案 (1)A .同一 B斜槽末端切線水平 (2)BAC實驗數(shù)據(jù)的處理例 2 在研究平拋運(yùn)動的實驗中，用一張印有小方格的紙記錄軌跡，小方格的邊長 L 1.25 cm。若小球在做平拋運(yùn)動途中的幾個位置如圖534 中 a、b、c、d 所示，則小球平拋的初速度 v0(用 L、g 表示 )，2其值是 (g 取 9.8 m/s 2)。圖 5 34解析 根據(jù)題意，仔細(xì)審查圖中 a、b、c、d 四點的相對位置，發(fā)現(xiàn)相鄰的兩點間的水平距離均為 2L， 則物體在相鄰的兩點間運(yùn)動時間相等，設(shè)這個相等時間為T

8、0， 由于豎直方 向是加速度為 g 的勻加速運(yùn)動 ，由 y aT2可得 L gT20，再由水平方向是勻速運(yùn)動得 2L v0T0，聯(lián)立上述兩式解得 v02 Lg 0.70 m/s。答案 2 Lg 0.70 m/s例 3 試根據(jù)平拋運(yùn)動原理設(shè)計測量彈射器彈丸出射初速度的實驗方法。提供的實驗 器材有：彈射器 (含彈丸 ) 、鐵架臺 (帶有夾具 )、米尺。(1)在圖 535 中畫出實驗示意圖。圖 5 3 5(2)在安裝彈射器時應(yīng)注意： (3) 實驗中需要測量的量 (在示意圖中用字母標(biāo)出 )： (4) 由于彈射器每次射出的彈丸初速度不可能完全相等，在實驗中應(yīng)采取的方法是(5) 計算公式為 解析 如圖所示

9、。(2)安裝時要注意彈射器應(yīng)固定，且彈射器發(fā)射方向保持水平。(3) 實驗中需測量彈丸射出的水平距離x 和彈射器與水平地面高度差(4) 在彈射器高度不變情況下多次實驗，取x1，x2，xn 平均值 x 作為實驗數(shù)據(jù)。(5) v 彈丸 答案見解析 隨堂基礎(chǔ)鞏固 ()1安裝實驗裝置的過程中，斜槽末端的切線必須是水平的，這樣做的目的是A保證小球飛出時，速度既不太大，也不太小B保證小球飛出時，初速度水平C保證小球在空中運(yùn)動的時間每次都相等D保證小球運(yùn)動的軌跡是一條拋物線解析：安裝實驗裝置的過程中，斜槽末端的切線必須是水平的，這樣做的目的是保證小球以水平初速度拋出做平拋運(yùn)動，故 B 正確。答案： B2.某學(xué)

10、生在做 “研究平拋運(yùn)動 ”的實驗中，描出了如圖 536 所示的幾 個實驗點，其中偏差較大的實驗點 B 出現(xiàn)的原因可能是 ( )A小球滾下的高度較其他各次高B小球滾下的高度較其他各次低圖 5 3 6C小球滾下時具有一定的初速度D以上說法均有可能解析： 小球滾下的高度越低，其做平拋運(yùn)動的初速度越小，其軌跡線越陡，越靠近 y軸，所以可能原因為 B 。答案： B3在 “研究平拋運(yùn)動 ”的實驗中，為了求平拋運(yùn)動物體的初速度，需直接測量的數(shù)據(jù) 有()A小球開始滾下的高度B小球在空中飛行的時間C運(yùn)動軌跡上某點 P 的水平坐標(biāo)D 運(yùn)動軌跡上某點 P 的豎直坐標(biāo)解析： 由平拋運(yùn)動規(guī)律，豎直方向12y 2gt2，

11、水平方向xv0t，可見只要測得軌跡上某點P 的水平坐標(biāo) x 和豎直坐標(biāo) y，就可求出初速度 v0，故 C、 D 正確。答案： CD4.某同學(xué)在做 “研究平拋運(yùn)動 ” 的實驗中，忘記記下小球做平拋運(yùn)動的起點位置 O， A 為物體運(yùn)動一段時間后的位置，根據(jù)如圖537所示，求出物體做平拋運(yùn)動的初速度為 m/s 。(g 取 10 m/ s2)圖 5 3 7解析： 由題圖可知 AB、BC 間的豎直距離 yAB15 cm0.15 m，yBC0.25 m因為 xABxBC 0.20 m，所以小球從 A 運(yùn)動到 B 與從 B 運(yùn)動到 C 的時間相同，設(shè)此時2間為 t。據(jù) yBC yAB gt 得 yABg0.

12、25 0.1510s 0.10 s。又因為 xAB v 0t，所以xAB 0.20 v00.10 m/s 2.0 m/ s。答案： 2.05在做 “ 研究平拋物體的運(yùn)動”的實驗時，通過描點法畫出小球的平拋運(yùn)動軌跡，并538 所示。圖 5 3 8求出平拋運(yùn)動的初速度。實驗裝置如圖(1)實驗時將固定有斜槽的木板放在實驗桌上，實驗前要檢查木板是否水平，請簡述你 的檢查方法： D小球的平拋運(yùn)動要靠近但不接觸木板解析： (1)小球放在斜槽的末端任一位置都靜止，說明末端切線水平無傾角。(2)下落高度越高，初速度越大，一是位置不好用眼捕捉觀察估測，二是坐標(biāo)紙上描出的軌跡圖線太靠上邊，坐標(biāo)紙利用不合理， A

13、錯；每次從同一高度釋放，保證小球每次具有相同的水平速度， B 對；木板要豎直且讓球離開木板，以減少碰撞和摩擦，故C、 D 對。答案： (1)將小球放在斜槽的末端任一位置，看小球能否靜止(或用水平儀檢查木板是否水平)(2)BCD 6(1)平拋物體的運(yùn)動規(guī)律可以概括為兩點：水平方向做勻速直線運(yùn)動；豎直方向 做自由落體運(yùn)動。 如圖 539 所示為研究平拋運(yùn)動的實驗裝置， 現(xiàn)把兩個小鐵球分別吸在 電磁鐵 C、 E 上，然后切斷電磁鐵 C 的電源，使電磁鐵 C 上的小鐵球從軌道 A 射出，并在 射出時碰到碰撞開關(guān) S，使電磁鐵 E 斷電釋放它吸著的小鐵球， 兩鐵球同時落到地面。 這個 實驗 ( )A只能說明上述規(guī)律中的第條B只能說明上述規(guī)律中的第條C不能說明上述規(guī)律中的任何一條D能同時說明上述兩條規(guī)律(2)如圖 5310 所示為一小球做平拋運(yùn)動的閃光照相照片的一部分，圖中背景方格的 邊長均為 5 cm。如果取 g 10 m/s2，那么：圖 5 3 10 閃光頻率是多少？小球運(yùn)動中水平分速度是多少？小球經(jīng)過 B 點時的速度是多少。解析： (1)由于左端小鐵球平拋的同時，右端小鐵球開始做自由落體運(yùn)動，且兩球同時落地， 說明平拋的小鐵球在豎直方向上和右端小鐵球做同樣的運(yùn)動， 也做自由落體運(yùn)動， 但 無法說明平拋小鐵球在水平方向的運(yùn)動，故只有 B 正確。(2)A、B、C 三